/导电碳黑复合对电极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池技术，特别涉及一种用于染料敏化太阳能电池的石墨相 c3n4/导电碳黑复合对电极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 染料敏化太阳能电池由于制作工艺简单、成本低、转换效率高而受到广泛关注，而 对电极是染料敏化太阳能电池的主要组成部分，它的主要功能是接受外电路来的电子并催 化还原电解质中的13为1。目前染料敏化太阳能电池对电极主要是铂对电极，但铂是稀有 贵金属，价格太高，而且在含有I /13氧化还原对的电解质中稳定性不好，因此阻碍了染料 敏化太阳能电池大规模工业生产和商业应用。所以用价格低、电催化活性高、稳定性好的材 料代替Pt制备染料敏化太阳能电池对电极成为目前的研究热点。
[0003] 近年来，出现了采用碳材料，特别是掺杂氮的碳材料代替铂制备低价、高性能对电 极的报道。石墨相C3N4是一种含氮量很高的碳材料，具有独特的电子结构和优异的化学稳 定性，因此可以比其它掺氮碳材料提供更多的电催化活性点；而且石墨相C3N4制备简单，价 格便宜。因此在光催化产氢、电催化氧还原等领域引进了人们的极大关注。但由于石墨相 C3N4本身的电导率较低，这严重影响了纯石墨相C 3N4作为染料敏化太阳能电池对电极的催 化性能。因此使用纯石墨相C3N4作为染料敏化太阳能电池的对电极，其催化活性不高，导致 制备成的染料敏化太阳能电池光电转换效率低。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种制造工艺简单、制造成本低，能够改善石 墨相c3N4的电导性能，提高对电极的催化活性，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换 效率的石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法，包括步骤如下：
[0007] (1)、以三聚氰胺或双氰胺为原料，通过热聚合制备石墨相C3N4;
[0008] (2)、将步骤⑴所制备的石墨相C3N4与导电碳黑在球磨机中充分混合，其中导电 碳黑的质量百分含量为30 %~60 %，得到石墨相C3N4/导电碳黑混合物；
[0009] (3)、将步骤（2)得到的混合物和添加剂在溶剂中混合，形成分散液，所述添加剂 为钛酸丁酯、异丙氧醇钛、四氯化钛中的一种或二种以上任意比例的混合物，分散液中石墨 相C3N4/导电碳黑混合物的质量份数为30份~60份，添加剂的质量份数为0. 1份~1份；
[0010] (4)、将步骤（3)中形成的分散液均匀涂到电极基底表面，制成表面覆盖石墨相 C3N4/导电碳黑复合薄膜的电极基板；
[0011] (5)、将步骤（4)中制备的电极基板在真空条件下干燥处理0. 5小时~2小时后， 制备出所述石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极。
[0012] 作为进一步优选，所述步骤（1)中进行热聚合时通入氮气保护，热聚合温度为 500°C~600°C，时间为2小时~4小时。
[0013] 作为进一步优选，所述步骤（2)中球磨机为星型球磨机，球磨时间为18小时~36 小时。
[0014] 作为进一步优选，所述步骤（3)中的溶剂为乙醇、正丁醇，异丙醇中的一种或其中 一种与水的混合溶液。
[0015] 作为进一步优选，所述步骤（4)中分散液通过旋凃、滴涂、喷涂、刮涂或印刷方法 均匀涂到电极基底表面，所形成的分散液涂层厚度为5 μ m~15 μ m。
[0016] 作为进一步优选，所述步骤（1)中，热聚合时升温速率为1°C /min - 5°C /min。
[0017] 作为进一步优选，所述步骤（5)中干燥温度为100°C~200°C。
[0018] 作为进一步优选，所述步骤（4)中电极基底为导电玻璃、沉积ΙΤ0的聚酯片或钛 片。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 本发明涉及的石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极该石墨相C 3N4/导电碳黑复合对电 极可以做为染料敏化太阳能电池的对电极使用。
[0021] 本发明涉及的石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法具有以下优点：
[0022] 1、通过机械研磨法室温制备石墨相C3N4/导电碳黑混合物，制备工艺简单，成本 低，能耗小，容易实现大规模工业生产。
[0023] 2、所用材料价格便宜，来源广泛，可适用于各种电极基底，从而可使染料敏化太阳 能电池的制造成本进一步降低。
[0024] 3、充分利用了石墨相C3N4电催化活性点多的特点，通过掺入导电碳黑，可明显提 高其电导性能，从而极大改善所制备对电极的催化性能；电化学阻抗谱分析证明其电荷迀 跃电阻为2. 4 Ω cm2,应用于染料敏化太阳能电池中，光电转换效率超过5. 6%。
【附图说明】
[0025] 图1是基于实施例3所制备的石墨相C3N4/导电碳黑混合物的SEM图。
[0026] 图2是基于实施例3所制备的石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极电化学阻抗谱 图。
