一种量子点敏化太阳能电池对电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种量子点敏化太阳能电池对电极及其制备方法，制备方法包括：（a）制备聚丙烯腈碳纳米纤维；（b）将羧甲基纤维素钠、异丙醇和乙醇混合均匀，磁力搅拌10

【技术实现步骤摘要】
一种量子点敏化太阳能电池对电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳电池材料
，具体地说是涉及一种量子点敏化太阳能电池对电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源在人类可持续发展过程中扮演着至关重要的地位，然而随着现代科技的发展，环境污染问题以及能源危机越来越凸显出来，寻求高效、易得、廉价的可再生环境清洁产品迫在眉睫。因此风能，水能，太阳能和地热能等成为人们广泛关注的焦点，其中太阳能是地球上分布最广泛的可再生能源，具有重大的发展潜力。太阳能电池则是开发利用太阳能的重要途径之一，是一种可以直接将太阳能转换为电能的器件。
[0003]量子点敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，它被称作光电转化装置中新型绿色能源的先锋军。量子点敏化太阳能电池其主要结构包括：光阳极（TiO2、SnO2、ZnO等）、敏化剂（量子点等）、电解液（S
n2
‑
/S2‑
、((CH3)4N)2S/((CH 3
)4N)2S
n
等）、对电极四部分组成。其中，对电极是量子点敏化太阳能电池的一个重要组成部分，其主要起催化电池电解液中氧化还原电对的循环再生，进而保证把敏化剂空穴还原为敏化剂分子的功能。量子点敏化太阳能电池凭借其高的光电转化效率和低的生产成本，成为下一代太阳能电池更有力的竞争者。
[0004]目前，量子点敏化太阳能电池的对电极材料普遍存在成本高、稳定性差、催化性能不理想的问题。碳纤维是一种具有优良性能的导电材料，由于其独特的管状结构，与其他碳材料具有同样的导电性能与稳定性，但因为其具有更大的比表面积，因此可以提供更多的催化活性位点，提高催化性能，更加利于电子的传输。因此，研究一种基于碳纤维的量子点敏化太阳能电池对电极对提高电池效率和应用价值具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种量子点敏化太阳能电池对电极及其制备方法，以解决现有常用电极存在的价格昂贵、催化性能不理想以及应用范围受限制等问题。
[0006]本专利技术技术方案为：一种量子点敏化太阳能电池对电极，所述对电极通过以下方法制备得到：（a）以聚丙烯腈为溶质、二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量浓度为10
‑
15%的聚丙烯腈溶液，搅拌至透明粘稠状，注入到高压静电纺丝机进行纺丝，将纺好的聚丙烯腈原丝进行碳化，得聚丙烯腈碳纳米纤维；（b）将羧甲基纤维素钠、异丙醇和乙醇混合均匀，磁力搅拌10
‑
14 h，得到粘合剂；（c）将步骤（a）所得的碳纳米纤维研磨成粉末，逐滴加入所述粘合剂，不断研磨制成碳糊浆料；（d）将所述碳糊浆料均匀涂覆在钛网基底上，并置于烘箱中烘干；（e）将干燥后的钛网置于氮气保护的管式炉中，在500
‑
700 ℃煅烧20
‑
40 min，自然冷却后即得量子点敏化太阳能电池对电极。
[0007]步骤（a）中，静电纺丝工艺为：聚丙烯腈溶液流速20
‑
30 uL/min，总供液速率为1.2
‑
1.8 mL/h，高压静电纺丝机的电压为8
‑
12 kv，针头长度为20
‑
30厘米，直径为0.5
‑
0.9毫米。
[0008]步骤（a）中，碳化的工艺为：将聚丙烯腈原丝置于炭化炉内，使碳化室内从室温升至280
‑
320 ℃，保持0.5
‑
1.5 h，使聚丙烯腈预氧化；然后在氮气保护下，升温至900
‑
1100 ℃，保持0.5
‑
1 h，之后冷却至室温。
[0009]步骤（b）中，羧甲基纤维素钠、异丙醇、乙醇的用量比为0.8g：3
‑
5mL：6
‑
10mL。
[0010]步骤（c）中，碳纳米纤维与粘合剂的用量比为0.3
‑
3 g：3 mL。
[0011]步骤（d）中，烘干温度为50
‑
70 ℃，时间2
‑
4 h；钛网目数为1500
‑
2500目，厚度为0.1
‑
0.3 mm。碳糊浆料涂覆厚度为0.4
‑
0.9mm。
[0012]一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，包括以下步骤：（a）以聚丙烯腈为溶质、二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量浓度为10
