M0.85Se电催化材料及其制备方法以及在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用技术

本发明专利技术公开M0.85Se电催化材料及其制备方法以及在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，M0.85Se电催化材料为Co0.85Se或Ni0.85Se。M0.85Se电催化材料制备方法，包括如下：取硒粉、MCl2·6H2O、水合肼和一次水置于锥形瓶中，超声搅拌；磁力搅拌下将锥形瓶中的液体倒入反应釜中，将反应釜放进干燥箱，反应；反应停止后，冷却至室温；将反应后的混合物抽滤，得到滤饼，滤饼分别用一次水和乙醇交替洗涤，将得到滤饼在真空干燥箱干燥，所得固体即为M0.85Se电催化材料。采用XRD和SEM对其进行形貌表征；利用循环伏安、电化学阻抗和塔菲尔极化曲线表征材料的催化活性；以M0.85Se(M＝Co,Ni)纳米材料为对电极，研究基于准固态电解质的双面染料敏化太阳能电池中的光伏性能，Co0.85Se作对电极材料正面效率为8.33％，反面效率为5.09％，Ni0.85Se作对电极材料正面效率为7.06％，反面效率为4.52％。

【技术实现步骤摘要】
M0.85Se电催化材料及其制备方法以及在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用
本专利技术涉及敏化电池。具体地说是M0.85Se电催化材料及其制备方法以及在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
在人们充分寻找并利用各种资源的今天，太阳能是人们发现最清洁并最有效的能源之一。基于对太阳能的利用，染料敏化太阳能电池吸引了很多人的关注，如何提高电池的光电转化效率更是各方关注的重点。由此，双面染料敏化太阳能电池因其可减少光电转化效率的损耗，进一步提高转化效率而获得人们的研究兴趣。双面染料敏化太阳能电池由一个吸附染料的二氧化钛膜工作电极、电解质和一个对电极组成。对电极的主要作用是催化电解质内I-/I3-氧化还原的循环。因为贵金属Pt有极好的电催化活性和强导电能力，所以被广泛的用作高效率染料敏化太阳能电池中的对电极材料。但是因为Pt的稀缺和昂贵，在很大程度上限制了Pt在染料电池中的使用。因此，寻找其他廉价、具有强导电性、电催化活性的金属来替代贵金属铂作为对电极材料是十分有必要的。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种可替代贵金属Pt的M0.85Se电催化材料及其制备方法以及在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：M0.85Se电催化材料，M0.85Se电催化材料为Co0.85Se或Ni0.85Se。M0.85Se电催化材料的制备方法，包括如下步骤：(1)取硒粉、MCl2·6H2O、水合肼和一次水置于锥形瓶中，超声搅拌；(2)磁力搅拌下将锥形瓶中的液体倒入反应釜中，将反应釜放进干燥箱，反应；(3)反应停止后，冷却至室温；将反应后的混合物抽滤，得到滤饼，滤饼分别用一次水和乙醇交替洗涤，将得到滤饼在真空干燥箱干燥，所得固体即为M0.85Se电催化材料。上述M0.85Se电催化材料的制备方法，在步骤(1)中，M为Co或Ni。上述M0.85Se电催化材料的制备方法，在步骤(1)中，取硒粉为0.024mmol、MCl2·6H2O为0.2mmol、水合肼15mL和一次水50mL置于锥形瓶中，超声搅拌30min。上述M0.85Se电催化材料的制备方法，在步骤(2)中，磁力搅拌下均匀的将锥形瓶中的液体倒入10个10mL的反应釜中，将反应釜放进120℃干燥箱，反应12h。上述M0.85Se电催化材料的制备方法，在步骤(3)中，反应停止后，冷却至室温；将反应后的混合物抽滤，得到滤饼，滤饼分别用一次水和乙醇交替洗涤10-15次，将得到滤饼在真空干燥箱80℃干燥2h，取出，所得固体即为M0.85Se电催化材料，放于样品瓶中，贴上标签待用。M0.85Se电催化材料在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，于，用权利要求1-6任一所述的M0.85Se电催化材料制作双面准固态染料敏化太阳能电池。上述M0.85Se电催化材料在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，M0.85Se电催化材料制作双面准固态染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：光阳极的制备：载有厚度为15μm的TiO2薄膜的FTO导电玻璃，浸入浓度为0.05mol/L的TiCl4水溶液中，置于70℃的烘箱中，放置0.5h，然后取出载有TiO2薄膜的导电玻璃，用去离子水冲洗干净，氮气吹干后；放入马弗炉中退火处理：升温1h至450℃，保温30min，自然冷却至120℃后，取出电极，迅速放入N719染料溶液中，静置16h后，取出载有TiO2薄膜的FTO导电玻璃；用纯化后的无水乙腈溶液清洗掉薄膜表面物理吸附的N719染料，用氮气吹干，待用，所得电极即为染料敏化的TiO2光阳极；N719染料的制备方法：准确称取N719染料3mg，用一次性注射器取5mL叔丁醇和5mL乙腈溶解于棕色样品瓶中，超声30min，避光保存；对电极的制备：将3M胶剪下来贴在预处理后的FTO玻璃的导电面上，使其贴成0.6cm×0.6cm的正方形；称量1.8mg的M0.85Se电催化材料，然后用一次性注射器取5mL乙醇和5mL一次水溶解于样品瓶中，放在超声波清洗器中超声30min，得M0.85Se悬浊液；用移液枪吸取M0.85Se悬溶液10μL滴到FTO玻璃贴胶布一面的正方形内，滴好后放在红外烤箱中烘干，M0.85Se材料会沉积在FTO方框内；重复操作滴涂8次后的对电极，在100℃真空干燥箱干燥2h；所得电极即为M0.85Se电催化材料制备的对电极；电池的封装：取出30μm厚的Surlyn薄膜，置于M0.85Se电催化材料制备的对电极和染料敏化的TiO2光阳极之间，然后放在热封仪中120℃下热压、粘住，待冷却至室温后，在对电极背面的孔上滴0.05mL准固态电解质，使孔上的电解质全部进入电池内部，电池封装完成，得到M0.85Se电催化材料制作双面准固态染料敏化太阳能电池。上述M0.85Se电催化材料在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，所述准固态电解质为液体碘电解质中加入偏氟乙烯-全氟丙烯共聚物。上述M0.85Se电催化材料在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，准固态电解质的制备方法如下：在手套箱中氮气氛围下配制液体碘电解质，液体碘电解质包括0.1mol/L的LiI,0.05mol/L的I2，0.6mol/L的的离子液体DMPII以及0.5mol/L的的添加剂4-叔丁基吡啶，溶剂为重蒸馏的无水乙腈，DMPII为1,2-二甲基-3-丙基碘化咪唑鎓；然后向液体碘电解质中加入5wt％的偏氟乙烯-全氟丙烯共聚物，5wt％的偏氟乙烯-全氟丙烯共聚物的溶剂为3-甲基丙腈。本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：本专利技术用水热法合成了M0.85Se(M＝Co,Ni)纳米材料，采用XRD和SEM对其进行形貌表征；利用循环伏安、电化学阻抗和塔菲尔极化曲线表征材料的催化活性；最后，以M0.85Se(M＝Co,Ni)纳米材料为对电极，研究了基于准固态电解质的双面染料敏化太阳能电池中的光伏性能。结果表明，以Pt为对电极，正面转化效率7.44％，反面转化效率4.14％，Co0.85Se作对电极材料正面效率为8.33％，反面效率为5.09％，Ni0.85Se作对电极材料正面效率为7.06％，反面效率为4.52％。附图说明图1本专利技术M0.85Se(M＝Co，Ni)电催化材料的X射线衍射图；图2本专利技术M0.85Se(M＝Co)电催化材料的扫描电镜图；图3本专利技术M0.85Se(M＝Ni)电催化材料的扫描电镜图；图4本专利技术M0.85Se(M＝Co，Ni)电催化材料制备的对电极和Pt对电极的循环伏安图；图5本专利技术M0.85Se(M＝Co，Ni)电催化材料制备的对电极和Pt对电极对电极准固态电解质交流阻抗图；图6本专利技术M0.85Se(M＝Co，Ni)电催化材料制备的对电极和Pt对电极的Tafel极化曲线图；图7本专利技术M0.85Se(M＝Co，Ni)电催化材料制备的对电极的正、反面照射J-V曲线。具体实施方式一、M0.85Se(M＝Co,Ni)电催化材料的制备1.1.Co0.85Se：取Se粉0.024mmol，CoCl2·6H2O0.2mmol，水合肼15mL一次水50mL于50mL锥形瓶中，超声搅拌30min后，磁力搅拌下均匀倒入10个10mL的反应釜中，在120℃烘箱中反应12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.M0.85Se电催化材料，其特征在于，M0.85Se电催化材料为Co0.85Se或Ni0.85Se。

