一種染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法
【專利說明】一種染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法
[0001] (一）技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種合成介孔TiO2-Pt納米粒子復(fù)合對電極的方法，具體涉及一種染料敏 化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法。
[0002] (二）【背景技術(shù)】 太陽能取之不盡，同時又是生態(tài)上純凈的可再生能源，在最近的幾十年來，越來越受到 人們的廣泛關(guān)注和重視。太陽能作為一種純凈的可再生能源，具有其他能源所不可比擬的 優(yōu)勢：與化石燃料相比，太陽能取之不盡、用之不竭；與核能相比，太陽能更安全，不會污染 環(huán)境和引起溫室效應(yīng)；與水能、風(fēng)能相比，太陽能完全不受地理條件的限制，更利用大規(guī)模 應(yīng)用的能源。太陽能最清潔、最廉價、且能繼續(xù)發(fā)光50億年以上。我國太陽日照時數(shù)在2200 h以上的地區(qū)約占全國土地面積的2/3,太陽能理論儲量達(dá)每年1700 Gt標(biāo)準(zhǔn)。1991年，瑞 士洛桑高等工業(yè)學(xué)院Gratzel研宄小組首次報道了一種新型太陽能電池一染料敏化太陽 能電池（DSSCs)，以納米多孔TiO 2為半導(dǎo)體電，以Ru絡(luò)合物作敏化染料，并選用I 氧化 還原電解質(zhì)，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7. 1%。與傳統(tǒng)硅太陽能電池相比，DSSCs具有光電轉(zhuǎn)換率 高、成本低、制作工藝簡單、性價比高等優(yōu)點，目前其光電轉(zhuǎn)換效率已提高到1〇%_11%，成為 世界各國科學(xué)家研宄的熱點。
[0003] 對電極作為DSSCs的正極，主要接收電池外回路的電子并把它傳遞給電解質(zhì)里面 的氧化還原電對，同時兼并催化還原吸附在對電極表面的1 3_。為了減少能量損失，充分利 用光陽極上染料所吸收的能量，提高電池的壽命，好的對電極必須要有高的電催化活性、大 比表面積、很低的界面電荷傳輸電阻、高的電子傳導(dǎo)率以及高的穩(wěn)定性。
[0004] Pt因其對13_具有高催化活性，成為最早用于DSSCs對電極的材料。所以，對于Pt 對電極的研宄較多且較完備。制備Pt電極的方法有熱分解法、磁控濺射真空鍍法、電化學(xué) 鍍膜法。熱分解法的制備工藝簡單、膜相對均一等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用。但單純的Pt用 于DSSCs的對電極時，穩(wěn)定性較差，在催化I 3-還原的同時，會與I 713_電解液發(fā)生副反應(yīng)， 生成PtI4的副產(chǎn)物，減少了對電極中有效的催化反應(yīng)活性位點。
[0005] (三）
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，該方法解決了傳統(tǒng)的 DSSCs中，對電極采用純Pt納米粒子在Γ/V電解液體系中穩(wěn)定性差，容易生成PtI 4副產(chǎn) 物，導(dǎo)致有效催化活性位點減少的問題。
[0006] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，其特殊之處在于：包括以下步驟： (1) 采用熱分解法將Pt納米粒子沉積在導(dǎo)電玻璃上，得到Pt對電極； (2) 采用浸漬-提拉的方法，在步驟一中制備的Pt對電極上提拉一層介孔TiO2前驅(qū)體 溶液，制得介孔TiO 2前驅(qū)體包覆的Pt對電極； (3) 將步驟二制備的復(fù)合對電極前驅(qū)體在馬弗爐中350°C下焙燒，得到介孔TiO2-Pt納 米粒子的復(fù)合對電極。
[0007] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（1)中，Pt源為5 mmol/L氯鉬酸的異丙醇溶液。
[0008] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（1)中，導(dǎo)電玻璃上氯 鉑酸的量為5-15 μ L/cm2,優(yōu)選10 μ L/cm2。
