染料敏化太阳电池用钙钛矿氧化物对电极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿型氧化物薄膜电极及其制备方法和在染料敏化太阳电池领域中的应用，属染料敏化太阳电池领域。本发明专利技术通过溶胶-凝胶（Sol-Gel）法制备合成了钙钛矿型氧化物粉体，将粉体与溶剂、添加剂等混合获得浆料，并采用丝网印刷法沉积在导电薄膜基底上，经烧结制备染料敏化太阳电池用多孔钙钛矿型氧化物对电极。本发明专利技术的有益效果是，本发明专利技术的钙钛矿型氧化物对电极材料，催化性能较佳、化学性能稳定、价格低廉、来源广泛，大大降低了成本，有利于DSSCs的大规模产业化。

【技术实现步骤摘要】
染料敏化太阳电池用钙钛矿氧化物对电极材料
本专利技术属于染料敏化太阳电池
，具体涉及染料敏化太阳电池用钙钛矿型氧化物薄膜对电极。
技术介绍
染料敏化太阳电池（dyesensitizedsolarcells,DSSCs）因其成本低廉、制作简单、性能稳定、环境友好，显示出强大的商业应用价值。自1991年Grätzel教授首次研制出转换效率达7.9%的染料敏化太阳电池，目前实验室液态电解质电池光电转换效率已超过12%（Science,2011,334,6056）。并且这种基于纳晶半导体材料的新型太阳能电池具有进一步提高效率和降低成本的潜在优势，极有可能取代传统固态光伏器件如：硅太阳能电池、锑化镉薄膜电池和铜铟镓硒薄膜电池，而成为未来太阳能电池的主导。DSSCs主要由染料敏化的多孔半导体纳米晶TiO2薄膜工作电极、含有I-/I3-氧化还原电对的电解质和催化I3-的对电极组成。对电极主要作用：收集和输运电子（接收电池外回路的电子并把它传递给电解质中的氧化还原反应电子对）；吸附并催化I3-；反射透过光；对电极对提高DSSCs的光电性能和光电转换效率起着重要作用。因此，对电极需具有低的电阻和高的催化活性，以减少对电极上电子传递过程的能量损失。典型的对电极由透明导电玻璃（FTOglass）和FTO导电玻璃表面的铂（platinum,Pt）催化层组成。但是，贵金属铂不仅与染料敏化太阳电池的低成本的初衷相违背，大规模生产及应用具有明显的局限性，而且有些工艺制得的Pt催化层存在易被电解质腐蚀的现象，导致器件稳定性下降。因此，探索新型廉价非铂对电极是近年来DSSCs领域一个研究热点。近年来，钙钛矿型复合氧化物（ABO3）具有较高电导，B位进行掺杂改性更有益于提高电极性能。其中，性能较好的LaNi0.8Fe0.2O3已在二次金属氢化物-空气电池中实现了初步应用。同时，锰酸镧基薄膜具有电热、催化剂温敏等性能，引起研究者的广泛关注。钙钛矿型氧化物薄膜制备方法众多，而丝网印刷工艺简单，易于规模化。丝网印刷法制备的钙钛矿型复合氧化物薄膜对电极具有资源丰富，价格低廉，环境友好和适合规模化生产特性，是取代铂对电极的理想材料。
技术实现思路
针对传统的铂对电极储量有限，价格昂贵，不易于产业化生产等缺陷，本专利技术的目的在于提供一种成本低、催化活性高和适于产业化生产的钙钛矿型氧化物对电极。上述目的通过以下方案实现：一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于：制备方法包括以下步骤：（1）将金属盐加入到去离子水溶剂中，搅拌均匀，再将EDTA按照比例n（EDTA）:n（金属离子）=（0.1-100）:1加入到金属盐的水溶液中，再加入粘稠剂乙二醇，乙二醇按照比例n（乙二醇）:n（EDTA）=（0.1-100）:1加入，不断搅拌，通过滴加氨水或硝酸调节pH值稳定在4-12,再水浴蒸发水分得凝胶，将凝胶在60-200℃下真空干燥得干凝胶，然后在空气中100-500℃发生自燃，将燃烧产物研磨后在空气中进行进一步热处理，热处理温度范围为60-1100℃,制备得钙钛矿型氧化物粉体；（2）将钙钛矿型氧化物粉体与溶剂、添加剂混合获得丝网印刷浆料，将配置好的丝网印刷浆料研磨0.5-12h，然后采用丝网印刷法沉积在导电薄膜基底上，印刷后的薄膜经干燥和300-520℃烧结0.5-12h，最终成为染料敏化太阳电池用多孔钙钛矿型氧化物薄膜对电极。所述的一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于:所述的金属盐为金属离子的摩尔比为La:Ni:Fe=1:（0.1-1）:（0.9-0）的镧、镍和铁金属的硝酸盐，所制备钙钛矿型氧化物粉体为LaNi1-xFexO3（x=0-0.9），或所述的金属盐为金属离子的摩尔比为La:Sr:Mn=（0.1-1）:（0.9-0）的镧、锶和锰金属的硝酸盐，所制备钙钛矿型氧化物粉体为La1-xSrxMnO3（x=0-0.9）。所述的一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于:所述导电薄膜基底为导电玻璃或其他导电基底材料。所述的一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于:所述溶剂为松油醇，所述的添加剂为乙基纤维素。