專利名稱：染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料的制作方法
染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料獄銀凝本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池的電極材料，特別是染料敏化太陽能電池用金屬氮化 物電極材料。染料敏化納米晶太陽能電池是九十代開發(fā)出的一種新型化學太陽能電池(B. 0' Regan， M. Gratzel， A low-cost high-efficiency solar cell based on dye—sensitized colloidal Ti02 film., Wature 1991， 353,737.)，具有較低的成本，簡便的制備工藝以 及良好的環(huán)境相容性，具有很好的應用前景(P. V. Kamat， Meeting the Clean Energy Demand: Nanostructure Architectures for Solar Energy Conversion ,工Phys. Chem. C 2007, 111, 2834.)。但是目前在染料敏化納米晶太陽能電池中，所用的對電極主要是 以鉬金作為表面鍍層的電極(N. Papageorgiou, Counter-electrode function in nanocrystalline photoelectrochemical cell configurations, Coorc/i/L C/7e瓜 i ev. 2004, 248， 1421.)。由于鉑金的稀有和昂貴，導致該種電極有較高的制造成本。所以， 研制新型高效可替代鉑金的廉價電極材料成為一個發(fā)展趨勢(J. E. Trancik, S. C. Barton, J. Hone, Transparent and Catalytic Carbon Nanotube Films, jVa朋iett:. 2008， 8， 982.)。本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題，提供一種具有良好的光電轉(zhuǎn)化性能、穩(wěn)定性高、 機械性能好，使用壽命長且制造成本低的種染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料。 本發(fā)明的技術(shù)方案染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，以過渡元素的單質(zhì)或化合物作為前驅(qū) 體，通過氮化反應制得。所述過渡元素包括元素周期表中第四周期、第五周期和第六周期除鉑元素外的niB族到VIII族元素。所述氮化反應所用氣體為氨氣、氮氣、肼或氫氮混合氣。所述氮化反應的溫度為400'C 900°C。所述氮化反應的時間為1小時。本發(fā)明的優(yōu)點是該方法制備的氮化鈦對電極材料多孔且表面電阻很小，與染料敏化 納米晶太陽能電池中的液體電解質(zhì)有較大的有效接觸面積，有較多的活性反應中心；具有 穩(wěn)定性高、機械性能好、使用壽命長、制造成本低和良好的光電轉(zhuǎn)化性能，完全可以取代 目前染料敏化太陽能電池使用成本高昂的鉑金修飾對電極。該氮化鈦對電極除了可以應用 到染料敏化太陽能電池外，也可以作為高催化活性電化學電極用于其它方面，具有很好的 應用前景。 嫩厫說欲圖l為染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為采用氮化鎳納米顆粒薄膜做對電極時的光電流-電壓曲線。 圖3為釆用氮化鐵納米顆粒薄膜做對電極時的光電流-電壓曲線。 圖4為采用氮化鈦納米管陣列做對電極時的光電流-電壓曲線。 圖5為采用氮化鈦納米顆粒薄膜做對電極時的光電流-電壓曲線。 ^沐實臘式實施例1氮化鎳納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下1) 將氧化鎳納米顆粒漿料用絲網(wǎng)印刷法制成厚度為8微米的多孔薄膜；2) 將氧化鎳膜置于通有流動氨氣的管式爐中，在溫度為400'C 45(TC的條件下氮化 1小時，制得氮化鎳多孔電極材料。將制得的氮化鎳多孔電極材料用于

圖1所示的染料敏化太陽能電池的對電極，測得其 光電流-電壓曲線如圖2所示，表明具有良好電化學性能。實施例2氮化鐵納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下1) 將氧化鐵納米顆粒漿料采用噴涂法制成厚度為18微米的多孔薄膜；2) 將氧化鐵膜置于通有流動氮氣的管式爐中，在溫度為400 45(TC的條件下氮化1 小時，制得氮化鐵電極材料。將制得的氮化鐵電極材料用于圖1所示的染料敏化太陽能電池的對電極，測得其光電 流-電壓曲線如圖3所示，表明具有良好電化學性能。實施例3氮化鈷納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下1) 將氧化鈷納米顆粒漿料采用刮涂法制成厚度為38微米的多孔薄膜；2) 將氧化鈷膜置于通有流動肼的管式爐中，在溫度為45(TC的條件下氮化1小時，制 得氮化鈷多孔電極材料。實施例4氮化鈦納米管陣列電極材料的制備，步驟如下1) 用陽極氧化鈦金屬片法制備二氧化鈦納米管陣列，即以鈦金屬片為陽極，以石墨或 白金為陰極，在氟化氨含量為0.1%-0. 3%的乙二醇溶液中，在室溫條件下電解12小時，得到二氧化鈦納米管陣列；2) 將制得的二氧化鈦納米管陣列置于通有流動氨氣的管式爐中，溫度為800-90(TC的 條件下氮化1小時，制得氮化鈦納米管陣列電極材料。將制得的氮化鈦納米管陣列電極材料用于圖1所示的染料敏化太陽能電池的對電極， 測得其光電流-電壓曲線如圖4所示，表明具有良好電化學性能。 實施例5氮化鈦納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下1) 將二氧化鈦或者質(zhì)子鈦酸鹽二氧化鈦的納米顆粒用絲網(wǎng)印刷、噴涂或刮涂法制成 厚度為58微米的多孔薄膜；2) 將二氧化鈦薄膜置于通有流動氨氣的管式爐中，在溫度為800 900'C的條件下氮 化1小時，制得多孔氮化鈦薄膜電極材料。將制得的氮化鈦納米顆粒薄膜電極材料用于圖1所示的染料敏化太陽能電池的對電 極，測得其光電流-電壓曲線如圖5所示，表明具有良好電化學性能。
權(quán)利要求
1. 染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，其特征在于以過渡元素的單質(zhì)或化合物作為前驅(qū)體，通過氮化反應制得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，其特征在于 所述過渡元素包括元素周期表中第四周期、第五周期和第六周期除鉑元素外的IIIB族到 VIII族元素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，其特征在于 所述氮化反應所用氣體為氨氣、氮氣、肼或氫氮混合氣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，其特征在于所述氮化反應的溫度為40(TC 90(TC。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，其特征在于所述氮化反應的時間為1小時。
全文摘要
染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，以過渡元素的單質(zhì)或化合物作為前驅(qū)體，通過氮化反應制得；氮化反應所用氣體為氨氣、氮氣、肼或氫氮混合氣；氮化反應的溫度為400℃～900℃；氮化反應的時間為1小時。本發(fā)明的優(yōu)點是該方法制備的電極材料多孔且表面電阻很小，與染料敏化納米晶太陽能電池中的液體電解質(zhì)有較大的有效接觸面積，有較多的活性反應中心；具有穩(wěn)定性高、機械性能好、使用壽命長、制造成本低和良好的光電轉(zhuǎn)化性能，完全可以取代目前染料敏化太陽能電池使用成本高昂的鉑金修飾對電極。該氮化鈦對電極除了可以應用到染料敏化太陽能電池外，也可以作為高催化活性電化學電極用于其它方面，具有很好的應用前景。
文檔編號C01B21/076GK101533720SQ200910068409
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者葉世海, 姜奇?zhèn)? 李國然, 高學平 申請人:南開大學