納米鉑水溶膠及其在制備免燒結(jié)鉑電極中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種納米鉑水溶膠及由其制備的鉑電極和包括該電極的染料敏化太陽(yáng)能電池。納米鉑水溶膠由如下組分形成：氯鉑酸：0.075-0.20g/L；檸檬酸鹽：0.75-2.25g/L；還原引發(fā)劑，其為1.5-3.5mL/L?C1-C3的低級(jí)醇、0.03-0.05g/L的硼氫化鈉或它們的組合；及余量的水。還提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池用鉑電極，其利用本發(fā)明的納米鉑水溶膠在鉑電極用導(dǎo)電基片上電沉積形成鉑薄膜而得到。本發(fā)明的納米鉑水溶膠制得的染料敏化太陽(yáng)能電池鉑對(duì)電極具有良好的電催化性能和導(dǎo)電性能，可免去馬弗爐高溫?zé)Y(jié)的步驟，制備方便、節(jié)能環(huán)保同時(shí)節(jié)省時(shí)間，更親近環(huán)境，并可用于柔性電池的制作。
【專利說(shuō)明】納米鉑水溶膠及其在制備免燒結(jié)鉑電極中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種納米鉬水溶膠、其在制備免燒結(jié)染料敏化太陽(yáng)能電池鉬電極中的應(yīng)用，以及由此制備的免燒結(jié)鉬電極及染料敏化太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著煤、石油和天然氣等礦物資源日益枯竭，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為亟待解決的嚴(yán)重問(wèn)題。如何有效地利用可再生能源技術(shù)已經(jīng)成為全世界的一大課題。染料敏化太陽(yáng)能電池(B.0’ Regan, M.Grilzel5 Nature, 1991，353，737-740)，因其制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、光電轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢(shì)，具有潛在的實(shí)用價(jià)值。
[0003]染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)通常由半導(dǎo)體氧化物納米多孔膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)和鉬電極等組成，其中鉬電極以其良好的導(dǎo)電性且對(duì)電解質(zhì)中碘的氧化還原具有良好的催化活性而在二十多年的研究中未被取代。然而以傳統(tǒng)方法制備的鉬電極比表面積低且需要高溫?zé)Y(jié)，由于耗能高而使成本提高，且耗時(shí)較長(zhǎng)，也不利于節(jié)能環(huán)保。為此，免燒結(jié)納米鉬電極成為重要的研究課題。通過(guò)電沉積制備的免燒結(jié)納米鉬電極在保證鉬的高性能同時(shí)兼顧環(huán)境需求，節(jié)省時(shí)間，制備方便。由于使用的是鉬納米粒子，通過(guò)提高電極比表面積而使其催化活性提高。在染料敏化太陽(yáng)能電池中具有良好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中染料敏化太陽(yáng)能電池中鉬電極的比表面積低、催化活性較低且制備過(guò)程耗能高等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于制作染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的納米鉬水溶膠及由此制備的鉬電極和包括該電極的染料敏化太陽(yáng)能電池。
[0005]本發(fā)明的第一方面是一種納米鉬水溶膠，其由如下組分形成:氯鉬酸:
0.075-0.20g/L ;檸檬酸鹽:0.75-2.25g/L ;還原引發(fā)劑，其為 1.5-3.5mL/L C1-C3 的低級(jí)醇、0.03-0.05g/L的硼氫化鈉或它們的組合；及余量的水。
[0006]優(yōu)選地，納米鉬水溶膠中納米鉬的平均粒徑為2?8納米。
[0007]優(yōu)選地，納米鉬水溶膠中所述低級(jí)醇選自甲醇和乙醇；且檸檬酸鹽選自檸檬酸三鈉、檸檬酸二鈉、檸檬酸氫二鈉和檸檬酸二氫鈉。
[0008]優(yōu)選地，所述納米鉬水溶膠，其基本上由如下組分形成:氯鉬酸:0.125g/L ；
[0009]檸檬酸鹽:1.50g/L ；甲醇:2.5mL/L ;硼氫化鈉:0.04g/L ;及余量的水。
[0010]本發(fā)明另一方面是本發(fā)明納米鉬水溶膠的制備方法，包括:將氯鉬酸的水溶液加熱到70-90°C，攪拌下加入所述檸檬酸鹽的水溶液，混合均勻后恒溫5-20分鐘，再加入所述還原引發(fā)劑，回流20-40分鐘，制得所述納米鉬水溶膠。
