一种碳电极及其在染料敏化太阳能电池中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于电极材料领域，具体涉及一种碳电极及其在染料敏化太阳能电池中的 应用。
【背景技术】
[0002] 染料敏化太阳电池由于其理论转化效率高、工艺简单、环境友好、制备过程能耗 少、成本低廉等优点而成为当今太阳能电池的研究热点。从目前研究结果来看，铂电极具有 高催化活性和相对较低的超电势，是较早应用在染料敏化太阳能电池上的对电极。然而，由 于铂的价格昂贵，储量稀少，极大地限制了染料敏化太阳能电池大规模应用。碳材料由于其 导电性高，催化活性好等优点，被人们广泛研究并替代铂电极应用于染料敏化太阳能电池 对电极中，目前，利用金属有机框架化合物制备的碳材料在锂电池，电容器等领域的应用多 有报道，但至今还未有将其应用于染料敏化太阳能电池的报道。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳电极及其在染料敏化太阳能 电池中的应用。
[0004] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 一种碳电极，以ZIF-8作为前驱体，经800-1100 °C煅烧l_4h后，制得多孔碳材料;多孔 碳材料与聚偏四氟乙烯按照质量比9:1混合研磨均匀后，涂抹在FTO导电玻璃上，烘干便可 得到多孔碳对电极。
[0005] ZIF-8的制备方法为:将六水合氯化锌与2-甲基咪唑按照摩尔比1:1加入甲醇溶液 中，搅拌反应l_24h后，离心洗涤，烘干即得到ZIF-8。
[0006] -种如上所述的碳电极在染料敏化太阳能电池中的应用:将商业TiO2 P25型粉末 均匀分散在乙醇溶液中得到TiO2浆体，利用丝网印刷方法将浆体涂在FTO导电玻璃上，并在 525 °C下烧结2 h;然后将其浸渍在N719染料溶液中24 h后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为深红色;再把它与多孔碳对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构 的染料敏化太阳能电池。
[0007] 本发明的有益效果在于： 1) 本发明以ZIF-8作为前驱体，煅烧制备的碳材料有效地继承了ZIF-8的多孔结构；多 孔碳对电极，用此对电极作染料敏化太阳能电池对电极，钌改性染料为敏化剂组装的染料 敏化太阳能电池，极大提高了染料敏化太阳能电池的光电效率;例如在I OOmW/cm2的光强、 AMl.5条件下，在1000°C下煅烧得到的碳电极获得最高光电转换效率，为7.23%; 2) 该制备方法简单方便，性能优异，可以替代铂电极从而降低应用的成本，具有有益的 经济效益。
【附图说明】
[0008] 图I (a)ZIF-8的扫描电镜图； 图1(b)为800°C煅烧得到的碳材料的扫描电镜图； 图I (c)为900°C煅烧得到的碳材料的扫描电镜图； 图1(d)为1000 tC煅烧得到的碳材料的扫描电镜图； 图1(e)为IlOOtC煅烧得到的碳材料的扫描电镜图； 图1(f)为1000 tC煅烧得到的碳材料的透射电镜图，小图为选区电子衍射图； 图2不同温度煅烧得到的碳对电极制备的染料敏化太阳能电池与铂电极制备的染料敏 化太阳能电池的I-V特性曲线(C8，C9，CIO, Cll分别代表800,900，1000，1100°C下煅烧 得到的碳材料)。
【具体实施方式】
[0009] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实 施例。
[0010] 实施例1 一种碳电极，以ZIF-8作为前驱体，经1100 °C煅烧Ih后，制得多孔碳材料;多孔碳材料 与聚偏四氟乙烯按照质量比9:1混合研磨均匀后，涂抹在FTO导电玻璃上，烘干便可得到多 孔碳对电极。
[0011] ZIF-8的制备方法为:将六水合氯化锌与2-甲基咪唑按照摩尔比1:1加入甲醇溶液 中，搅拌反应12h后，离心洗涤，烘干即得到ZIF-8。
[0012] 一种如上所述的碳电极在染料敏化太阳能电池中的应用：将商业TiO2 P25型粉末 均匀分散在乙醇溶液中得到TiO2浆体，利用丝网印刷方法将浆体涂在FTO导电玻璃上，并在 525 °C下烧结2 h;然后将其浸渍在N719染料溶液中24 h后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为深红色;再把它与多孔碳对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构 的染料敏化太阳能电池。
