[发明专利]染料敏化太阳能电池的聚苯胺纳米线正列对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及染料敏化太阳能电池的聚苯胺纳米线正列对电极的制备方法。

背景技术

自从1991年M. Gr?tzel教授将纳米多孔的概念引入染料敏化宽禁带TiO₂半导体研究中，获得能量转换效率7.1 %的染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells，DSSCs) 以来（Nature, 1991, 353, 737），DSSCs以其低成本、相对简单的制作工艺、较高的光电转化效率等特点，迅速得到国际上的学术界以及工业界广泛关注。

DSSCs主要由染料敏化的多孔半导体纳米晶薄膜、电解质和对电极组成。染料分子受到光照后激发，电子注入半导体薄膜的导带，电子经外电路回到对电极，氧化态的电解质组分在对电极上得到电子被还原，还原态的电解质组分扩散到半导体薄膜上再还原氧化态染料，使染料再生，如此循环，从而实现光电转换。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，作为其中一个重要组成部分，对电极的催化性能对DSSCs的光电转化效率有着重要的影响。铂对电极通常采用磁控溅射（Electrochimi. Acta., 2001, 46, 3457）、以及氯铂酸热分解（J. Electrochem. Soc., 1997, 144, 876）的方法制得，虽然有较好的催化表现和综合性能，但由于铂是贵金属，且制备方法耗能高，这些方法若用于大规模生产具有明显的局限性。因此开发新型非铂、廉价、且具有较高催化活性的对电极，是近年来DSSCs领域一个研究热点。

导电聚合物具有成本低，耐腐蚀、导电性良好等特点，具有较好的电化学催化活性。近几年也有不少相关报道，如CoS (J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 15976)，TiN (Chem. Comm., 2009, 47, 6720)，MoC (Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 3582)等，都获得了较高的光电转换效率，但这些方法大多需要繁琐的实验设备或高温烧结，制备条件较为苛刻，同样需要较高的生产成本，因此通过简单易行的方法制备高效对电极材料具有重要的实际应用价值。

发明内容

针对传统铂对电极成本高、耗能大等弊端，本发明提出一种成本低、耗能小的应用于染料敏化太阳能电池的聚苯胺纳米线正列对电极的制备方法。

本发明提出的应用于染料敏化太阳能电池的聚苯胺纳米线正列对电极的制备方法，具体步骤为：将一定浓度的苯胺，酸以及氧化剂混合，充分搅拌均匀后，在盛有上述混合液的容器中放入一块经清洗的导电基底，在一定温度下反应一定的时间，取出导电基底，淋洗干净后吹干。该导电基底直接作为对电极应用于染料敏化太阳能电池。

其中，苯胺的浓度（摩尔浓度）与氧化剂的浓度（摩尔浓度）比为1:10~50:1，酸的浓度为1-20 M；反应温度为0℃~70℃，反应时间为2h~48h。

本发明中，所述氧化剂可为亚铁盐或过硫酸铵；酸为盐酸，硫酸，高氯酸，苯磺酸，酒石酸中的一种；导电基底为导电玻璃或导电聚合物膜等材料。

本发明通过氧化聚合的方法制备聚苯胺纳米线正列，并原位生长在导电基底上，直接应用于染料敏化太阳能电池，再结合非腐蚀性的电解质可以获得比热解铂对电极更佳的能量转化效率。本发明工艺简单，所制备的非铂对电极不仅催化活性高，且价格低廉，大大降低了对电极的成本，进而降低了染料敏化太阳电池的综合成本，可应用于大规模染料敏化太阳能电池的工业生产。

附图说明

图1为本发明聚苯胺纳米线正列的扫描电镜照片。其中，（a），（b），（c），（d），（e）分别为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，实施例5制备的聚苯胺纳米线对电极的SEM照片。

图2为本发明聚苯胺纳米线正列对电极与热解铂对电极组装的DSSCs比较测试的电流-电压曲线图（有效面积为0.2304 cm²）。其中，（a），（b），（c），（d），（e）分别为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，实施例5制备的聚苯胺纳米线对电极和热解铂对电极组装的DSSCs比较测试的I-V曲线。 

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1