[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池对电极的材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳量子点/银/Ag‑Dawson型杂多酸复合材料及其制备方法。基于碳量子点具有优异的导电性且能够在材料表面形成水溶性保护，银具备优异的电子传输性，以及Dawson型杂多酸的阴离子能够提供电子储存区域，三者协同作用可以使得I₃^‑在对电极上快速得到电子再生成I^‑，制备得到的染料敏化太阳能电池光电转换效率可以到达9.2％，制备方法简单。此外利用渐进式加热方式进行水热反应，在较低温度使得银离子、碳量子点均匀分散，之后进行快速升温、适度保温反应最终形成碳量子点均匀包覆的碳量子点/银/Ag‑Dawson型杂多酸复合材料，省略了表面活性剂且得到均匀粒子。

技术领域

本发明碳基复合材料制备技术领域，特别是涉及一种碳量子点/银/Ag-Dawson型杂多酸复合材料及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池主要有以下几个部分组成：光阳极、电解质和对电极。对电极是染料敏化太阳电池的重要组成部分，其作用是传输电子和催化作用，提高电池的填充因子。从机理上说，I₃^-在对电极上得到电子再生成I^-，该反应越快，光电响应越好。铂对电极由于其电阻小和催化效果好，目前在导电玻璃上镀一层铂，能够较好解决上述问题。但是铂的价格昂贵、比表面积小，不利于产业化应用，因此寻找廉价的、传输性能优异的对电极材料，便成为迫切需要解决的问题。

碳量子点是碳纳米材料家族中的新成员，具有吸收光谱宽、抗光漂白性能好、无毒性、易于功能化、能够高产率制备等特性，有望在光电子器件等技术领域显示其广阔的应用前景[Angew.Chem.Int.Ed,2010,49,6726-6244；Chem.Comm.2012,48.3686-3705；]。加拿大多伦多大学的研究人员将碳量子点用作光敏剂构建量子点敏化的太阳能电池，其光电转化效率仅为0.13％；美国印第安娜大学的研究人员也作了类似的工作，但是其光电转化效率远远达不到实际应用的需要[NanoLett.2010,10,1869–1873]。Dawson型杂多酸具有良好的氧化还原性、低成本等特点，是一种非常具有前景的电极材料。银是一种导电性能极好的金属。目前尚未报道高效地将碳量子点、银、Dawson型杂多酸三者均匀复合并用于染料敏化太阳能电池对电极的方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳量子点/银/Ag-Dawson型杂多酸复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提出的一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳量子点/银/Ag-Dawson型杂多酸复合的制备方法，包括以下步骤：

将Ag-Dawson型杂多酸、碳量子点水溶液、水混合，超声分散后，转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应；水热反应反应结束后，洗涤、干燥，得到碳量子点/银/Ag-Dawson复合材料。

作为优选的，Ag-Dawson型杂多酸、碳量子点水溶液、水的固液质量比为1g：1-3ml：8ml，所述碳量子点水溶液含量为1mg-100mg/ml。

作为优选的，水热反应具体步骤为以3-5℃/min升温至60-80℃,保持1-2h,接着以8-10℃/min快速升温至120-140℃,保持30-40min,最后冷却至室温。

作为优选的，超声分散时间为3-5min。

作为优选的，干燥条件为在50℃下真空干燥12h。

作为优选的，Ag-Dawson型杂多酸是将硝酸银和H型Dawson型杂多酸在室温下研磨10-30min获得的，其中硝酸银和H型Dawson型杂多酸质量比为1:4。

作为优选的，所述碳量子点的制备方法为将石墨棒放入水中，在30V下连续电解120h，经过滤、洗涤获得的。