[发明专利]染料敏化太阳能电池用石墨烯/硒化镍对电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池用石墨烯/硒化镍对电极的制备方法，该复合物对电极由导电基底和石墨烯盒子/硒化镍复合薄膜组成。该复合物电极特点为硒化镍纳米微球沉积在三维无盖石墨烯盒子表面形成了独特的形貌，从而兼具了高导电、高电催化特性，由此产生的协同效应极大的改善及提高了染料敏化太阳能电池的整体性能。本发明工艺简单，条件温和，环境友好，价格低廉，降低了对电极成本，有望应用于大规模染料敏化太阳能电池的工业化生产。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池用石墨烯/硒化镍对电极的制备方法。

背景技术

自从1991年，瑞士科学家Grätzel等成功制备高效染料敏化太阳能电池以来（Nature, 1991, 353, 737），全世界科研人员开始对染料敏化太阳能电池进行广泛而深入的研究。由于制备成本低，制备工艺简单，能耗少使其成为最有望取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池。

染料敏化太阳能电池由光阳极、染料敏化剂、电解质、对电极构成，模仿植物光合作用通过染料吸收光子进而形成电子-空穴对对外输出电能。目前染料敏化太阳能电池已达到两位数的工作效率，已经具备了大规模商业化应用的潜质。过去的20多年，随着科学家不断地对染料敏化太阳能电池各个组分进行优化与改进，使得对于染料敏化太阳能电池的研究越来越深入。作为一个重要组成部分，对电极的催化性能对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着重要的影响。利用Pt作为对电极可以取得较好的催化活性和综合性能（J.Electrochem. Soc., 1997, 144, 876），然而Pt储量少、价格贵，从而制约了染料敏化太阳能电池的发展。因此寻求一种低价高效兼具优秀导电与催化双功能的对电极材料成为了该领域的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于针对传统铂对电极成本高，易受腐蚀等弊端，提供一种工艺简单，条件温和，价格低廉，环境友好，导电性高，催化活性好的染料敏化太阳能电池用石墨烯/硒化镍对电极的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的染料敏化太阳能电池用石墨烯/硒化镍对电极的制备方法，具体步骤如下：

（1）按照文献方法（J. Mate. Chem., 2011, 21, 9491），制备立方体无盖石墨烯盒子；

（2）将二氧化硒（1.0 mmol）和六水合氯化镍(1.0 mmol)溶于36 mL去离子水中，搅拌半小时，加入水合肼（24 mL）和氨水（20 mL）,继续搅拌半小时，然后加入步骤（1）得到的不同质量的立方体无盖石墨烯盒子，在100~200 ℃下反应1~12 h，得到立方体无盖石墨烯盒子/硒化镍微球复合材料，抽滤洗涤后，70℃烘箱烘干；石墨烯与硒化镍的质量比为1:10 ~ 1:1；硒化镍微球沉积在立方体无盖的石墨烯盒子表面；

（3）将步骤（2）得到的立方体无盖石墨烯盒子/硒化镍微球复合材料溶于乙醇和水的混合液中，乙醇和水的体积比1:1，然后按照不同滴涂量滴涂在导电基底上，120℃烘干，获得立方体无盖石墨烯盒子/硒化镍微球复合物对电极，立方体无盖石墨烯盒子/硒化镍微球复合材料的负载量为2.5~50 μg/cm²。

利用本发明制备方法得到的染料敏化太阳能电池用石墨烯/硒化镍对电极作为对电极，在染料敏化太阳能电池中的应用。

本发明的有益效果在于：

该复合物对电极由导电基底和石墨烯盒子/硒化镍复合薄膜组成。该复合物电极特点为硒化镍纳米微球沉积在三维无盖石墨烯盒子表面形成了独特的形貌，从而兼具了高导电、高电催化特性，由此产生的协同效应极大的改善及提高了染料敏化太阳能电池的整体性能。按照本发明制备的立方体无盖石墨烯盒子/硒化镍微球对电极，具有优异的电催化性能，能量转化效率超过热解铂对电极，而本发明工艺简单，成本低廉，可大大降低对电极乃至染料敏化太阳能电池的制造成本，适用于染料敏化太阳能电池的大规模生产。

附图说明