專(zhuān)利名稱(chēng)：染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極及制備方法，屬于電池設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽(yáng)能電池由于制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、轉(zhuǎn)換效率高而受到廣泛關(guān)注。做為染料敏化太陽(yáng)能電池的主要組成部分，對(duì)電極的主要作用是接受外電路來(lái)的電子并催化還原電解質(zhì)中的I3-為Γ。目前染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極主要是將鉬沉積在導(dǎo)電基底上制備的鉬對(duì)電極。雖然鉬催化活性高，但鉬是稀有貴金屬，價(jià)格太高，而且在含有Γ/Ι3-氧化還原對(duì)的電解質(zhì)中穩(wěn)定性不好。近年來(lái)，出現(xiàn)了采用碳材料代替鉬制備低價(jià)對(duì)電極的報(bào)道。由于碳材料對(duì)13_還原的催化活性點(diǎn)主要是材料中的晶邊和缺陷，因此結(jié)晶性差和比表面積大的碳材料具有較高的催化活性。人工合成的高比表面積的碳材料雖然可應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池，但由于其合成過(guò)程中需要大量的模板劑，而且工藝過(guò)程復(fù)雜，制備所需時(shí)間較長(zhǎng)。因此，不利于染料敏化太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極及制備方法，能使染料敏化太陽(yáng)能電池保持較高的光電效率，而且還可以降低其制備成本，有利于染料敏化太陽(yáng)能電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極，其特征在于由稻殼多級(jí)孔碳膜沉積到導(dǎo)電基底上制備而成，其中所用導(dǎo)電基底為導(dǎo)電玻璃或金屬片。所述的導(dǎo)電基底上沉積的多級(jí)孔碳層厚度為1 50 μ m。所述的導(dǎo)電基底上沉積的多級(jí)孔碳層厚度優(yōu)選為3 30 μ m。所述的染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極的制備方法包括如下步驟(1)將稻殼多級(jí)孔碳研磨，然后與溶劑和添加劑混合，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬脱心?，形成均勻的碳漿；(2)將步驟(1)中的碳漿通過(guò)刮涂或印刷的方法均勻涂到電極導(dǎo)電基底表面；(3)將步驟O)中制備的覆蓋稻殼多級(jí)孔碳薄膜的導(dǎo)電基板在室溫下、空氣氣氛中晾干，然后在150 500度、氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)5 30分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。所述步驟(1)碳漿中稻殼多級(jí)孔碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 50份，溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45 95份，添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 005 10份。所述溶劑為異丙醇、正丁醇或乙醇中的一種或一種以上的混合物。所述添加劑為四氯化鈦、鈦酸丁酯或異丙氧醇鈦中的一種或一種以上的混合物。本發(fā)明是一種以生物質(zhì)廢料稻殼制備的多級(jí)孔碳為電催化劑的染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極及制備方法。生物質(zhì)廢料稻殼可再生，產(chǎn)量極大，以稻殼為原料制備多級(jí)孔碳工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，因此所制備的多級(jí)孔碳價(jià)格極便宜。同時(shí)稻殼制備的多級(jí)孔碳材料比表面積大，結(jié)晶性較差，因此對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池電解質(zhì)中的氧化還原對(duì)有很高的催化活性。用這種多級(jí)孔碳制備對(duì)電極，不僅能使染料敏化太陽(yáng)能電池保持較高的光電效率，而且還可以進(jìn)一步降低其制備成本，有利于染料敏化太陽(yáng)能電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果是1、制備工藝簡(jiǎn)單，不需要特殊、復(fù)雜的設(shè)備，可適用于多種電極基底，重復(fù)性高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。2、多級(jí)孔碳是以生物廢料稻殼為原料制備的，因此價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，以上兩點(diǎn)可使染料敏化太陽(yáng)能電池的制造成本進(jìn)一步降低。3、本發(fā)明制備的稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極催化活性高，應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中，相同條件下可以取得與傳統(tǒng)鉬對(duì)電極電池相當(dāng)?shù)墓怆娹D(zhuǎn)換效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例9的以稻殼多級(jí)孔碳電極和鉬電極組裝的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電曲線(xiàn)具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。實(shí)施例1IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與3g正丁醇、Img異丙氧醇鈦混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)，形成均勻碳漿，將碳漿用刮涂法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的導(dǎo)電玻璃表面，碳層厚度 ο μ m。室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例2IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與3g異丙醇、0. 5mg異丙氧醇鈦混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)， 形成均勻碳漿，將碳漿用刮涂法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的導(dǎo)電玻璃表面，碳層厚度 ο μ m。 室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例3IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與3g乙醇、1. 5mg鈦酸丁酯混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)，形成均勻碳漿，將碳漿用印刷法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的導(dǎo)電玻璃表面，碳層厚度15 μ m。室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例4IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與1. 5g正丁醇+1. 5g乙醇、Img四氯鈦混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)，形成均勻碳漿，將碳漿用刮涂法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的鈦片表面，碳層厚度 ο μ m。 室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例5IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與3g正丁醇、1. 5mg異丙氧醇鈦混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)， 形成均勻碳漿，將碳漿用刮涂法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的導(dǎo)電玻璃表面，碳層厚度15 μ m。 室溫下干燥后，在350度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例6
IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與Ig正丁醇+Ig正丁醇+Ig乙醇、0. 5mg四氯化鈦+0. 5mg 異丙氧醇鈦+0. 5mg鈦酸丁酯混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)，形成均勻碳漿，將碳漿用刮涂法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的鈦片表面，碳層厚度20 μ m。室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例7IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與5g正丁醇、0. 3mg異丙氧醇鈦混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)， 形成均勻碳漿，將碳漿用印刷法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的導(dǎo)電玻璃表面，碳層厚度5 μ m。室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例8IOOmg稻殼多級(jí)孔碳粉與3g異丙醇、0. 5mg鈦酸丁酯混合，研磨分散3個(gè)小時(shí)，形成均勻碳漿，將碳漿用刮涂法均勻涂到預(yù)先清洗干凈的導(dǎo)電玻璃表面，碳層厚度 ο μ m。室溫下干燥后，在300度、氮?dú)鈿夥障聼崽幚?5分分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。實(shí)施例9制備稻殼碳對(duì)電極染料敏化太陽(yáng)能電池首先對(duì)導(dǎo)電玻璃進(jìn)行預(yù)處理，然后將二氧化鈦漿料涂敷在處理好的導(dǎo)電玻璃上， 高溫處理后浸入染料溶液中吸附過(guò)夜形成電池的工作電極，在工作電極上壓上實(shí)施例2制備稻殼碳對(duì)電極，兩電極間的縫隙填充含有Γ/Ι3_氧化還原對(duì)的電解質(zhì)，制備成染料敏化太陽(yáng)能電池。測(cè)量實(shí)施例9制備的染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率。電池的光電I-V曲線(xiàn)如圖1所示.電池性能的測(cè)試是通過(guò)從電池的的工作電極與對(duì)電極上引出兩條導(dǎo)線(xiàn)接到電池性能測(cè)試裝置上。電池的工作面積為0.2cm_2，光照強(qiáng)度是lOOmw/cm2。填充因子(ff)是指在I-V曲線(xiàn)中可獲得最大輸出功率的點(diǎn)上的電流電壓乘積(I。ptXV。pt)與IscXV0JIsc為短路光電流，V。。為開(kāi)路光電壓)之比，它體現(xiàn)電池的輸出功率隨負(fù)載的變動(dòng)特性。光電轉(zhuǎn)換效率(H)則是1_\￥_與輸入的光功率？&之比。由圖1計(jì)算稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極電池的短路光電流、開(kāi)路光電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率分別為14. 53mAcm_2、0. 702V、. 067和6. 83%。相同條件下鉬電極電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7. 19%。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極，其特征在于由稻殼多級(jí)孔碳膜沉積到導(dǎo)電基底上制備而成，其中所用導(dǎo)電基底為導(dǎo)電玻璃或金屬片。
2.權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極，其特征在于所述的導(dǎo)電基底上沉積的多級(jí)孔碳層厚度為1 50 μ m。
3.權(quán)利要求1或2所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極，其特征在于所述的導(dǎo)電基底上沉積的多級(jí)孔碳層厚度優(yōu)選為3 30 μ m。
4.權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極，其特征在于所述的染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極的制備方法包括如下步驟(1)將稻殼多級(jí)孔碳研磨，然后與溶劑和添加劑混合，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬脱心ィ纬删鶆虻奶紳{；(2)將步驟(1)中的碳漿通過(guò)刮涂或印刷的方法均勻涂到電極導(dǎo)電基底表面；(3)將步驟O)中制備的覆蓋稻殼多級(jí)孔碳薄膜的導(dǎo)電基板在室溫下、空氣氣氛中晾干，然后在150 500度、氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)5 30分鐘，制備出稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極制備方法，其特征在于步驟⑴碳漿中稻殼多級(jí)孔碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 50份，溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45 95份，添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 005 10份。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極制備方法，其特征在于所述溶劑為異丙醇、正丁醇或乙醇中的一種或一種以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極制備方法，其特征在于所述添加劑為四氯化鈦、鈦酸丁酯或異丙氧醇鈦中的一種或一種以上的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極及制備方法，屬于電池設(shè)備領(lǐng)域，其特征在于由稻殼多級(jí)孔碳膜沉積到導(dǎo)電基底上制備而成，其中所用導(dǎo)電基底為導(dǎo)電玻璃或金屬片。制備工藝簡(jiǎn)單，不需要特殊、復(fù)雜的設(shè)備，可適用于多種電極基底，重復(fù)性高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。多級(jí)孔碳是以生物廢料稻殼為原料制備的，因此價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，以上兩點(diǎn)可使染料敏化太陽(yáng)能電池的制造成本進(jìn)一步降低。本發(fā)明制備的稻殼多級(jí)孔碳對(duì)電極催化活性高，應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中，相同條件下可以取得與傳統(tǒng)鉑對(duì)電極電池相當(dāng)?shù)墓怆娹D(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102568851SQ20121001700
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者王桂強(qiáng), 禚淑萍 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)