[发明专利]一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管/铁-钴/聚苯胺复合染料敏化太阳能电池对电极的制备，属太阳能电池电极制备及应用的技术领域。

背景技术

太阳能作为一种绿色可再生能源，是最具有发展前景的新能源；太阳能光伏技术的研究是十分重要的，并在全球掀起了开发利用太阳能的热潮；20世纪80年代初，硅太阳能电池的研究与应用得到了快速发展，电池效率显著提高，生产成本不断降低，应用领域逐年扩大；目前晶体硅太阳能电池仍然是商业上的主流太阳能电池，但是晶体硅太阳能电池对材料的要求苛刻、成本昂贵、制作工艺复杂，限制了它的实际应用；1991年，瑞士的Gratzel在Nature上首次报道了光电转化效率为7.1％的染料敏化太阳能电池，简称DSSC；首次将纳米晶多孔二氧化钛介孔薄膜电极应用在染料敏化太阳能电池电极上，无掺杂的纳米晶多孔二氧化钛介孔薄膜结构是由海绵式的多孔网络连接而成，它的总比表面积相对其几何面积增加1000-2000倍，可以吸附更多的染料分子，能更加有效地吸收太阳光；2001年Gratzel等人又成功合成了黑染料Black dye，其光电转换效率达到10.4％。

染料敏化太阳能电池是由染料敏化剂、纳米多孔二氧化钛薄膜、电解质及对电极构成的一种多层夹心结构；其工作原理是：当电池受到光照时，处于染料分子基态的电子吸收光能量跃迁到激发态，由于激发态染料分子能级处于二氧化钛的导带上，染料分子的电子迅速注入到纳米二氧化钛导带中，使染料自身转变成氧化态。

氧化的染料分子被电解质氧化还原电对中的碘负一价离子I^-还原成常态；而电子通过二氧化钛薄膜扩散到导电基底，经过外电路到达对电极；在对电极碘负三价离子I^3-接受外电路的电子被还原成I^-，这样就完成一个光电化学循环过程；对电极用来加速I^3-的还原过程，染料敏化太阳能电池对电极是由贵金属铂构成的，其成本高，影响太阳能电池的广泛推广；碳纳米管是具有很好的机械性能、高电学性能和多孔型的三维纳米材料，用碳纳米管复合材料代替贵金属铂是一个很好的设想。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是针对背景技术的状况，采用导电玻璃为基片，碳纳米管做原料，合成制备碳纳米管/铁-钴/聚苯胺复合材料对电极，替代贵金属铂在染料敏化太阳能电池上应用，以大幅度降低太阳能电池对电极的成本，提高太阳能电池的光转化效率和稳定性。

技术方案：

本发明使用的化学物质材料为导电玻璃、多壁碳纳米管、硫酸、盐酸、苯胺、过硫酸铵、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、氧化铁、硝酸钴、丙酮、曲拉通、氩气，其组合用量如下：以毫米、克、毫升、厘米³为计量单位

导电玻璃：FTO    SnO₂:F    20mm×20mm×2mm 1块

多壁碳纳米管：0.5g±0.001g

硫酸：H₂SO₄    60ml±0.1ml

盐酸：HCl      25ml±0.1ml

苯胺：2ml±0.1ml

过硫酸铵：(NH₄)₂S₂O₈              4g±0.1g

去离子水：H₂O                     5000ml±10ml

乙醇：CH₃CH₂OH                    300ml±0.1ml

聚乙烯吡咯烷酮：(C₆H₉NO)_n         0.1g±0.001g

氧化铁：Fe₂O₃                     0.1g±0.001g

硝酸钴：Co(NO₃)₂·6H₂O            0.2g±0.001g

曲拉通：100    C₁₄H₂₂O(C₂H₄O)_n    5ml±0.1ml