[0009] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（I)中，對電極至于空 氣氣氛下首先在100_120°C保溫10_30min，后在385-400°C保溫30min-lh。
[0010] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（2 )中，介孔TiO2前驅(qū) 體溶液基于蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法制備。
[0011] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（2)中，浸漬-提拉的 時間為1 _1〇 min。
[0012] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（3 )中，升溫速率控制 在 1°C /min〇
[0013] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池復(fù)合對電極的制備方法，步驟（3 )中，焙燒時間為 Ih0
[0014] 有益效果：在Pt納米粒子上提拉一層介孔TiO2，用以構(gòu)筑介孔TiO2-Pt納米粒子 復(fù)合對電極，介孔TiO 2有效的減少了 Pt納米粒子與1電解液的接觸，降低了 Pt被腐蝕。 使得復(fù)合對電極的催化活性和循環(huán)可逆性明顯增加，因此，本發(fā)明所構(gòu)筑的介孔TiO2-Pt納 米粒子復(fù)合對電極基電池的光電轉(zhuǎn)換性能較純Pt納米粒子對電極基電池的光電轉(zhuǎn)換性能 優(yōu)異，同時，實驗中所采用的浸漬-提拉方法簡單可靠，實驗重復(fù)性好。
[0015] 本發(fā)明借助浸漬-提拉方法在傳統(tǒng)Pt納米粒子上提拉一層介孔TiO2，其有利于減 少Pt納米粒子與Γ/ν電解液的接觸，降低了 Pt被腐蝕，有效提高了復(fù)合對電極的催化活 性和循環(huán)可逆性。浸漬-提拉的時間控制在I-IOmin適宜，時間太短，Pt納米粒子表面提 拉的介孔TiO 2前驅(qū)體溶液分布不均，時間太長，由于介孔TiO 2前驅(qū)體溶液已在Pt表面達(dá)成 浸漬平衡，時間太長只是使實驗較為耗時。
[0016] (四）【附圖說明】 圖1為本發(fā)明實施例1、實施例2、實施例3和對比例1所制備的電池的I-V測試曲線， 曲線A代表本發(fā)明實施例1所制備的介孔TiO2-Pt納米粒子復(fù)合對電極的I-V測試曲線，曲 線B代表本發(fā)明實施例2所制備的介孔TiO 2-Pt納米粒子復(fù)合對電極的I-V測試曲線，曲線 C代表本發(fā)明實施例3所制備的介孔TiO2-Pt納米粒子復(fù)合對電極的I-V測試曲線，曲線D 代表本發(fā)明對比例1所制備的Pt對電極的I-V測試曲線； 圖2為本發(fā)明實施例1和對比例1所制備的對電極的循環(huán)伏安測試曲線，曲線A代表 本發(fā)明實施例1所制備的介孔TiO2-Pt納米粒子復(fù)合對電極的循環(huán)伏安測試曲線，曲線B代 表本發(fā)明對比例1所制備的Pt對電極的循環(huán)伏安測試曲線。
[0017](五）【具體實施方式】 實施例1 : 蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法制備介孔TiO2前驅(qū)體溶液 稱取Ig P123 (聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物）溶于15 mL無 水乙醇中制得P123的乙醇溶液；將3. 2 mL濃鹽酸緩慢滴加至鈦酸四丁酯中，溶液攪拌半小 時后將P123的乙醇溶液快速倒入加有鹽酸的鈦酸四丁酯溶液中，劇烈攪拌2 h后再緩慢攪 拌I h ;將此混合溶液置于陳化室中陳化1-2周，得到介孔TiO2前驅(qū)體溶液。
[0018] 介孔TiO2-Pt納米粒子復(fù)合對電極的制備 用微量注射器吸取20 μ L濃度為5mmol/L氯鉑酸的異丙醇溶液，滴加到導(dǎo)電玻璃上， 導(dǎo)電玻璃上氯鉑酸的量為10 uL/cm2,待自然干燥后，將對電極放至馬弗爐中KKTC并保持 30 min，再400°C保持30 min，制得Pt納米粒子對電極；采用拉膜機，將沉積有Pt納米粒子 的導(dǎo)電玻璃勻速垂直浸漬到介孔TiO2前驅(qū)體溶液中5 min，后勻速垂直提拉，待膜自然干燥 后