[發明專利]染料敏化太陽能電池用摻雜納米金的電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201410100606.2
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103839689B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 胡曉斌;李浩然
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明涉及一種電極及其制備方法，尤其是涉及一種染料敏化太陽能電池用摻雜納米金的電極及其制備方法。

背景技術

在環境危機及能源危機的背景下，太陽能作為一種富有前景的能源，已經在國際上得到了廣泛的推廣，并極有希望，取代當今大量應用的化石能源。單晶硅、多晶硅、薄膜太陽能電池等已經開始大規模生產。而由M.教授的研究小組率先研發出的染料敏化太陽能電池(Dye?Sensitized?Solar?Cells，DSSC)，因其原料豐富且廉價，制作方式簡易，而獨樹一幟。在染料敏化電池中，工作電極通常由二氧化鈦微晶制備而成，聯吡啶配合物等染料起著吸光和激發電子的功能，吸附于工作電極上，并在二氧化鈦-電解液的界面上完成電子-空穴對的分離，產生電流，目前染料敏化太陽能電池的最高轉換效率可帶11％。

染料敏化太陽能電池由二氧化鈦電極，電解液以及對電極組成，提高電池電極的光吸收效率，增強電子空穴分離的效率均能夠提升染料敏化太陽能電池的光電轉換性能，其中，使用雙染料共同敏化太陽能電池的方法是一種有效的提升光吸收效率的方法。我們在Journal?of?Materials?Chemistry《材料化學期刊》上發表的Au@SiO₂nanoparticles?coupling?co-sensitizers?for?synergic?efficiency?enhancement?of?dye?sensitized?solar?cells《使用包裹二氧化硅的納米金與染料對協同作用提升染料敏化太陽能電池的效率》一文(J.Mater.Chem.，2012，22，24734)系統得介紹了使用雙染料共敏化二氧化鈦電池電極的方法以及采取這些方法制備出電池的效率。然而，在二氧化鈦表面吸附雙層染料雖然可以提高光吸收率，但卻因界面電阻增大，電子難以有效注入到二氧化鈦中，故只有在合適的染料搭配下，才能夠提高電池的光電轉換效率，難以大規模推廣應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有共振效果、大幅提升了染料電池的光吸收效率，以及光電轉換效率的染料敏化太陽能電池用摻雜納米金的電極及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

染料敏化太陽能電池用摻雜納米金的電極包括基板、基板上附著的二氧化鈦薄膜，其特征在于，所述的二氧化鈦薄膜中均勻摻雜納米金粒子，該二氧化鈦薄膜為經兩種不同染料先后敏化的雙層結構的薄膜，下層為平板結構的二氧化鈦膜層，上層為具有周期狀間隙的二氧化鈦膜層，使用雙層染料敏化，周期性結構可與納米金產生強烈的共振效果，大幅提升了染料電池的光吸收效率，以及光電轉換效率。

所述的納米金粒子的的直徑為10～100nm，平板結構的二氧化鈦膜層厚度為5～10μm，具有周期狀間隙的二氧化鈦膜層的厚度為3～10μm。

采用釕的配合物染料N3，N749，N719中的兩種染料先后敏化太陽能電池電極雙層結構的薄膜。

所述的基板為為摻雜氟的氧化錫導電玻璃基板(FTO導電玻璃)或摻銦氧化錫導電玻璃(ITO導電玻璃)。

染料敏化太陽能電池用摻雜納米金的電極的制備方法，其特征在于，該方法采用以下步驟：

(1)制備二氧化硅包覆的納米金顆粒溶液，具體來說，將濃度為0.01wt％的氯金酸水溶液在磁力攪拌加熱下煮沸，并迅速加入濃度1wt％的檸檬酸鈉水溶液反應1～20min后脫離熱源制得納米金溶液，溶液冷卻后中滴加濃度為1.7-2μM的三乙氧基硅烷水溶液，劇烈攪拌40min后加入濃度為0.5-0.8wt％硅酸鈉水溶液，氯金繼續攪拌12分鐘，并靜置三天，獲得二氧化硅包覆的納米金顆粒溶液，在使用前硅酸鈉水溶液的pH值需調至10～11，其中的酸水溶液、檸檬酸鈉水溶液、三乙氧基硅烷水溶液、硅酸鈉水溶液體積比為1000∶10～100∶20∶40；

(2)將二氧化硅包覆的納米金顆粒及二氧化鈦漿料分散于乙醇并混合均勻，再將乙醇蒸發，得到摻雜納米金的二氧化鈦漿料；

(3)將摻雜納米金的二氧化鈦漿料均勻涂覆在基板上，，膜厚通過膠帶控制在5～10μm，室溫下干燥后進行高溫燒結得到電極基體；

(4)采用乳液聚合法，在隔絕空氣的條件下，將反應單體苯乙烯與表面活性劑均勻混合，在60℃-100℃下注入引發劑進行反應，制備得到粒徑為150nm～300nm的聚苯乙烯小球，其中，所述的表面活性劑為甲基丙烯酸，所述引發劑為過硫化鉀；