[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的复合对电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域。特别地，本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池的导电聚合物/碳复合对电极及其制备方法。

背景技术

自从1991年，瑞士科学家等人在Nature上报道了关于染料敏化太阳能电池的突破性进展以来，这种电池以其低廉的成本，简单的制备工艺，稳定的性能和较高的效率而备受世界各国科学家和工业界的密切关注。

染料敏化太阳能电池包括光阳极、电解质和对电极三部分。其中，对电极的作用是收集外电路的电子，并促使这些电子将电解液中的I₃^-离子高效率的还原成I^-离子以供染料再生使用。因此，电池对于对电极的要求是高导电性，高催化活性以及耐电解液的腐蚀。传统的对电极由基底和催化活性层两部分组成，基底一般为导电物质，如FTO导电玻璃，ITO导电玻璃以及金属片等；催化活性层一般为铂。虽然载铂的FTO导电玻璃具有较高的催化活性和导电性，但还存在以下一些问题：a)导电玻璃和铂昂贵的价格增加了电池的生产成本；b)导电玻璃作为支撑材料易碎不便于染料敏化太阳能电池的大规模生产和运输，也不利于制备轻便的柔性电池；c)有研究指出铂可以与电解液发生反应，危害到电池的寿命(E.Olsen，G.Hagen，S.E.Lindquist，Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2000，63，267-273.)。因此，研究和开发廉价的非铂对电极成为染料敏化太阳能电池研究中的热点。

碳材料可以应用在染料敏化太阳能电池对电极中，其具有储量高，价格便宜的优势，并且同时具有高导电性和耐腐蚀性，是一种较有潜力的对电极材料。在具体应用中，一般将具有催化活性的碳材料涂布于导电基底上，如中国专利申请200610114582.7中描述了一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料和制法；中国专利申请200710177810.4中报道了一种染料敏化太阳能电池的介孔碳对电极及其制备方法。以上这些方法均需要进行中高温处理，这种处理既会耗费大量能源，又不利于柔性对电极的制备，因为一般的有机柔性基底无法承受如此的高温。

导电聚合物由于其优异的导电性能和催化活性，也可以用作染料敏化太阳能电池对电极中的催化活性材料。中国专利申请200710009239.5中描述了一种染料敏化太阳能电池用导电聚合物对电极及其制备方法。但是，此专利申请所提供的制备方法一方面无法提供使导电聚合物与导电玻璃基底形成较强连结的相互作用力，可能致使导电聚合物与基底的接触不牢固，造成总体电阻变高，甚至出现导电聚合物脱落的情况，从而降低电池的性能；另一方面，此制备方法过程繁琐，需要制备的导电聚合物凝胶等中间产物的制备步骤和状态描述不明确，很难实现所述结果，且在制备导电聚合物凝胶分散液时，其使用的乙腈和四氯化碳等溶剂毒性也较大，会造成严重的环境污染。

发明内容

本发明所使用的术语，除非另外指出，是根据其常规的用法来使用。

Ω/□：是指面电阻的单位。

HA：是指阴离子A^-相对应的酸的形式，所述A^-选自F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄^-、NO₃^-、ClO₄^-、BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-、C₆H₅COO^-、CF₃COO^-、CH₃COO^-、C₁₂H₂₃SO₃^-和C₁₂H₂₃C₆H₅SO₃^-中的一种或多种。