一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法技术

本发明专利技术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。包括以下步骤：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；采用浸渍-提拉的方法，在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；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。用以构筑介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极，介孔TiO2有效的减少了Pt纳米粒子与I-/I3-电解液的直接接触，降低了Pt被腐蚀。本发明专利技术所构筑的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极基电池的光电转换性能较纯Pt纳米粒子对电极基电池的光电转换性能优异。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 (一）
本专利技术涉及一种合成介孔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）
技术介绍
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Gratzel研宄小组首次报道了一种新型太阳能电池一染料敏化太阳 能电池（DSSCs)，以纳米多孔TiO 2为半导体电，以Ru络合物作敏化染料，并选用I 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1〇%_11%，成为 世界各国科学家研宄的热点。 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1 3_。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13_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 对电极的研宄较多且较完备。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I 3-还原的同时，会与I 713_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）
技术实现思路
本专利技术提供，该方法解决了传统的 DSSCs中，对电极采用纯Pt纳米粒子在Γ/V电解液体系中稳定性差，容易生成PtI 4副产 物，导致有效催化活性位点减少的问题。 本专利技术是通过如下技术方案实现的： ，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TiO 2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°C下焙烧，得到介孔TiO2-Pt纳 米粒子的复合对电极。 本专利技术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氯钼酸的异丙醇溶液。 本专利技术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 μ L/cm2,优选10 μ L/cm2。 本专利技术的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（I)中，对电极至于空 气气氛下首先在100_120°C保温10_30min，后在385-400°C保温30min-lh。 本专利技术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。 本专利技术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 _1〇 min。 本专利技术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°C /min〇 本专利技术的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（3 )中，焙烧时间为 Ih0 有益效果：在Pt纳米粒子上提拉一层介孔TiO2，用以构筑介孔TiO2-Pt纳米粒子 复合对电极，介孔TiO 2有效的减少了 Pt纳米粒子与1电解液的接触，降低了 Pt被腐蚀。 使得复合对电极的催化活性和循环可逆性明显增加，因此，本专利技术所构筑的介孔TiO2-Pt纳 米粒子复合对电极基电池的光电转换性能较纯Pt纳米粒子对电极基电池的光电转换性能 优异，同时，实验中所采用的浸渍-提拉方法简单可靠，实验重复性好。 本专利技术借助浸渍-提拉方法在传统Pt纳米粒子上提拉一层介孔TiO2，其有利于减 少Pt纳米粒子与Γ/ν电解液的接触，降低了 Pt被腐蚀，有效提高了复合对电极的催化活 性和循环可逆性。浸渍-提拉的时间控制在I-IOmin适宜，时间太短，Pt纳米粒子表面提 拉的介孔TiO 2前驱体溶液分布不均，时间太长，由于介孔TiO 2前驱体溶液已在Pt表面达成 浸渍平衡，时间太长只是使实验较为耗时。 (四）【附图说明】 图1为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和对比例1所制备的电池的I-V测试曲线， 曲线A代表本专利技术实施例1所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的I-V测试曲线，曲 线B代表本专利技术实施例2所制备的介孔TiO 2-Pt纳米粒子复合对电极的I-V测试曲线，曲线 C代表本专利技术实施例3所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的I-V测试曲线，曲线D 代表本专利技术对比例1所制备的Pt对电极的I-V测试曲线； 图2为本专利技术实施例1和对比例1所制备的对电极的循环伏安测试曲线，曲线A代表 本专利技术实施例1所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的循环伏安测试曲线，曲线B代 表本专利技术对比例1所制备的Pt对电极的循环伏安测试曲线。(五）【具体实施方式】 实施例1 : 蒸发诱导自组装法制备介孔TiO2前驱体溶液 称取Ig P123 (聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物）溶于15 mL无 水乙醇中制得P123的乙醇溶液；将3. 2 mL浓盐酸缓慢滴加至钛酸四丁酯中，溶液搅拌半小 时后将P123的乙醇溶液快速倒入加有盐酸的钛酸四丁酯溶液中，剧烈搅拌2 h后再缓慢搅 拌I h ;将此混合溶液置于陈化室中陈化1-2周，得到介孔TiO2前驱体溶液。 介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的制备 用微量注射器吸取20 μ L浓度为5mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液，滴加到导电玻璃上， 导电玻璃上氯铂酸的量为10 uL/cm2,待自然干燥后，将对电极放至马弗炉中KKTC并保持 30 min，再400°C保持30 min，制得Pt纳米粒子对电极；采用拉膜机，将沉积有Pt纳米粒子 的导电玻璃匀速垂直浸渍到介孔TiO2前驱体溶液中5 min，后匀速垂直提拉，待膜自然干燥 后当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苗小欢，王胜伟，王瑛，赵成龙，吕金钊，陈晓，窦燕蒙，
申请(专利权)人：山东玉皇新能源科技有限公司，山东玉皇化工有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37