[發明專利]染料敏化太陽能電池納米導電聚合物對電極的電化學制法

無效

• 申請號: 200910174680.8
• 申請日: 2009-09-15
• 公開（公告）號: CN101694814A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 張君;圖布新;郭偉
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;B82B3/00;H01M14/00;H01L51/48;H01L51/44
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技術領域

本發明涉及納米導電聚合物對電極的電化學制備方法及其在染料敏化太陽能電池中的應用，屬于新材料技術及新能源技術領域。

背景技術

能源危機與環境污染是當今世界所面臨的兩大嚴重問題。太陽能以其清潔、安全、取之不盡等優點，是解決能源和環境問題的理想選擇。1991年瑞士M.教授領導的小組制備了染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized?Solar?Cells，DSSC)，低成本實現了較高效率的光電轉換，掀起了新型太陽能電池研究的熱潮(B?O’Regan，M.Nature?353(1991)737.)。對它的研究有利于實現太陽能電池的低成本大面積制備，對于緩解當前的能源危機及減少環境污染具有重要意義。

染料敏化太陽能電池一般由吸附有敏化染料的光電極，電解質以及對電極組成。對電極作為DSSC的重要組成部分，通常由載有納米鉑的導電基片構成。但鉑較昂貴，采用鉑對電極不利于DSSC的推廣和應用。導電聚合物因其良好的催化性，穩定性以及廉價性將成為制作DSSC對電極的一種良好的材料。

導電聚合物已被應用于二次電池，傳感器，電容器等電器件領域。導電聚合物的合成方法主要有化學氧化聚合法和電化學合成法。

化學氧化聚合法主要是在溶液中通過氧化劑引發使單體聚合為導電聚合物。華僑大學吳季懷等在其專利(染料敏化納米晶太陽能電池用導電聚合物對電極及其制備方法，申請號：200710009239.5)中公開了一種先采用化學氧化聚合法制備聚苯胺等導電聚合物并將其分散在溶劑里，然后用提拉法在導電玻璃表面制備聚苯胺膜，在100～150攝氏度下保溫半小時將溶劑全部揮發制備合適厚度的導電聚合物對電極的方法。該專利中沒有涉及染料敏化太陽能電池導電聚合物對電極的電化學制備方法。

比起化學氧化聚合法，電化學合成方法具有操作簡單、成本低，反應時間短、制備出的導電聚合物純度高、聚合反應過程易控制等優點。

發明內容

本發明采用電化學方法在室溫常壓下制備出了納米導電聚合物對電極，將其應用于染料敏化太陽能電池中取得了優于鉑對電極的光電轉換效率。采用電化學方法在電極表面制備導電聚合物薄膜，可直接在電極導電面原位聚合，使得導電聚合物的合成和薄膜的形成能同步完成，所形成的導電聚合物薄膜黏附性強且不易脫落，并且具有表面均勻、薄膜厚度易控制等優點。本發明實驗條件無需高溫，尤其適合于柔性染料敏化太陽能電池對電極的制備。

本發明的目的在于采用低成本，高性能的納米顆粒導電聚合物薄膜對電極取代染料敏化太陽能電池中較常用的鉑對電極，進一步降低染料敏化太陽能電池的成本。電化學導電聚合物薄膜對電極，由于其具有成本低、催化性能優良、穩定性好、膜厚易控、可原位聚合等優點，將成為今后制作DSSC對電極的一種比較好的選擇。

本發明采用電化學法制備導電聚合物薄膜電極包括以下步驟：

(1)將聚合物的單體進行蒸餾處理獲得高純度單體，然后配制一定濃度的單體水溶液，再加入無機酸溶液調節pH值。上述導電聚合物為聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺中的一種或多種的混合物。上述溶液中聚合物的單體濃度范圍為0.001～1.0mol/L。上述無機酸為高氯酸，鹽酸，硫酸，硝酸，磷酸中的任意一種。上述溶液的pH值范圍為0～3。

(2)清洗好導電基片作為工作電極插入以上(1)配制的溶液中，并與鉑輔助電極和銀-氯化銀參比電極形成三電極系統。上述導電基片為FTO(摻雜氟的二氧化錫)導電玻璃、ITO(氧化銦錫)導電玻璃、ITO/PET(鍍氧化銦錫的聚對苯二甲酸乙二醇酯)導電軟片、或鉑、金、碳、石墨、鐵、銅、鉻、銦、氧化錫中的任意一種作為導電物質的基片。

(3)運用電化學技術在導電基片上聚合單體獲得納米顆粒導電聚合物薄膜。上述電化學技術可以是循環伏安法，脈沖電流法，脈沖電壓法以及恒電流法中的任意一種。

(4)電化學聚合反應結束后把導電基片從溶液中取出，在室溫晾干，用乙醇和水清洗，獲得表面均勻的納米導電聚合物對電極。

(5)幾種制備納米導電聚合物對電極的電化學方法及各方法的參數選擇范圍(以下涉及到的電位都是以銀/氯化銀作為參比電極的參數)：

循環伏安法，掃描速度：0.01～0.1V/s，掃描電位：從-0.5～0.2V到0.7～1.5V中的任意一段，掃描次數：3～100；

脈沖電流法，電流密度：0.0001～0.01A/cm²，脈沖時間：0.01～1秒，脈沖間隔：0.01～10秒，脈沖次數：10～2000；