[发明专利]生物质竹炭基对电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质竹炭基对电极材料的制备方法，包括：取竹炭、氧化石墨烯、六水合硝酸镍于蒸馏水中混合，干燥后得到混合物；将混合物于800℃下置于惰性气体中烧结2h后冷却至室温，得到烧结物；将所述烧结物置于浓硝酸中，于120℃下搅拌4h后过滤并洗涤至滤液呈中性，得到改性竹炭；将改性竹炭置于六水合氯化铁溶液中，混合均匀后于80℃下搅拌12h后冷却、过滤、洗涤、干燥，得中间产物；将所述中间产物于450℃下置于惰性气体中烧结3h，得到对电极材料。利用本发明制备得到的对电极材料制备得到的染料敏化太阳能电池，在降低对电极制作成本的基础上提高了染料敏化太阳能电池的光电转换效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制备领域。更具体地说，本发明涉及一种生物质竹炭基对电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济全球化和工业的快速发展，清洁、可用和可持续资源的开发受到了广泛的关注。辐射在地球上的太阳能非常巨大，已被证明是满足随后的能源需求的最重要和最有益的资源。

第一代太阳能电池以晶体硅太阳能电池为代表，其制备过程复杂，生产成本高，极大地限制了其在世界范围内的大规模开发和应用。然后，提出了第二代太阳能电池，该第二代太阳能电池是由非硅半导体材料制成的薄膜器件。这些薄膜太阳能电池价格低廉，易于批量生产且美观。然而，这种太阳能电池不仅有毒且缺乏电极原料，而且高度依赖于环境和温度。作为第三代太阳能电池，染料敏化太阳能电池(DSSCs)由于其电极材料丰富，无毒无害，稳定性好，成本低而受到了研究者的关注。染料敏化太阳能电池是由五部分组成的三明治结构：透明导电基板，纳米半导体薄膜的光阳极，染料敏化剂，氧化还原电解质(I^-/I₃^-)和对电极。

现有技术中，为了降低染料敏化太阳能电池的制作成本，开发一种价格低廉且易于得到的对电极材料成为研究重点。在生物质炭材料中，竹炭因具有比表面积大、天然微孔结构、良好的导电性等特点，将其应用在对电极中具有可行性。但竹炭直接应用在对电极中，所制作得到的染料敏化太阳能电池的光电转换效率较低。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种生物质竹炭基对电极材料的制备方法，通过对竹炭改性处理，可进一步提升竹炭的多孔结构，将改性后的竹炭与六水合氯化铁进行混合处理后高温烧结，可进一步优化对电极材料的电导性和电催化性能，将得到的对电极材料应用在染料敏化太阳能电池中，在降低对电极制作成本的基础上提高了染料敏化太阳能电池的光电转换效率，具有良好的应用前景。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种生物质竹炭基对电极材料的制备方法，包括：S1、取竹炭、氧化石墨烯、六水合硝酸镍于蒸馏水中混合，干燥后得到混合物；将所述混合物于800℃下置于惰性气体中烧结2h后冷却至室温，得到烧结物；将所述烧结物置于浓硝酸中，于120℃下搅拌4h后过滤并洗涤至滤液呈中性，得到改性竹炭；其中，所述竹炭、所述氧化石墨烯、所述六水合硝酸镍的质量比为90～100：1：4，每1g烧结物所需的浓硝酸的体积为90～100mL；

S2、将S1中得到的改性竹炭置于六水合氯化铁溶液中，混合均匀后置于80℃下搅拌12h后冷却、过滤、洗涤、干燥，得中间产物；将所述中间产物于450℃下置于惰性气体中烧结3h，得到对电极材料；其中，所述六水合氯化铁溶液的制备为，将2.5～3.0g氯化铁溶于100mL蒸馏水中得到，每1g改性竹炭所需的六水合氯化铁溶液为100mL。

优选的是，S1中惰性气体为氮气、氩气中的一种；S2中惰性气体为氮气、氩气中的一种。

优选的是，S2中所述六水合氯化铁溶液的制备为，将2.7g氯化铁溶于100mL蒸馏水中得到。

利用生物质竹炭基对电极材料的制备方法制备得到的生物质竹炭基对电极材料。