[0013] 表1
实施例2 一种碳电极，以ZIF-8作为前驱体，经800 °C煅烧4h后，制得多孔碳材料;多孔碳材料与 聚偏四氟乙烯按照质量比9:1混合研磨均匀后，涂抹在FTO导电玻璃上，烘干便可得到多孔 碳对电极。
[0014] ZIF-8的制备方法为:将六水合氯化锌与2-甲基咪唑按照摩尔比1:1加入甲醇溶液 中，搅拌反应24h后，离心洗涤，烘干即得到ZIF-8。
[0015] 一种如上所述的碳电极在染料敏化太阳能电池中的应用：将商业TiO2 P25型粉末 均匀分散在乙醇溶液中得到TiO2浆体，利用丝网印刷方法将浆体涂在FTO导电玻璃上，并在 525 °C下烧结2 h;然后将其浸渍在N719染料溶液中24 h后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为深红色;再把它与多孔碳对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构 的染料敏化太阳能电池。
[0016] 实施例3 一种碳电极，以ZIF-8作为前驱体，经900 °C煅烧2h后，制得多孔碳材料;多孔碳材料与 聚偏四氟乙烯按照质量比9:1混合研磨均匀后，涂抹在FTO导电玻璃上，烘干便可得到多孔 碳对电极。
[0017] ZIF-8的制备方法为:将六水合氯化锌与2-甲基咪唑按照摩尔比1:1加入甲醇溶液 中，搅拌反应IOh后，离心洗涤，烘干即得到ZIF-8。
[0018] 一种如上所述的碳电极在染料敏化太阳能电池中的应用：将商业TiO2 P25型粉末 均匀分散在乙醇溶液中得到TiO2浆体，利用丝网印刷方法将浆体涂在FTO导电玻璃上，并在 525 °C下烧结2 h;然后将其浸渍在N719染料溶液中24 h后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为深红色;再把它与多孔碳对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构 的染料敏化太阳能电池。
[0019]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种碳电极，其特征在于：以ZIF-8作为前驱体，经800-1100 °C煅烧l-4h后，制得多 孔碳材料;多孔碳材料与聚偏四氟乙烯按照质量比9:1混合研磨均匀后，涂抹在FTO导电玻 璃上，烘干便可得到多孔碳对电极。2. 根据权利要求1所述的碳电极，其特征在于:ZIF-8的制备方法为:将六水合氯化锌与 2-甲基咪唑按照摩尔比1:1加入甲醇溶液中，搅拌反应l-24h后，离心洗涤，烘干即得到ZIF-8〇3. -种如权利要求1或2所述的碳电极在染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于： 将商业Ti0 2 P25型粉末均匀分散在乙醇溶液中得到Ti02浆体，利用丝网印刷方法将浆体涂 在FTO导电玻璃上，并在525 °C下烧结2 h;然后将其浸渍在N719染料溶液中24 h后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色;再把它与多孔碳对电极和注入的液态电解质溶液组装在 一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
【专利摘要】本发明属于电极材料领域，具体涉及一种碳电极及其在染料敏化太阳能电池中的应用。以ZIF-8作为前驱体，经800-1100？℃煅烧1-4h后，制得多孔碳材料；多孔碳材料与聚偏四氟乙烯按照质量比9:1混合研磨均匀后，涂抹在FTO导电玻璃上，烘干便可得到多孔碳对电极。将该多孔碳对电极和液态电解质溶液等组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池，光电转换效率高。
【IPC分类】H01G9/052, H01G9/20, H01G9/04, H01G9/042
【公开号】CN105609311
【申请号】CN201610212038
【发明人】魏明灯, 李亚峰, 孙逊
【申请人】福州大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年4月7日