[发明专利]纳米金修饰共轭聚合物敏化纳晶工作电极的方法

说明书

技术领域

本发明属于共轭聚合物敏化纳晶太阳能电池中工作电极的制造技术领域，特别涉及纳米金修饰共轭聚合物敏化纳晶太阳能电池中工作电极的方法。

背景技术

自1991年瑞士洛桑高等工业学院的Gratzel教授和其同事在染料敏化纳晶太阳能电池研究中取得突破性进展以来(O Reagen Brian，Gratzel Michael，Nature 353(1991)737)，染料敏化太阳能电池以其低制备成本，较高的转换效率引起了世界各国学者的广泛关注和研究。到目前为止，人们最为常用、敏化效果最佳的敏化剂染料是联吡啶钌的配合物，但是由于钌贵金属的稀缺性，使得所制备染料的成本较高。加之该类染料的长期不稳定性，以及对环境的影响等因素，人们一直在寻求可以替代联吡啶钌的敏化剂。

共轭聚合物，作为一类不含稀有贵金属的有机染料，具有成本低、环境友好的特性。此外还具有合成简单、性能易于调控、消光系数高等特点。包括聚苯撑乙烯，聚噻吩及其衍生物在内的共轭聚合物是一类潜在的、种类繁多的染料光敏剂。但是与联吡啶钌染料不同的是，大多数聚合物没有羧基等易于和薄膜工作电极表面键合的官能团，这就给染料在工作电极表面的吸附以及电子在敏化剂和工作电极之间电荷传递动力学带来了不利因素。同时，在可见光区有较强吸收的共轭聚合物通常其分子结构比较复杂，这就给羧基等官能团的引入带来了困难，或者在引入的羧基等键合官能团后，聚合物自身的光谱响应等性质会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于解决共轭聚合物在染料敏化太阳能电池中作为敏化剂在应用中带来的上述问题，提供一种采用纳米金修饰共轭聚合物敏化纳晶太阳能电池中工作电极的方法。

由于聚噻吩分子链上大量存在的硫原子和修饰工作电极表面上的金原子之间强烈的相互作用，使得共轭聚合物敏化剂在工作电极表面的吸附得到了明显的提高，共轭聚合物和工作电极表面之间的电荷传递动力学得到了显著的改善，为共轭聚合物在染料敏化太阳能电池中的应用提供了广阔的前景。

本发明的纳米金修饰共轭聚合物敏化纳晶太阳能电池中工作电极的方法，是以宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜为工作电极基底，在工作电极的薄膜表面上沉积一层纳米金颗粒，而后再吸附共轭聚合物光敏剂。

本发明采用金前驱体合成纳米金颗粒的方法包括热分解法、光化学沉积法以及纳米金胶体吸附法等。

所述纳米金颗粒的前驱体为HAuCl₄、KAuCl₄或HAu(NO₃)₄等无机酸或无机盐。

本发明的纳米金修饰共轭聚合物敏化纳晶太阳能电池中工作电极的方法包括以下步骤：

1)将TiO₂胶体均匀涂覆到清洗干净的导电玻璃上，室温下空气中干燥，在250～600℃温度下烧结15～60分钟，得到厚度为2～20微米的宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜工作电极；

2)将步骤1)制备好的宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜工作电极浸入到浓度为1.0×10^-8～1.0×10^-6摩尔/升金的无机酸或金的无机盐的水溶液中，浸泡时间为2～20小时；将浸泡后的宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜工作电极取出，于空气中干燥；之后在100～500℃温度下烧结(热分解法)，得到纳米金修饰的宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜工作电极；或

将步骤1)制备好的宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜工作电极浸入到加有醇电子受体的浓度为1.0×10^-7～1.0×10^-5摩尔/升金的无机酸或金的无机盐的水溶液中，其中，醇电子受体占含有醇电子受体的金的无机酸或金的无机盐的水溶液总体积的1/1000～1/10，然后在紫外灯下照射(光化学沉积法)，得到纳米金修饰的宽禁带TiO₂半导体纳晶薄膜工作电极；或