[發(fā)明專利]一種基于硫化鉬摻雜導(dǎo)電聚合物的染料敏化太陽能電池對電極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810045261.3
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108305788B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢興;劉宏宇;吳偉敏
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊;林文弘

本發(fā)明公開了用于染料敏化太陽能電池（DSSCs）的導(dǎo)電聚合物對電極的電化學(xué)制備方法。在室溫常壓條件下，將導(dǎo)電基片放入不同濃度的聚合物單體、鉬鹽、高氯酸鋰的乙腈水溶液中作為工作電極，并與輔助Pt電極和銀—氯化銀參比電極形成電池系統(tǒng)，然后運(yùn)用電化學(xué)制法在導(dǎo)電基片進(jìn)行原位聚合，得到具有高光轉(zhuǎn)化效率的摻雜硫化鉬的導(dǎo)電聚合物對電極。此法操作簡單、成本低、時間短，且制備出的摻雜硫化鉬的導(dǎo)電聚合物薄膜（MoS_x/PPy）具有表面均勻、不易脫落，厚度可精確控制等優(yōu)點(diǎn)。將制備的摻雜硫化鉬的導(dǎo)電聚合物對電極用于染料敏化太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到7.03％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻雜硫化鉬的導(dǎo)電聚合物對電極的制備方法。屬于材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著化石能源的逐漸減少和由此引起的生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化，尋求可再生的清潔能源，改變能源結(jié)構(gòu)成為全人類的迫切希望。太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源由于具有資源豐富易得、環(huán)境友好、可持續(xù)利用等特點(diǎn)而備受關(guān)注。這其中，太陽能提供的能量是最充足持久的，如果能夠合理利用這一能源，不僅可以解決現(xiàn)今急迫的能源問題，還可以解決因化石能源造成的環(huán)境污染、生態(tài)系統(tǒng)破壞等問題。因此，太陽能的利用成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)之一。

1991年，Gratzel等人報(bào)道了染料敏化太陽能電池（DSSC）領(lǐng)域的取得的重大進(jìn)展，提出一種新型釕配合物染料，該染料敏化的DSSC的轉(zhuǎn)換效率從2.5%提高到7.1%。1993年，Gratzel等人發(fā)現(xiàn)引入N3染料后DSSC的效果很好，其電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10%，這種高效率電池的出現(xiàn)為DSSC的發(fā)展帶來了革命性的創(chuàng)新。

DSSC由對電極、電解質(zhì)和光陽極三部分組成“夾心”結(jié)構(gòu)。其中對電極是Pt負(fù)載在導(dǎo)電玻璃（Flurorine-doped tin oxide，F(xiàn)TO）上組成的。馬廷麗等人探究鉑膜厚度對對電極催化活性的影響，發(fā)現(xiàn)Pt厚度需要大于10 nm才能使DSSC對電極具有優(yōu)異的催化性能。Olsen等人研究理論計(jì)算表明，在碘電解液中Pt會反應(yīng)得到PtI₄而降低了電池的使用壽命和穩(wěn)定性。同時，Pt價格昂貴，不利于產(chǎn)業(yè)化；且易被腐蝕，會導(dǎo)致器件穩(wěn)定性下降。因此，Pt催化材料難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)。由于Pt的缺點(diǎn)與不足，催化材料的研究熱點(diǎn)集中在開發(fā)廉價穩(wěn)定并且資源豐富的非Pt金屬材料。

碳材料在催化活性和耐腐蝕性能上有著優(yōu)異的特點(diǎn)，但同時它也具有明顯的缺點(diǎn)。一方面，碳材料是不透明的，隨之電池的效率會大大下降。另一方面，碳材料在導(dǎo)電玻璃上的附著力較差，容易引起DSSC短路。

導(dǎo)電聚合物催化材料通?？芍苽涑扇嵝钥蓮澢膶﹄姌O催化材料，在電極材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。吳季懷等人制備聚吡咯(PPy)催化材料對電極，組裝的DSSC光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到7.66%，而基于Pt對電極電池的效率只有6.90%。夏建斌等人采用真空氣相聚合法和電聚合法制備了PPy對電極，在DSSC應(yīng)用中都表現(xiàn)出優(yōu)良的催化效果，但其FF數(shù)值不高，仍有待提升。所以，PPy常常與其他材料復(fù)合，得到優(yōu)異催化活性的對電極催化材料。

復(fù)合對電極催化材料利用復(fù)合物之間的協(xié)同效應(yīng)，具有高導(dǎo)電性、優(yōu)異的抗腐蝕性、卓越的催化活性和穩(wěn)定性，使電池性能得到很大提高。因而，復(fù)合材料在DSSC領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用電化學(xué)方法在室溫常壓下制備出了摻雜硫化鉬的導(dǎo)電聚合物對電極。即將導(dǎo)電基片放入不同濃度的聚合物單體、鉬鹽、高氯酸鋰的乙腈水溶液中作為工作電極，并與輔助電極和銀—氯化銀參比電極形成三電池系統(tǒng)，然后運(yùn)用電化學(xué)制法在混合溶液中以溫和條件在導(dǎo)電基底上沉積得到摻雜硫化鉬的導(dǎo)電聚合物對電極。將其應(yīng)用于DSSC中取得了優(yōu)于Pt的光電轉(zhuǎn)化效率，采用電沉積的方法制備MoS_x/PPy薄膜（12～32 μm），可直接在導(dǎo)電基片的導(dǎo)電面進(jìn)行聚合，使導(dǎo)電聚合物薄膜的合成和對電極的制備同時完成。形成的導(dǎo)電聚合物薄膜具有附著性能強(qiáng)，不易脫落，且表面均勻，薄膜厚度可控等優(yōu)點(diǎn)。