所述的一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于:所述的丝网印刷浆料的各原料重量配比为：W钙钛矿粉体:W松油醇:W乙基纤维素=1:（0.1-10）:（0.3-30）。所述的钙钛矿型LaNi1-xFexO3薄膜对电极制备包括如下步骤：（1）按照La:Ni:Fe=1:（0.1-1）:（0.9-0）的摩尔比称取硝酸镧、硝酸镍和硝酸铁，以去离子水为溶剂，充分搅拌后，按照n（EDTA）:n（金属离子）=（0.1-100）:1加入EDTA的氨水溶液，再加入粘稠剂乙二醇，乙二醇按照比例n（乙二醇）:n（EDTA）=（0.1-100）:1加入，不断搅拌，调节pH值稳定在4-12，水浴40-70℃加热缓慢蒸发水分，最后得到粘稠状透明凝胶，将凝胶在60-100℃下真空干燥5-24h，得到干凝胶，再在空气中300-500℃发生自燃，将燃烧产物研磨后在空气中进行进一步热处理，热处理温度范围为60-900℃，升温速率为10℃·min-1。即得所需的钙钛矿型LaNi1-xFexO3粉体。（2）按一定的质量比加入松油醇和乙基纤维素，其与LaNi1-xFexO3粉体的质量比为WLaNi1-xFexO3:W松油醇:W乙基纤维素=1:1:3；配置好的浆料研磨30分钟形成粘稠的适合丝网印刷的浆料。采用丝网印刷法将配置好的浆料丝印在导电薄膜基底上，在300-520℃烧结0.5-12h，随炉自然冷却，形成多孔LaNi1-xFexO3薄膜对电极。所述的钙钛矿型La1-xSrxMnO3薄膜对电极制备包括如下步骤：（1）按照La:Sr:Mn=1:（0.1-1）:（0.9-0）的摩尔比称取硝酸镧、硝酸锶和硝酸锰，以去离子水为溶剂，充分搅拌后，按照n（EDTA）:n（金属离子）=（0.1-100）:1加入EDTA的氨水溶液，再加入粘稠剂乙二醇，乙二醇按照比例n（乙二醇）:n（EDTA）=（0.1-100）:1加入，不断搅拌，调节pH值稳定在4-12，水浴40-70℃加热缓慢蒸发水分，最后得到粘稠状透明凝胶，将凝胶在60-100℃下真空干燥5-24h，得到干凝胶，再在空气中300-500℃发生自燃，将燃烧产物研磨后在空气中进行进一步热处理，热处理温度范围为60-900℃，升温速率为10℃·min-1。即得所需的钙钛矿型La1-xSrxMnO3粉体。（2）按一定的质量比加入松油醇和乙基纤维素，其与La1-xSrxMnO3粉体的质量比为WLa1-xSrxMnO3:W松油醇:W乙基纤维素=1:1:3；配置好的浆料研磨30分钟形成粘稠的适合丝网印刷的浆料。采用丝网印刷法将配置好的浆料丝印在导电薄膜基底上，在300-520℃烧结0.5-12h，随炉自然冷却，形成多孔La1-xSrxMnO3薄膜对电极。按照本专利技术制备的钙钛矿型氧化物对电极，光电转化效率不同，其中铁掺杂镍酸镧（LaNi0.8Fe0.2O3）薄膜对电极DSC光电转换效率高于锰酸锶镧（La0.6Sr0.4MnO3和La0.8Sr0.2MnO3）薄膜对电极。同时，钙钛矿型复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于：制备方法包括以下步骤：（1）将金属盐加入到去离子水溶剂中，搅拌均匀，再将EDTA按照比例n（EDTA）:n（金属离子）=（0.1?100）:1加入到金属盐的水溶液中，再加入粘稠剂乙二醇，乙二醇按照比例n（乙二醇）:n（EDTA）=（0.1?100）:1加入，不断搅拌，通过滴加氨水或硝酸调节pH值稳定在4?12,再水浴蒸发水分得凝胶，将凝胶在60?200℃下真空干燥得干凝胶，然后在空气中100?500℃发生自燃，将燃烧产物研磨后在空气中进行进一步热处理，热处理温度范围为60?1100℃,制备得钙钛矿型氧化物粉体；（2）将钙钛矿型氧化物粉体与溶剂、添加剂混合获得丝网印刷浆料，将配置好的丝网印刷浆料研磨0.5?12h，然后采用丝网印刷法沉积在导电薄膜基底上，印刷后的薄膜经干燥和300?520℃烧结0.5?12h，最终成为染料敏化太阳电池用多孔钙钛矿型氧化物薄膜对电极。

【技术特征摘要】
1.一种染料敏化太阳电池用的钙钛矿型氧化物对电极，其特征在于：制备方法包括以下步骤：（1）称量0.005molLa（NiO3）3）•6H2O，0.004molNi（NiO3）2）•6H2O，0.001molFe（NiO3）3）•9H2O，先后分别将各阳离子的硝酸盐溶解在去离子水中，与0.011mol络合剂EDTA充分混合，并加入0.033mol的乙二醇为粘稠剂；在不断搅拌的情况下通过滴加氨水或硝酸调节pH值稳定在约7，直至得到均匀透明溶液，并将其置于40-70℃下缓慢蒸发水分，直至得到透明的凝胶；将凝胶在100℃下真空干燥12h，得到蜂窝状干凝胶，在空气中...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴松元，王文君，潘旭，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：