[发明专利]一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法

说明书

（一）        技术领域

本发明涉及一种合成介孔TiO₂-Pt纳米粒子复合对电极的方法，具体涉及一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法。

（二）        背景技术

太阳能取之不尽，同时又是生态上纯净的可再生能源，在最近的几十年来，越来越受到人们的广泛关注和重视。太阳能作为一种纯净的可再生能源，具有其他能源所不可比拟的优势：与化石燃料相比，太阳能取之不尽、用之不竭；与核能相比，太阳能更安全，不会污染环境和引起温室效应；与水能、风能相比，太阳能完全不受地理条件的限制，更利用大规模应用的能源。太阳能最清洁、最廉价、且能继续发光50亿年以上。我国太阳日照时数在2200 h以上的地区约占全国土地面积的2/3，太阳能理论储量达每年1700 Gt标准。1991年,瑞士洛桑高等工业学院Gr?tzel研究小组首次报道了一种新型太阳能电池—染料敏化太阳能电池(DSSCs)，以纳米多孔TiO₂为半导体电，以Ru络合物作敏化染料，并选用I^-/I₃^-氧化还原电解质，其光电转换效率达到7.1%。与传统硅太阳能电池相比，DSSCs具有光电转换率高、成本低、制作工艺简单、性价比高等优点，目前其光电转换效率已提高到10%-11%，成为世界各国科学家研究的热点。

对电极作为DSSCs的正极，主要接收电池外回路的电子并把它传递给电解质里面的氧化还原电对，同时兼并催化还原吸附在对电极表面的I₃^-。为了减少能量损失，充分利用光阳极上染料所吸收的能量，提高电池的寿命，好的对电极必须要有高的电催化活性、大比表面积、很低的界面电荷传输电阻、高的电子传导率以及高的稳定性。

Pt因其对I₃^-具有高催化活性，成为最早用于DSSCs对电极的材料。所以，对于Pt对电极的研究较多且较完备。制备Pt电极的方法有热分解法、磁控溅射真空镀法、电化学镀膜法。热分解法的制备工艺简单、膜相对均一等优点，因此被广泛应用。但单纯的Pt用于DSSCs的对电极时，稳定性较差，在催化I₃^-还原的同时，会与I^-/I₃^-电解液发生副反应，生成PtI₄的副产物，减少了对电极中有效的催化反应活性位点。

（三）        发明内容

本发明提供一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，该方法解决了传统的DSSCs中，对电极采用纯Pt纳米粒子在I^-/I₃^-电解液体系中稳定性差，容易生成PtI₄副产物，导致有效催化活性位点减少的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

（1）采用热分解法将Pt纳米粒子沉积在导电玻璃上，得到Pt对电极；

（2）采用浸渍-提拉的方法，在步骤一中制备的Pt对电极上提拉一层介孔TiO₂前驱体溶液，制得介孔TiO₂前驱体包覆的Pt对电极；

（3）将步骤二制备的复合对电极前驱体在马弗炉中350℃下焙烧，得到介孔TiO₂-Pt纳米粒子的复合对电极。

本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（1）中，Pt源为5 mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液。

本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（1）中，导电玻璃上氯铂酸的量为5-15 μL/cm²，优选10 μL/cm²。

本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（1）中，对电极至于空气气氛下首先在100-120℃保温10-30min，后在385-400℃保温30min-1h。

本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（2）中，介孔TiO₂前驱体溶液基于蒸发诱导自组装方法制备。

本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（2）中，浸渍-提拉的时间为1-10 min。

本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（3）中，升温速率控制在 1℃/min。