1.一种利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)钽基化合物对电极催化材料的制备
a.将卤化钽和尿素按一定比例,依次投入盛有溶剂的容器中,室温下搅拌至尿素完全溶解,形成均匀稳定的卤化钽尿素混合溶液;
b.随后将卤化钽尿素混合溶液置于烘箱中,在80~100℃干燥,形成凝胶;
c.将凝胶置于马弗炉中,在惰性气氛下,流量1~4L/min,升温速率120~200℃/h,
800~1100℃烧结3~5hrs,获得钽基化合物对电极催化材料;
2)钽基复合物对电极催化材料的制备
a.在盛有一定量溶剂的容器中加入三嵌段共聚物,搅拌至共聚物完全溶解;随后,按照质量比依次加入酚类物质、酸、金属卤化钽和醛类物质,搅拌至其完全溶解为均一混合物溶液;
b.停止搅拌后,将均一的混合物溶液静置3~14天至溶液分层;
c.除去上层溶液,将下层胶状溶液置于烘箱中,在80~100℃下,干燥3~14天,形成多孔状凝胶;
d.将多孔状凝胶置于马弗炉中,在惰性气氛下,流量1~4L/min,升温速率120~
200℃/h,1000~1300℃烧结3~5hrs,获得钽基复合物对电极催化材料;
3)钽基对电极催化薄膜的构建
①FTO导电玻璃的清洗处理
将FTO导电玻璃依次用异丙酮、乙醇和去离子水反复清洗,然后用过滤净化后的热空气在干燥室内干燥;
②对电极催化材料浆料的制备
将质量份数的钽基化合物对电极催化材料或钽基复合物对电极催化材料与球磨介质混合,加入到分散剂中,再加入无机粘结剂,分散处理2~4hrs,获得对电极催化材料浆料;
③对电极薄膜的构建
用空气喷枪将分散处理后的对电极催化材料浆料,喷涂在清洗过的导电玻璃导电面一侧,形成对电极催化层薄膜;
④对电极薄膜的热处理
将喷涂有对电极催化材料浆料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中,在惰性气氛下,流量1~4L/min,以1~2℃/min速率升温至400~500℃,保温时间为15~30mins,进行热处理;然后,在惰性气氛下,流量0.5L/min,随炉自然冷却至室温,即得到用于染料敏化太阳能电池钽基对电极薄膜。
2.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述卤化钽尿素混合溶液由下述质量份数的原料制备而成:卤化钽1.8~2.15份;尿素0~3.6份;溶剂20~30份;
所述卤化钽为氯化钽、溴化钽或碘化钽;
所述溶剂为分析纯乙醇与去离子水中的一种或两者按照体积比为1:1或1:2的比例的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述钽基复合物混合物溶液由下述质量比的原料制备而成:溶剂 45~55份;
三嵌段共聚物 4.5~5.0份;
酚类物质 3.0~3.4份;
酸 0.6~1.0份;
金属卤化钽 2.0~2.3份;
醛类物质 4.5~5.0份;
所述溶剂为分析纯乙醇与去离子水中的一种或两者按照体积比为1:1或1:2的比例的混合溶液;
所述三嵌段共聚物为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯P123或F127;
所述酚类物质为间苯二酚、间苯三酚或苯酚中的一种;
所述酸为乙酸或盐酸;
所述金属卤化钽为氯化钽、溴化钽或碘化钽;
所述醛类物质为甲醛或乙醛中的一种。
4.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述对电极催化材料浆料是通过下述质量份数的原料制备而成:钽基化合物对电极催化材料或钽基复合物对电极催化材料300~500份;
无机粘结剂 0~400份;
分散剂 6~10份;
所述无机粘结剂为P25、氧化铝、氧化硅或氧化锡中的一种;
所述分散剂为水、聚乙二醇、曲拉通100、异丙醇、甘戊醇、二甲苯、丙酮、十二烷基硫酸钠、纤维素衍生物或脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述球磨介质为氧化锆珠、聚氨酯珠、玛瑙珠或玻璃珠的一种。
6.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,步骤3)中,所述染料敏化太阳能电池钽基对电极薄膜的构建方法为旋涂法、喷涂法、刮涂法或丝网印刷法。
7.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述对电极薄膜的厚度通过控制喷涂时间、旋涂次数、刮涂厚度或印刷层数来控制;所述钽基对电极薄膜厚度为16~30μm,喷涂时间为20~60s。
8.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述所用惰性气氛为氮气、氢气或两者的混合气体(氮气:氢气体积比为2:1)。
9.根据权利要求1所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述钽基化合物对电极电催化材料为氧化钽、氮化钽和碳化钽;所述钽基复合物对电极电催化材料为氧化钽装饰石墨碳及碳化钽装饰石墨碳。
10.根据权利要求9所述的利用钽基对电极催化材料制备染料敏化太阳能电池对电极的方法,其特征在于,所述氧化钽装饰石墨碳和碳化钽装饰石墨碳为介孔结构,孔径为3~2
10nm,比表面积为300~400m/g。