[0011]本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池用鉬電極，其利用本發(fā)明的納米鉬水溶膠在鉬電極用導(dǎo)電基片上電沉積形成鉬薄膜而得到。
[0012]本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池用鉬電極的制備方法，包括:將清洗后的鉬電極用導(dǎo)電基片置于納米水溶膠中，在200?3000mV電壓范圍內(nèi)電沉積5_30分鐘，使納米鉬吸附在導(dǎo)電基片的導(dǎo)電面上形成均勻薄膜，從而無(wú)需燒結(jié)而得到鉬電極。
[0013]本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其包括本發(fā)明的鉬電極。
[0014]本發(fā)明的積極效果在于:由本發(fā)明的納米鉬水溶膠制得的染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極具有良好的電催化性能和導(dǎo)電性能，可免去馬弗爐高溫?zé)Y(jié)的步驟，制備方便、節(jié)能環(huán)保同時(shí)節(jié)省時(shí)間，更親近環(huán)境，并可用于柔性電池的制作，具有較好的市場(chǎng)發(fā)展前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例1中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池在化合物N719，AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0016]圖2為實(shí)施例2中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池在N719，AM1.5，IOOOW/ Hl2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0017]圖3為實(shí)施例3中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池在N719，AM1.5，IOOOW/ Hl2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0018]圖4為實(shí)施例4中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池與燒結(jié)鉬電極電池在化合物I，AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0019]圖5為實(shí)施例5中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池與燒結(jié)鉬電極電池在化合物II，AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0020]圖6為實(shí)施例6中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池與燒結(jié)鉬電極電池在化合物HI, AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0021]圖7為實(shí)施例7中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池與燒結(jié)鉬電極電池在化合物H2，AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；
[0022]圖8為實(shí)施例58中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池與燒結(jié)鉬電極電池在化合物H3，AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線；及
[0023]圖9為實(shí)施例9中水溶膠制備的免燒結(jié)鉬對(duì)電極電池與燒結(jié)鉬電極電池在化合物N719，AMl.5，IOOOW/ m2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的1-V對(duì)比曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的水溶膠制備需要如下試劑:硼氫化鈉和甲醇等低級(jí)醇為還原引發(fā)劑，檸檬酸鹽為還原劑和穩(wěn)定劑、氯鉬酸為氧化劑，水為溶劑等。本發(fā)明不含有PVP等保護(hù)劑，可以制得橙色均勻透明、穩(wěn)定的納米鉬水溶膠，其納米粒子平均粒徑為2?8納米。
[0025]其中所述的還原引發(fā)劑為本領(lǐng)域所公知的，為甲醇等低級(jí)醇和硼氫化鈉等，控制還原引發(fā)劑的量及種類，可得到粒度不同的納米鉬水溶膠。
