[發明專利]染料敏化太陽能電池中透明聚苯胺電極的制備方法

無效

• 申請號: 201110007862.3
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102129915A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 趙興中;臺啟東;陳博磊;郭峰
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域??

本發明涉及一種染料敏化太陽能電池中透明聚苯胺電極的制備方法，屬于電子材料技術領域。

背景技術??

染料敏化太陽能電池(DSSC)是新一代光電化學電池，具有成本低廉，制備簡單，環境友好等優點，具有良好的應用前景。通常這種電池由附著染料的光陽極、電解質和鉑對電極三部分組成。然而由于鉑是稀有的貴金屬，阻礙了染料敏化太陽能電池的大規模應用，因此發展新一代廉價的非鉑對電極是必由之路。

一般而言，現在的DSSC根據光陽極和對電極的透光性，可以有正面進光和背面進光兩種進光模式。前者對應于對電極不透光而光陽極透光的情況，后者對應于對電極透光而光陽極不透光的情況，這也是目前DSSC最常見的進光模式。如果對電極和光陽極同時透光，那么就可以做成可以正面或者反面入光的透明太陽能電池。如圖1所示。

從實際應用來說，透明的染料敏化太陽能電池將具有更廣泛的應用前景，尤其在建筑整合太陽能領域，可以用其特殊的屋頂或者窗戶用玻璃，在用來發電的同時也可以起到裝飾作用。除此之外也可以應用于汽車或者其他各種電子產品中作為提供能源的智能玻璃。現在常用的鉑電極基本是通過在FTO玻璃或者普通玻璃上層積的一層鉑金制備的，若要保證其高的催化性和導電性能通常要求其有一定的厚度，因而基本是非透明的。雖然可以通過降低鉑層的厚度來獲得一定的透光性，但是其催化性和導電性都要大打折扣。此外當前研究較多的碳基材料，若要獲得好的導電和催化性更是要求至少微米級的厚度，因此更難做成透明的電極。所以探尋新的高效的透明對電極也是DSSC應用領域的重要研究方向。

以聚苯胺為代表的導電聚合物具有良好的導電性、催化性、穩定性和低成本、易于制備等優點，其在染料敏化太陽電池中的應用已經引起越來越多的關注。就目前報道的文獻來看，有三種方法已經被用來制作聚苯胺的對電極薄膜：聚苯胺粉末涂覆法、電化學原位聚合法、化學氧化原位聚合法。但到目前為止均未有見用其做透明的聚苯胺電極的報道。

發明內容??

本發明所要解決的技術問題在于提供一種染料敏化太陽能電池中透明聚苯胺電極的制備方法，由該方法制的的聚苯胺對電極具有高的透光性、導電性和催化性，可以取代鉑，用于制備透明的染料敏化太陽能電池。

本發明的染料敏化太陽能電池中透明聚苯胺電極的制備方法，包含以下步驟：

（1）????配制苯胺單體和質子酸的水溶液，其中苯胺單體的濃度為0.02mol/L-0.5mol/L,質子酸的濃度為0.1mol/L-2mol/L；

（2）????往（1）溶液中加入氧化劑，其中氧化劑和苯胺單體的摩爾比例為0.25-4；

（3）????將清洗干凈的導電基底浸入（2）溶液中，于0-25℃下反應1h-10h，然后取出導電基底，并用去離子水清洗；

（4）????干燥導電基底和聚苯胺薄膜。

作為一種優選，還包括在干燥之前用質子酸對聚苯胺薄膜進行再摻雜。若所用質子酸與步驟（1）中質子酸相同，則直接用質子酸進行再摻雜；若不同，則先用氨水處理，再用質子酸進行摻雜處理。因為本征態的聚苯胺幾乎是不導電的，必須對其進行質子酸摻雜才能獲得相應的導電性能以滿足各種應用需求。如果上述聚苯胺薄膜的制備過程中反應時間較短，那么其摻雜量是不夠的，所以必須進行再摻雜。抑或是要改用其他質子酸摻雜以調控其性能，此種情況下也要進行再摻雜。具體實施為：前者只需將（3）中聚苯胺薄膜浸入0.1-1?mol/L的同種質子酸溶液中5-12小時即可。后者先需將（3）中聚苯胺薄膜用0.1?mol/L的氨水去摻雜，余后步驟同前。

上述的質子酸可以為鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸、樟腦磺酸中的一種或幾種，導電基底可以是玻璃基底或者柔性的塑料基底。

上述的氧化劑可以為雙氧水、過硫酸鉀或過硫酸銨。

本發明的有益之處在于：

（1）????無需特殊條件、設備，原料來源廣泛，成本低廉。

（2）????制備方法簡單，快速，重復性高，適宜于大規模生產。

（3）????所得的聚苯胺薄膜和基底粘附性好，具有良好的導電性，透光性和催化性能，用其組裝的電池和用鉑對電極具有相當的轉換效率，且具有透明性。

附圖說明：

圖1為本發明所述雙面進光太陽能電池的示意圖。

其中1，2，3，4分別為：聚苯胺透明對電極，電解質，TiO₂膜，FTO玻璃。

圖2為本發明實例5和實例6組裝成的太陽能電池和Pt對電極組成的電池的IV性能對比圖。

具體實施方式