‑
15%的聚丙烯腈溶液，搅拌至透明粘稠状，注入到高压静电纺丝机进行纺丝，将纺好的聚丙烯腈原丝进行碳化，得聚丙烯腈碳纳米纤维；（b）将羧甲基纤维素钠、异丙醇和乙醇混合均匀，磁力搅拌10
‑
14 h，得到粘合剂；（c）将步骤（a）所得的碳纳米纤维研磨成粉末，逐滴加入所述粘合剂，不断研磨制成碳糊浆料；（d）将所述碳糊浆料均匀涂覆在钛网基底上，并置于烘箱中烘干；（e）将干燥后的钛网置于氮气保护的管式炉中，在500
‑
700 ℃煅烧20
‑
40 min，自然冷却后即得对电极。
[0013]步骤（a）中，静电纺丝工艺为：聚丙烯腈溶液流速20
‑
30 uL/min，总供液速率为1.2
‑
1.8 mL/h，高压静电纺丝机的电压为8
‑
12 kv，针头长度为20
‑
30厘米，直径为0.5
‑
0.9毫米；碳化的工艺为：将聚丙烯腈原丝置于炭化炉内，使碳化室内从室温升至280
‑
320 ℃，保持0.5
‑
1.5 h，使聚丙烯腈预氧化；然后在氮气保护下，升温至900
‑
1100 ℃，保持0.5
‑
1 h，之后冷却至室温。
[0014]步骤（b）中，羧甲基纤维素钠、异丙醇、乙醇的用量比为0.8g：3
‑
5mL：6
‑
10mL。步骤（c）中，碳纳米纤维与粘合剂的用量比为0.3
‑
3 g：3 mL；步骤（d）中，烘干温度为50
‑
70 ℃，时间2
‑
4 h；钛网目数为1500
‑
2500目，厚度为0.1
‑
0.3 mm。碳糊浆料涂覆厚度为0.4
‑
0.9mm。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术应用于量子点敏化太阳能电池对电极，相比于传统的对电极材料更加廉价，易得，不仅具有更好的稳定性且可以提供更高的催化性能。
[0016]本专利技术通过静电纺丝技术制备了形状规则、具有实心截面、直径分布均匀的聚丙烯腈碳纳米纤维，采用有机溶剂粘合剂直接将碳纤维涂覆在钛网上。该方法操作简单不仅使得碳纤维与钛网稳定结合在一起，而且具有更高的转化效率。相比于传统对电极，钛网更加的廉价易得，其网状结构更加有利于电解液的扩散，导电性更强，改善电荷转移动力学，实现高效利用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子点敏化太阳能电池对电极，其特征在于，所述对电极通过以下方法制备得到：（a）以聚丙烯腈为溶质、二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量浓度为10
‑
15%的聚丙烯腈溶液，搅拌至透明粘稠状，注入到高压静电纺丝机进行纺丝，将纺好的聚丙烯腈原丝进行碳化，得聚丙烯腈碳纳米纤维；（b）将羧甲基纤维素钠、异丙醇和乙醇混合均匀，磁力搅拌10
‑
14 h，得到粘合剂；（c）将步骤（a）所得的碳纳米纤维研磨成粉末，逐滴加入所述粘合剂，不断研磨制成碳糊浆料；（d）将所述碳糊浆料均匀涂覆在钛网基底上，并置于烘箱中烘干；（e）将干燥后的钛网置于氮气保护的管式炉中，在500
‑
700 ℃煅烧20
‑
40 min，自然冷却后即得所述量子点敏化太阳能电池对电极。2.根据权利要求1所述的对电极，其特征在于，步骤（a）中，静电纺丝工艺为：聚丙烯腈溶液流速20
‑
30 uL/min，总供液速率为1.2
‑
1.8 mL/h，高压静电纺丝机的电压为8
‑
12 kv，针头长度为20
‑
30厘米，直径为0.5
‑
0.9毫米。3.根据权利要求1所述的对电极，其特征在于，步骤（a）中，碳化的工艺为：将聚丙烯腈原丝置于炭化炉内，使碳化室内从室温升至280
‑
320 ℃，保持0.5
‑
1.5 h，使聚丙烯腈预氧化；然后在氮气保护下，升温至900
‑
1100 ℃，保持0.5
‑
1 h，之后冷却至室温。4.根据权利要求1所述的对电极，其特征在于，步骤（b）中，羧甲基纤维素钠、异丙醇、乙醇的用量比为0.8g：3
‑
5mL：6
‑
10mL。5.根据权利要求1所述的对电极，其特征在于，步骤（c）中，碳纳米纤维与粘合剂的用量比为0.3
‑
3 g：3 mL。6.根据权利要求1所述的对电极，其特征在于，步骤（d）中，烘干温度为50
‑
70 ℃，时间2
‑
4 h；钛网目数为1500
‑
2500目，钛网厚度为0.1
‑
0.3 mm；碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲，邓泽超，张文明，赵晓辉，刘双安，赵开封，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：