[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池的低成本对电极

说明书

技术领域

本发明属于绿色可再生能源技术领域，涉及一种低成本对电极的制作及其在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

1991年，瑞士联邦工学院的Graetzel教授发明了染料敏化太阳能电池(简称DSC)。由于其成本低廉，制作工艺简单，效率较高，环境友好，一经问世便引起世界范围的研究热潮。DSC主要是由三部分组成，即：光阳极，通常是吸附有染料的纳米晶二氧化钛薄膜；对电极，通常是铂电极；还有包含I₃^-/I^-氧化还原电对的电解质。其原理是：染料吸收一个光子，染料从基态跃迁到激发态，染料激发态不稳定，产生一个光生电子和染料正离子，光生电子会迅速注入到二氧化钛的导带并通过二氧化钛的多孔结构达到导电基底，然后流经外电路达到对电极。在对电极上，I₃^-被流经外电路的电子还原为I^-，在二氧化钛多孔膜中，染料正离子被I^-还原，实现染料的再生，完成整个电路循环。由此可见对电极是DSC的重要组成部分，目前主要是用铂作对电极。铂电极虽然性能优越但是价格昂贵，而且铂的储量很有限，因此急需寻找铂的替代材料。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可替代铂的电极材料，并提出一种简单的对电极的制备工艺及用这种对电极制作效率高，低成本的染料敏化太阳能电池。为达到上述目的，本发明的技术方案是将类铂化合物粉体、无机化合物粘合剂、分散剂分散在有机溶剂或水溶液中配制成浆料，并利用喷涂、刮涂、印刷等方法制作成电极，进而组装成染料敏化太阳能电池。对电极材料可以是一种类铂化合物或是一种以上类铂化合物的混合物，或者是以上所述材料与Pt、C等电极材料的混合物。

所述的类铂化合物包括碳化钼(Mo₂C)、氮化钨(W₂N)、氮化钼(Mo₂N)、碳化钒(VC)、氮化钒(VN)、碳化铌(NbC)、氮化铌(NbN)、碳化钨(WC或W₂C)，其粒径介于2nm-800μm。这种类铂材料制备的电极可以催化染料敏化太阳能电池中所涉及的电解液中的氧化还原电对，如I₃^-/I^-，Br₃^-/Br^-及其它的氧化还原电对。

上述无机化合物粘合剂可以是二氧化钛、氧化铝、二氧化锡、二氧化硅、氧化锌、氧化铜、氧化镍、硫酸镁、硫酸钙、氢氧化镁，硫酸钡、氧化铁中的一种或一种以上混合而成，其粒径介于2nm-800μm。

上述分散剂可以是聚乙二醇、曲拉通100、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或一种以上的混合液。

对电极的制备方法除可以利用喷涂法、印刷法、刮涂法之外，也可以用电化学沉积法、电镀法、热解法、溅射法。

这一技术手法不但能够替代铂电极，大幅度降低电极的制作成本，而且还能得到很高的光电流和开路电压及光电转换效率，制作高性能的染料敏化太阳能电池。

本发明的效果益处是利用本发明提供的技术可制造高效低成本的对电极和太阳能电池。将碳化钼(Mo₂C)、氮化钨(W₂N)、氮化钼(Mo₂N)、碳化钒(VC)、氮化钒(VN)、碳化铌(NbC)、氮化铌(NbN)、碳化钨(WC，W₂C)作为对电极材料，制作成对电极，与光阳极及电解液制作太阳能电池。

本发明由于所用材料价格低廉且对电极及电池的制作工艺简单，解决了铂电极价格昂贵和资源短缺以及利用大型溅射仪等问题。

附图说明

附图1是染料敏化太阳能电池的示意图。

附图2是电极电化学性质测试的塔菲尔曲线。

附图3是电极的交流阻抗测试曲线。

附图4是用本发明的对电极与传统的铂对电极制备的染料敏化太阳能电池的性能比较。实线和虚线分别为碳化钼对电极和铂对电极制作的太阳能电池的电流-电压曲线。

图1中：1光阳极基板；2导电膜；3半导体薄膜；4染料；5电解质；

       6对电极基板；7导电膜；8催化层。

具体实施方式