[发明专利]一种大表面积染料敏化太阳能电池铂对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，涉及一种大表面积染料敏化太阳能电池铂对电极的制备方法。 

背景技术

1991年瑞士洛桑高等理工学院实验室在权威期刊Nature(0’Regan B.， M.，1991，353，737)上报道一种全新的染料敏化太阳能电池的研究成果，立即得到了国际上的广泛关注和重视。 

染料敏化太阳能电池主要由以下几个部分组成：光阳极、纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、电解质和对电极。该电池以I₃/I氧化还原电对为媒介在光阳极和对电极之间传递电荷。在这个媒介再生的循环中，被氧化的物质(I₂或I₃)在对电极上重新被还原为I^-。在此过程中，减小由于上述还原反应在对电极上的能量消耗是十分必要的。因此，作为电池的重要组成部分，对电极的电催化性能对整个电池的光电转化效率有着重要的影响。但是，通过普通方法得到的铂电极，其表面积相对较小，表面的铂对于还原反应的催化能力也较弱，导致整个电池的总能量效率不高；而大表面积铂电极由于比表面积较大，有利于提高对电极的催化性能，减少电池在对电极上的能量消耗，从而提高电池的光电转换效率。 

发明内容

针对现有技术中铂电极的表面积较小，整个电池的总能量效率不高的技术问题，本发明提出一种大表面积染料敏化太阳能电池铂对电极的制备方法，包括如下步骤： 

1)将洗净的导电玻璃基板垂直浸入含有聚苯乙烯纳米球的纯净水中，控制盛水容器的排水，使液面下降，聚苯乙烯纳米球在基板上气、液、固三相交界处整齐紧凑地排列在一起，自动组装成为附着在导电玻璃表面的单层聚苯乙烯纳米球薄膜，厚度与聚苯乙烯纳米球的直径相同，得到聚苯乙烯纳米球薄膜层； 

2)利用磁控溅射法在聚苯乙烯纳米球薄膜表面溅射一层50～100nm厚的金属铂，铂除了覆盖在聚苯乙烯纳米球表面外，还通过在基板上整齐排列的纳米球与球之间规则的孔隙，直接沉积在导电玻璃基板上，填充了纳米球与导电玻璃之间的空隙； 

3)将溅射铂以后的导电玻璃基板放入纯甲苯中超声清洗10～30min，聚苯乙烯纳米球被溶解掉并与导电玻璃基板脱离，得到表面具有规则凸起的铂对电极。 

所使用的聚苯乙烯纳米球直径为50～150nm。 

实现液面在导电玻璃表面的匀速下降是通过控制盛水容器的排水实现的。 

制备聚苯乙烯纳米球薄膜时液面的下降速度为1～5μm/min。 

本发明制备大表面积染料敏化太阳能电池铂对电极方法的优点在于：作为模板的聚苯乙烯纳米球薄膜制备操作简单，得到的铂电极与 普通方法得到的表面平整的铂电极相比，表面积有所增加，这就使得此种对电极的催化效果显著提高，从而使电池在对电极上的能量损耗降低，电池的光电转化效率得到提升。 

附图说明

图1本发明的模板示意图，其中导电玻璃基板1，聚苯乙烯纳米球2； 

图2本发明的磁控溅射铂以后的基板示意图，其中导电玻璃基板1，聚苯乙烯纳米球2，溅射的金属铂层3； 

图3本发明去除模板后的铂电极示意图，其中导电玻璃基板1，溅射的金属铂层3； 

图4是普通电极与本发明大表面积染料敏化太阳能电池铂对电极的对比实验结果，图中普通电极1，本发明的方法制备的太阳能电池铂对电极2。 

具体实施方式

实施例1 

一种大表面积染料敏化太阳能电池铂对电极的制备方法，包括如下步骤： 

1)将洗净的导电玻璃基板1垂直浸入含有聚苯乙烯纳米球2的纯净水中，控制盛水容器的排水，使液面下降，聚苯乙烯纳米球2在基板1上气、液、固三相交界处整齐紧凑地排列在一起，自动组装成为附着在导电玻璃表面的单层聚苯乙烯纳米球薄膜，厚度与聚苯乙烯纳米球的直径相同，得到聚苯乙烯纳米球薄膜层，见图1； 

2)利用磁控溅射法在聚苯乙烯纳米球薄膜表面溅射一层100nm厚的金属铂3，铂除了覆盖在聚苯乙烯纳米球2表面外，还通过在基板1上整齐排列的纳米球2与球之间规则的孔隙，直接沉积在导电玻璃基板1上，填充了纳米球2与导电玻璃之间的空隙，见图2； 

3)将溅射铂以后的导电玻璃基板1放入纯甲苯中超声清洗10min，聚苯乙烯纳米球2被溶解掉并与导电玻璃基板1脱离，得到表面具有规则凸起的铂对电极，见图3。 

所使用的聚苯乙烯纳米球直径为50nm。 

实现液面在导电玻璃表面的上升与下降是通过控制盛水容器的排水实现的，液面的下降速度为3μm/min。