[0026]本發(fā)明采用還原引發(fā)劑-檸檬酸鹽體系，并結(jié)合電化學(xué)應(yīng)用的需求，不僅簡(jiǎn)化了氯鉬酸的檸檬酸鹽體系的條件，且縮短了制備納米鉬所用時(shí)間。
[0027]本發(fā)明的目的之二在于提供一種納米鉬水溶膠的制備方法，包括:將氯鉬酸水溶液加入二次水中，加熱到一定溫度，磁力攪拌下加入檸檬酸鹽溶液，混合均勻后恒溫一段時(shí)間，加入適量還原劑，回流一段時(shí)間終止反應(yīng)，制得納米鉬水溶膠。
[0028]本發(fā)明的目的之三在于提供一種以本發(fā)明提供的納米鉬水溶膠所制備的染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極。
[0029]本發(fā)明的目的之四在于提供一種本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的制備方法，該方法為:將洗干凈的導(dǎo)電基底置于上述水溶膠中，于一定電壓下電沉積5-30min,待納米鉬粒子在導(dǎo)電載體基片上形成均勻薄膜后，取出經(jīng)二次水和乙醇沖洗干凈后吹干即可用于染料敏化太陽(yáng)能電池。
[0030]所述的導(dǎo)電基底可以為:金屬基底如鈦箔、透明導(dǎo)電基底如導(dǎo)電玻璃(例如FTO導(dǎo)電玻璃、ITO鍍膜玻璃和氧化鋅基薄膜的導(dǎo)電玻璃)、ΙΤ0/ΡΕΤ或ΙΤ0/ΡΕΝ等柔性導(dǎo)電膜。
[0031]納米鉑水溶膠的制備:
[0032]例A:lmL5%氯鉬酸溶液加入到340mL 二次水中，加熱到80°C，磁力攪拌下，加入60mL(l%)檸檬酸二氫鈉，恒溫lOmin，加入少量硼氫化鈉0.02g和ImL甲醇，回流30min，制得納米鉬水溶膠。
[0033]例B:lmL5%氯鉬酸溶液加入到340mL 二次水中，加熱到80°C，磁力攪拌下，加入60mL(l%)檸檬酸二氫鈉，恒溫lOmin，加入少量硼氫化鈉0.02g,回流30min，制得納米鉬水溶膠。
[0034]例C:lmL5%氯鉬酸溶液加入到340mL 二次水中，加熱到80°C，磁力攪拌下，加入60mL(l%)檸檬酸二氫鈉，恒溫lOmin，加入少量甲醇2ml，回流30min，制得納米鉬水溶膠。
[0035]上述制備的水溶膠的分析結(jié)果見(jiàn)下表(請(qǐng)列出關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，如膠體粒徑、穩(wěn)定性等)
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種納米鉬水溶膠，其由如下組分形成:
氯鉬酸:0.075-0.20g/L ； 檸檬酸鹽:0.75-2.25g/L ； 還原引發(fā)劑，其為1.5-3.5mL/L C1-C3的低級(jí)醇、0.03-0.05g/L的硼氫化鈉或它們的組合；及 余量的水。
2.如權(quán)利要求1所述的納米鉬水溶膠，其中納米鉬的平均粒徑為2~8納米。
3.如權(quán)利要求1或2所述的納米鉬水溶膠，其中所述低級(jí)醇選自甲醇和乙醇；且檸檬酸鹽選自檸檬酸三鈉、檸檬酸二鈉、檸檬酸氫二鈉和檸檬酸二氫鈉。
4.如權(quán)利要求1或2所述的納米鉬水溶膠，其基本上由如下組分形成: 氯鉬酸:0.125g/L ； 梓檬酸鹽:1.50g/L ；
甲醇:2.5mL/L ； 硼氫化鈉:0.04g/L ； 及余量的水。
5.如權(quán)利要求1或2所述的納米鉬水溶膠，其中不含有PVP保護(hù)劑。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述納米鉬水溶膠的制備方法，包括:將氯鉬酸的水溶液加熱到70-90°C，攪拌下加入所述檸檬酸鹽的水溶液，混合均勻后恒溫5-20分鐘，再加入所述還原引發(fā)劑，回流20-40分鐘，制得所述納米鉬水溶膠。
7.一種染料敏化太陽(yáng)能電池用鉬電極，其利用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的納米鉬水溶膠在鉬電極用導(dǎo)電基片上電沉積形成鉬薄膜而得到。
8.一種染料敏化太陽(yáng)能電池用鉬電極的制備方法，包括:將清洗后的鉬電極用導(dǎo)電基片置于權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的納米水溶膠中，在200~3000mV電壓范圍內(nèi)電沉積5_30分鐘，使納米鉬吸附在導(dǎo)電基片的導(dǎo)電面上形成均勻薄膜，從而無(wú)需燒結(jié)而得到鉬電極。
9.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其包括權(quán)利要求7所述的鉬電極。
【文檔編號(hào)】H01G9/20GK103915259SQ201410140074
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】武文俊, 鄭志偉, 徐要要, 花建麗, 田禾 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)