[发明专利]染料敏化太阳能电池用磷化物对电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池相比传统的硅基太阳能电池具有成本低廉、工艺简单、性能稳定的优点，是极具发展潜力的太阳能电池。典型的染料敏化太阳能电池主要包括三部分：染料敏化的半导体电极(工作电极)、I^-/I₃^-电解液与铂电极(对电极)。其中，铂对电极虽然具有良好的性能，然而作为稀有贵金属，成本昂贵，使染料敏化太阳能电池的发展受限制。因此，发展低成本对电极材料替代铂具有非常重要的意义。近年来，对电极相关公开的中国专利包括：CN 200610114581.7，CN200710177810.4，CN 200810227107.4，CN201010212640.0，200910072714.2，CN 200910072716.1等。这些专利中大多数以碳作为活性物质，也有专利采用了含碳的复合材料作为对电极，例如CN 200610135370.1 CN200910043344.X，CN 200910072714.2等。

中国专利CN200680026382.9，CN200810012001.2，CN201010193860.3分别公开了过渡金属磷化物材料的制备方法，方法步骤繁多，操作复杂，条件苛刻，对环境有影响。中国专利CN201010602220.3公开了热分解三苯基膦复合物制备磷化物的方法制备碳负载过渡金属磷化物，该方法使用的原料成本高，且有毒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法，该对电极由过渡金属磷化物纳米颗粒分散在具有良好导电性的碳材料中作为活性材料，具有比用单纯碳材料对电极更为出色的性能；该对电极制备简易，成本低廉，性能优越，稳定性高，实用价值高。

本发明提供的染料敏化太阳能电池对电极是在导电基底上负载活性材料膜，活性材料膜是以水溶性过渡金属盐和红磷为原料，添加碳材料，按照金属元素和红磷的物质的量之比0.5～4.5∶10，过渡金属磷化物与碳材料质量比0.1～1∶0～1制备而成，其中，活性材料膜的厚度为5～50微米。

具体制备工艺：将水溶性过渡金属盐和红磷混合在有机溶剂和水的混合溶剂中(有机溶剂和水的体积比0.5～2∶1)，再加入分散良好的碳材料，经过水热反应制备磷化物 碳材料，反应条件为：温度120～200摄氏度，时间2～24小时；若不加入碳材料则直接获得过渡金属磷化物。将制备好的过渡金属磷化物，或过渡金属磷化物与碳材料组成的复合物活性材料制成浆料涂膜在导电基底上，干燥，制得磷化物碳或磷化物染料敏化太阳能电池对电极。

所述的活性材料中过渡金属磷化物与碳材料的质量比为0.1～1∶0～1。

所述的过渡金属元素为锰、铁、钴、镍、钼或钨中的至少一种。

所述的碳材料为石墨烯、导电碳黑、乙炔黑或电阻率低于电阻率低于2.0欧姆·米的碳材料中的至少一种。

所述的导电基底为导电玻璃、金属或塑料。

本发明提供的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法包括以下步骤：

1)将水溶性金属盐与红磷按照磷化物计量比加入乙二醇 水混合溶剂，体积比0.5～2∶1，充分搅拌后，加入分散于水或乙二醇溶剂中的碳材料，充分搅拌后，在密闭条件下水热反应，其条件为：温度120～200摄氏度，时间2～24小时。

2)将制得的磷化物-碳复合材料与水和有机粘结剂(如羟甲基纤维素钠)混合，充分研磨制得浆料。将浆料均匀刮涂、丝网印刷或旋转涂膜在导电基底上，在50～120℃干燥，制得磷化物 碳对电极。

本发明以红磷做磷源，无毒且成本低，采用水热反应，在温和条件下制备过渡金属磷化物 碳复合材料，过程简单、环境友好，提供一种新的染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法。在磷化物中加入少量的石墨烯等碳材料能使磷化物纳米颗粒更为分散，从而具有更高的活性。采用本发明制备的对电极使相应太阳能电池具有比单纯碳材料对电极更为出色的光电性能，具体数据可参见实施例1与对比例1的对比。另外，所述的低成本染料敏化太阳能电池对电极制备简易、成本低廉、稳定性高，对环境友好，实用价值明显，具有重要的经济效益。

附图说明

图1实施例1、实施例2中所制磷化镍、磷化镍 石墨烯复合物的X射线衍射花样。

图2实施例1中所制磷化镍-石墨烯复合物的扫描电子显微镜照片。

图3实施例2中所制磷化镍的扫描电子显微镜照片。