[发明专利]纳米铂水溶胶及其在制备免烧结铂电极中的应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种纳米铂水溶胶、其在制备免烧结染料敏化太阳能电池铂电极中的应用，以及由此制备的免烧结铂电极及染料敏化太阳能电池。

背景技术

伴随着煤、石油和天然气等矿物资源日益枯竭，能源危机和环境污染已成为亟待解决的严重问题。如何有效地利用可再生能源技术已经成为全世界的一大课题。染料敏化太阳能电池（B.O’Regan,M.Nature,1991,353,737-740），因其制作工艺简单、成本低、光电转换效率较高等优势，具有潜在的实用价值。

染料敏化太阳能电池（DSSC）通常由半导体氧化物纳米多孔膜、染料敏化剂、氧化还原电解质和铂电极等组成，其中铂电极以其良好的导电性且对电解质中碘的氧化还原具有良好的催化活性而在二十多年的研究中未被取代。然而以传统方法制备的铂电极比表面积低且需要高温烧结，由于耗能高而使成本提高，且耗时较长，也不利于节能环保。为此，免烧结纳米铂电极成为重要的研究课题。通过电沉积制备的免烧结纳米铂电极在保证铂的高性能同时兼顾环境需求，节省时间，制备方便。由于使用的是铂纳米粒子，通过提高电极比表面积而使其催化活性提高。在染料敏化太阳能电池中具有良好的应用前景。

发明内容

为了解决现有技术中染料敏化太阳能电池中铂电极的比表面积低、催化活性较低且制备过程耗能高等技术问题，本发明的目的在于提供一种用于制作染料敏化太阳能电池对电极的纳米铂水溶胶及由此制备的铂电极和包括该电极的染料敏化太阳能电池。

本发明的第一方面是一种纳米铂水溶胶，其由如下组分形成：氯铂酸：0.075-0.20g/L；柠檬酸盐：0.75-2.25g/L；还原引发剂，其为1.5-3.5mL/L C1-C3的低级醇、0.03-0.05g/L的硼氢化钠或它们的组合；及余量的水。

优选地，纳米铂水溶胶中纳米铂的平均粒径为2～8纳米。

优选地，纳米铂水溶胶中所述低级醇选自甲醇和乙醇；且柠檬酸盐选自柠檬酸三钠、柠檬酸二钠、柠檬酸氢二钠和柠檬酸二氢钠。

优选地，所述纳米铂水溶胶，其基本上由如下组分形成：氯铂酸：0.125g/L；

柠檬酸盐：1.50g/L；甲醇：2.5mL/L；硼氢化钠：0.04g/L；及余量的水。

本发明另一方面是本发明纳米铂水溶胶的制备方法，包括：将氯铂酸的水溶液加热到70-90℃，搅拌下加入所述柠檬酸盐的水溶液，混合均匀后恒温5-20分钟，再加入所述还原引发剂，回流20-40分钟，制得所述纳米铂水溶胶。

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池用铂电极，其利用本发明的纳米铂水溶胶在铂电极用导电基片上电沉积形成铂薄膜而得到。

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池用铂电极的制备方法，包括：将清洗后的铂电极用导电基片置于纳米水溶胶中，在200～3000mV电压范围内电沉积5-30分钟，使纳米铂吸附在导电基片的导电面上形成均匀薄膜，从而无需烧结而得到铂电极。

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池，其包括本发明的铂电极。

本发明的积极效果在于：由本发明的纳米铂水溶胶制得的染料敏化太阳能电池对电极具有良好的电催化性能和导电性能，可免去马弗炉高温烧结的步骤，制备方便、节能环保同时节省时间，更亲近环境，并可用于柔性电池的制作，具有较好的市场发展前景。

附图说明

图1为实施例1中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池在化合物N719，AM1.5，1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；

图2为实施例2中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池在N719，AM1.5,1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；

图3为实施例3中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池在N719，AM1.5，1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；

图4为实施例4中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池与烧结铂电极电池在化合物Ⅰ，AM1.5，1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；

图5为实施例5中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池与烧结铂电极电池在化合物Ⅱ，AM1.5，1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；

图6为实施例6中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池与烧结铂电极电池在化合物H1，AM1.5，1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；

图7为实施例7中水溶胶制备的免烧结铂对电极电池与烧结铂电极电池在化合物H2，AM1.5，1000W/㎡标准测试条件下测得的I-V对比曲线；