[发明专利]一种染料敏化太阳能电池的柔性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柔性复合对电极及其制备方法。 

背景技术

染料敏化太阳能电池作为第三代光伏电池之一，自从1991年由 教授报道了其多孔膜的光阳极结构以来，以其低廉的成本，简单的工艺，较高的效率等优势而备受全世界各国科学工作者的关注。 

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质中的I₃^-离子高效率地还原成I^-离子以供光阳极上的染料再生使用。传统的染料敏化太阳能电池是基于透明导电玻璃基底而制备的，因此传统的对电极也一般是由刚性的导电玻璃及其上的催化活性层组成。随着人们对便携式供电系统的要求日趋强烈，柔性薄膜太阳能电池的发展成为不可避免的趋势。在柔性的染料敏化太阳能电池的研究中，柔性对电极的开发成为了至关重要的一部分。 

为了得到高质量的柔性对电极，关键要满足：1)对于I₃^-离子的还原反应有较低的电荷转移电阻(RCT)；2)弯曲时的力学稳定性，不会脱落；3)不与电解液反应。经过十多年的研究，最好最稳定的对电极材料还是金属铂。对于柔性的铂对电极的制备，曾经有过一些制备方法上的报道。由于柔性的透明基底材料一般都不耐高温，所以柔性的铂对电极一般都涉及低温制备。文献(Journal of Electroanalytical Chemistry，2004，570，257-263)报道了利用磁控溅射法在导电玻璃基底上沉积铂，由于该制备温度不高，应该可以用于制备在柔性导电衬底上，但磁控溅射法在制备的过程中对于昂贵的铂的靶材浪费严重，而且这种方法对制备环境要求严格，很难应用于大规模的生产。另外文献(Solar Energy Materials & Solar Cells，2006，90，574-581)和文献(Chem.Commun.，2006，4004-4006)分别 报道了利用化学法和电化学方法在柔性掺铟氧化锡(ITO)透明基底上沉积铂，在化学和电化学沉积的方法中，铂都是通过铂的盐溶液逐渐还原反应而长到基底表面的。这种利用溶液的化学和电化学方法虽然可以比较容易地应用于大规模生产，但这种方法制备的铂与基底的力学附着力却不能令人满意。 

在染料敏化太阳电池中，广泛使用的在导电玻璃上大面积制备铂对电极的方法是热解铂的方法，即先把含铂的溶液通过丝网印刷或刮涂法均匀地印到导电玻璃上，然后在高温(350-400℃)下热解得到与基底附着性很强的且具有高催化活性的铂。然而柔性基底不耐高温的特点却使得这种广泛认可的热解铂方法难以在柔性导电基底上使用。 

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供一种用于染料敏化太阳能电池的柔性的掺氟氧化锡(FTO)/铂/碳的复合对电极及其制备方法。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

根据本发明的一个方面，提供一种用于染料敏化太阳能电池的柔性复合对电极，包括柔性透明衬底及在该柔性透明衬底上的催化活性层，其中，所述催化活性层包括FTO/铂/碳结构，其中FTO薄膜的厚度在100nm～1μm，所述铂为由团簇颗粒构成的薄膜，颗粒直径为2nm～20nm。 

在上述柔性复合对电极中，所述FTO薄膜的厚度在380nm～500nm。 

在上述柔性复合对电极中，所述铂颗粒直径为5nm～10nm。 

根据本发明的另一个方面，提供一种制备柔性复合对电极的方法，该方法包括以下步骤： 

1)采用热解法在碳源衬底上制备铂膜，热解温度为350℃～400℃，时间为10分钟至60分钟； 

2)在所述铂膜上制备FTO薄膜，得到FTO/铂/碳的结构； 

3)将所述FTO/铂/碳的结构固定到柔性透明衬底上； 

4)将步骤3)所得结构整体从碳源衬底表面剥离。 

在上述方法中，所述步骤1)中的碳源衬底为石墨衬底。 

在上述方法中，所述步骤1)的热解温度温度在380℃～400℃之间，时间在10～30分钟之间。 

在上述方法中，所述步骤2)包括采用超声喷雾热解法在所述铂膜上制备FTO薄膜，喷雾温度在350℃～450℃之间。 

在上述方法中，所述步骤3)包括在步骤2)所述的FTO薄膜上涂覆透明粘结剂，然后再粘附上柔性透明衬底，直到粘结剂固化。