【技术特征摘要】
1.M0.85Se电催化材料，其特征在于，M0.85Se电催化材料为Co0.85Se或Ni0.85Se。2.M0.85Se电催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取硒粉、MCl2·6H2O、水合肼和一次水置于锥形瓶中，超声搅拌；(2)磁力搅拌下将锥形瓶中的液体倒入反应釜中，将反应釜放进干燥箱，反应；(3)反应停止后，冷却至室温；将反应后的混合物抽滤，得到滤饼，滤饼分别用一次水和乙醇交替洗涤，将得到滤饼在真空干燥箱干燥，所得固体即为M0.85Se电催化材料。3.根据权利要求2所述的M0.85Se电催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，M为Co或Ni。4.根据权利要求2所述的M0.85Se电催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，取硒粉为0.024mmol、MCl2·6H2O为0.2mmol、水合肼15mL和一次水50mL置于锥形瓶中，超声搅拌30min。5.根据权利要求2所述的M0.85Se电催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，磁力搅拌下均匀的将锥形瓶中的液体倒入10个10mL的反应釜中，将反应釜放进120℃干燥箱，反应12h。6.根据权利要求2所述的M0.85Se电催化材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，反应停止后，将反应后的混合物抽滤，得到滤饼，滤饼分别用一次水和乙醇交替洗涤10-15次，将得到滤饼在真空干燥箱80℃干燥2h，取出，所得固体即为M0.85Se电催化材料，放于样品瓶中，贴上标签待用。7.M0.85Se电催化材料在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于，用权利要求1-6任一所述的M0.85Se电催化材料制作双面准固态染料敏化太阳能电池。8.根据权利要求7所述的M0.85Se电催化材料在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于，M0.85Se电催化材料制作双面准固态染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：光阳极的制备：载有厚度为15μm的TiO2薄膜的FTO导电玻璃，浸入浓度为0.05mol/L的TiCl4水溶液中，置于70℃的烘箱中，放置0.5h，然后取出载有TiO2薄膜的FTO导电玻璃，用去离子水冲洗干净，氮气吹干后；放入马弗炉中退火处理：升温1h至450℃，保温30min...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡素华，李文文，刘朋，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34