【具体实施方式】
[0027] 下面通过具体实施例对本发明涉及的石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方 法进行详细说明。
[0028] 本发明涉及的一种石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法，包括步骤如下：
[0029] ⑴以三聚氰胺或双氰胺作为原料，通过热聚合制备石墨相C3N4;?行热聚合时通 入氮气保护，热聚合温度为500~600°C，时间为2~4小时。
[0030] (2)将步骤⑴所制备的石墨相C3N4与加入的导电碳黑在球磨机中充分混合，得 到石墨相C3N4/导电碳黑混合物；该混合物中的导电碳黑的质量百分比含量为30~60%， 其余为石墨相C3N4。所述球磨机为星型球磨机，球磨时间为18~36小时。
[0031] (3)将步骤（2)得到的混合物依次与适当溶剂和添加剂混合，通过研磨或者搅拌 的混合方法形成分散液；该分散液中石墨相C3N4/导电碳黑混合物的质量份数为30~60 份，添加剂的质量份数为0. 1~1份，其余为溶剂。
[0032] 所述溶剂为乙醇、正丁醇，异丙醇中的一种或其中一种和水的混合溶液；混合溶液 中水的质量百分含量为2~10%。所述添加剂为钛酸丁酯、异丙氧醇钛、四氯化钛中的一种 或二种，为二种时混合物中各组份任意比例。
[0033] (4)将步骤（3)中形成的分散液通过旋涂、滴涂、喷涂、刮涂或印刷方法均匀涂到 电极基底表面，控制分散液涂层厚度为5~15 μ m，制成表面覆盖石墨相C3N4/导电碳黑复 合薄膜的电极基板。所述电极基底为导电玻璃、沉积ΙΤ0的聚酯片或钛片。
[0034] (5)将步骤（4)中制备的电极基板在真空条件干燥处理0. 5~2小时，其中干燥 处理温度为100~200°C，制备出所述石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极。
[0035] 实施例1
[0036] 本发明涉及的一种石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法，包含步骤如下：
[0037] (1)将20g双氰胺作为原料加入坩埚中，然后放入管式炉中，通入氮气保护，升温 至lj 500°C，升温速率为3°C /min，热聚合4h，冷却到室温后，得到石墨相C3N4。
[0038] (2)将步骤⑴所制备的石墨相C3N4与加入的导电碳黑在星型球磨机中充分混合， 其中石墨相C3N4为7g，导电碳黑为3g，球磨18小时后得到石墨相C3N 4/导电碳黑混合物。
[0039] (3)将所述石墨相C3N4/导电碳黑混合物分散到正丁醇中，然后加入钛酸丁酯，通 过研磨形成均匀分散液。该分散液中石墨相C3N4/导电碳黑混合物的质量份数为30份，添 加剂钛酸丁酯的质量份数为〇. 1份，其余为正丁醇。
[0040] (4)将清洗干净的导电玻璃作为电极基底，将步骤（3)中形成的分散液通过喷涂 方法均匀涂到导电玻璃表面，控制分散液涂层厚度为5 μ m，制成表面覆盖石墨相C3N4/导电 碳黑复合薄膜的电极基板。
[0041] (5)将步骤（4)中制备的电极基板在真空条件下干燥处理2小时，其中干燥处理温 度为100°C，制备出所述石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极。
[0042] 实施例2
[0043] 本发明涉及的一种石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法，包含步骤如下：
[0044] (1)将20g三聚氰胺作为原料加入坩埚中，然后放入管式炉中，通入氮气保护，升 温到600°C，升温速率为1°C /min，热聚合2h，冷却到室温后，得到石墨相C3N4。
[0045] (2)将步骤⑴所制备的石墨相C3N4与加入的导电碳黑在星型球磨机中充分混合， 其中石墨相C3N4为4g，导电碳黑为6g，球磨36小时后得到石墨相C3N 4/导电碳黑混合物。
[0046] (3)将所述石墨相C3N4/导电碳黑混合物分散到正丁醇中，然后加入钛酸丁酯，通 过研磨形成均匀分散液。该分散液中石墨相C3N4/导电碳黑混合物的质量份数为60份，添 加剂钛酸丁酯的质量份数为1份，其余为正丁醇。
[0047] (4)将清洗干净的导电玻璃作为电极基底，将步骤（3)中形成的分散液通过刮涂 方法均匀涂到导电玻璃表面，控制分散液涂层厚度为15 μ m，制成表面覆盖石墨相C3N4/导 电碳黑复合薄膜的电极基板。
[0048] (5)将步骤（4)中制备的电极基板在真空条件下干燥处理0. 5小时，其中干燥处理 温度为200°C，制备出所述石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极。 实施例3
[0049] 本发明涉及的一种石墨相C3N4/导电碳黑复合对电极的制备方法，包含步骤如下：
[0050] (1)将20g双氰胺作为原料加入坩埚中，然后放入管式炉中，通入氮气保护，控制 升温到550°C，升温速率为3°C /min，热聚合3h，冷却到室温后，得到石墨相C3N4。
[0051] (2)将步骤⑴所制备的石墨相C3N4与加入的导电碳黑在星型球磨机中充分混合， 其中石墨相C3N4为5g，导电碳黑为5g，球磨24小时后得到石墨相