[发明专利]一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于绿色可再生清洁能源技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法。 

背景技术

瑞士科学家M.发明的第三代染料敏化太阳能电池（dye sensitized solar cell，DSSC），由于其制作成本低、工艺简单、环境友好、转换效率高、便于大面积制作等特点，已成为世界范围内研究的重点和热点。相比于第一代、第二代太阳能电池，第三代太阳能电池更具开发应用前景。 

典型的DSSC由透明导电玻璃（FTO或ITO）、N719染料敏化的TiO₂薄膜、碘电对（I₃^-/I^-）的电解质及贵金属铂（Pt）对电极构成。Pt电极的主要作用是从外电路收集电子，还原电解液中的碘离子（I₃^-+2e^-→3I^-），促进敏化染料分子的再生。到目前为止，对于碘电对（I₃^-/I^-）电解液的DSSC，贵金属Pt是最好的对电极材料。但是，贵金属Pt资源稀缺、储量有限、价格高昂、供给有限，这严重的制约了DSSC的发展进程。为了解决这一问题，一个有效的技术措施是发展低成本、高效率的非Pt对电极，如碳材料、导电聚合物、过渡金属化合物（氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物等）及其复合材料。尽管这些已经开发的非Pt对电极，他们中的一些表现出优秀的催化性能和光伏性能，但是，很少或者很难完全取代贵金属Pt电极而应用于商业化的DSSC中。另一个有效的技术措施是开发Pt负载其他材料的复合对电极。这种技术措施在保证负载Pt复合材料对电极具有卓越催化活性和导电性的条件下，显著减少了贵金属Pt的用量，有效地解决了贵金属Pt面临的压力。 

现有的负载Pt复合对电极催化材料中，常使用碳材料（如乙炔黑、炭黑、石墨碳、碳纳米管、石墨烯、介孔碳等）和高分子聚合物（如导电聚吡咯、聚噻吩衍生物等）作为支撑材料。但是，碳材料的主要问题是与导电衬底的粘结 性比较差。此外，碳材料对于透明的、半透明的、多彩的DSSC而言，并不是理想的对电极材料。而高分子导电聚合物材料的热稳定性差，抗腐蚀能力差。这些缺陷限制了这类负载Pt复合对电极催化材料在DSSC中的进一步商业化应用。相比于其他支撑材料，高比表面积的碳化硅具有较好的强度、热稳定性和化学稳定性，价格低廉，原料易得，是异质催化剂优选的支撑材料。 

对于负载Pt复合对电极催化材料的制备方法，一般是通过还原或热解氯铂酸（H₂PtCl₆）来获得。即通过在支撑材料表面热解H₂PtCl₆水溶液或醇溶液，使Pt纳米粒子均匀地分散在支撑材料表面，从而获得Pt负载复合对电极材料。也可以通过磁控溅射或脉冲激光沉积法在支撑材料表面溅射或沉积贵金属Pt催化层。这些负载Pt复合对电极材料的制备方法，其最大的缺点是很难控制Pt纳米粒子的团聚、尺寸和分散性、而且制备工艺能耗高、催化材料活性低。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述贵金属Pt对电极面临的压力及其Pt负载复合对电极材料制备的缺陷和不足，提供一种可替代贵金属Pt电极的Pt负载碳化硅复合对电极催化材料的制备方法。 

为了达到上述目的，本发明采用环境友好的微波辅助加热技术，构建Pt负载碳化硅复合对电极催化材料，来制备染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极。 

一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，该方法包括以下步骤： 

1）铂负载碳化硅（Pt-SiC）复合对电极材料的制备 

a.称量1～3g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于90～100mL溶剂中，配制一定浓度的H₂PtCl₆溶液； 

b.称量300～500mg纳米碳化硅（SiC）材料，溶于20～30mL醇溶液中，超声混合10～30mins，获得SiC的醇溶液； 

c.摄取一定体积的H₂PtCl₆溶液，滴加到SiC的醇溶液中，超声混合10～30 mins，得到H₂PtCl₆与纳米SiC的混合醇溶液；