[发明专利]铜掺杂碳化铁粉末材料及其应用

说明书

本发明提供一种铜掺杂碳化铁粉末材料，它由以下方法制备而成：将氯化铁和氯化铜混合的醇溶液与2‑甲基咪唑混合后搅拌均匀为溶液，油浴得到的黄褐色粉末经干燥后在石英管式炉中热处理；之后进行碾磨得到所述铜掺杂碳化铁粉末材料。本发明制备的铜掺杂碳化铁对电极材料应用于染料敏化太阳能电池对电极，将铜元素掺杂进碳化铁中，能代替贵金属铂作为对电极材料，且制备材料的原料廉价、材料导电性和催化性能良好。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种铜掺杂碳化铁粉末材料及其应用。

背景技术

随着社会的飞速发展，人类对于能源的需求进一步增加。传统能源，如石油、天然气、煤炭的大量使用，不仅污染了全球的环境，还导致了全球变暖和温室效应等问题。太阳能作为一种可再生能源，和其他能源相比有着很多优点：不会造成生态环境污染；取之不尽、用之不竭；成本较低、功率巨大等。而太阳能电池又是开发利用太阳能最有效的方法之一。目前已经商业化的硅太阳能电池，由于对材料的纯度要求较高，工艺复杂，成本昂贵，限制了它的普及和广泛应用。而20世纪90年代发展起来的染料敏化太阳能电池(DSSC)具有廉价、高效、制作工艺要求低、寿命长的优点，迅速成为当今世界科学家的研究的热点和重点。对它的研究将有利于缓解当今能源危机和环境污染的问题，具有非常重要的现实和长远意义。1991年，瑞士的Michael教授在Nature上发表论文，报道了一种全新的太阳能电池-染料敏化太阳能电池，以纳米多孔TiO₂为半导体电极，Ru络合物作为敏化染料，选用I^-/I-3氧化还原电解质，制作了一种新型的TiO₂纳米晶DSSC，在AM1.5、100mW·cm^-2的照射条件下，得到了7.1％的能量转换效率。1997年又将该电池的能量转换效率提高到10％-11％，短路电流达到18mA·cm^-2，开路电压达到720mV²。DSSC的成本仅为硅太阳能电池的1/5-1/10，其中，对电极是DSSC的重要组成部分，目前实验室大部分还是采用Pt作为对电极，但是昂贵的Pt增加了DSSC的成本，有限的Pt资源限制了DSSC的大规模生产和使用，因此，采用低成本的材料取代贵金属铂是目前染料敏化太阳能电池的发展方向。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种铜掺杂碳化铁粉末材料及其应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

铜掺杂碳化铁粉末材料，它由以下方法制备而成：将氯化铁和氯化铜混合的醇溶液与2-甲基咪唑混合后搅拌均匀为溶液，油浴得到的黄褐色粉末经干燥后在石英管式炉中热处理；之后进行碾磨得到所述铜掺杂碳化铁粉末材料。

上述方案中，所述氯化铁和氯化铜的总摩尔数与2-甲基咪唑的摩尔比为1:1。

上述方案中，所述氯化铜占氯化铁和氯化铜总摩尔数的百分比为0.25-1％。

上述方案中，所述油浴温度为50℃-80℃。

上述方案中，所述热处理步骤中：热处理温度为700℃-1000℃，升温速率为140℃/h-200℃/h，保温时间为30min-1h，气流量为20-50ccm。

上述方案中，所述热处理气氛为高纯N₂。

所述的铜掺杂碳化铁粉末材料在染料敏化太阳能电池的对电极材料中的应用。

本发明的有益效果为：本发明制备的铜掺杂碳化铁对电极材料应用于染料敏化太阳能电池对电极，将铜元素掺杂进碳化铁中，能代替贵金属铂作为对电极材料，且制备材料的原料廉价、材料导电性和催化性能良好。

附图说明

图1为铂对电极在电解质溶液中的CV曲线。

图2为实施例1中的摩尔百分比为0.25％掺杂铜的碳化铁粉末在电解质溶液中的CV曲线。