[发明专利]一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池材料领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法。

背景技术

染料太阳能电池(DSSCs)是有前途的光伏设备，主要是由于其成本低和效率高。通常，DSSC的有三个主要组件：光电阳极，氧化还原电解质和对电极(CE)。其中，对电极(CE)在改善DSSC性能的过程中扮演着重要角色，CE可以催化还原电解质，间接的使光敏化剂得到电子的而再生。铂(Pt)是CE的传统材料,其具有高电导率和优异的对氧化态电解质电催化还原活性，然而，Pt的高成本和低丰度却又很难满足DSSC大规模的商业应用需求。近年来，许多科研人员花费了大量精力来降低CE电极中Pt的含量或研发可替代Pt的CE材料，其中不乏一些颇具市场前景的材料，如碳材料、导电聚合物材料和无机材料(过渡金属硫化物、硒化物、碳化物和氮化物)等等。

上述低铂或非铂对电极通常具有多孔层状结构，这使CE具有较高的比表面积和较多的电催化活性位点，从一定程度上弥补了材料本身催化活性低于Pt的不足，进而提高CE的催化活性，但是在CE的多孔结构中会有造孔剂、对电极材料分散剂的分解产物(在CE制备过程中大量产生)残留，这些残留物会导致催化剂中毒，CE的催化活性也会随之降低；另外，传统的Pt对电极也会由于Pt粒子吸附杂质而导致其催化活性变差。总之，避免生产过程中对电极中催化剂中毒已经成为DSSC产业化过程中急需解决的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有染料敏化太阳能电池用对电极上点催化材料易中毒、活性易降低的缺陷，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法。

本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法，包括：对导电基底上电催化活性材料薄膜进行活化处理，其中，活化处理包括等离子体处理、紫外光处理和臭氧处理中至少一种。

本发明提出的DSSC用对电极的制备方法，可以去除残余在对电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，避免或减轻CE中催化剂中毒的情况，提高对电极电催化活性；利用本发明提出的DSSC用对电极的制备方法制得的对电极应用于DSSC，能够提高电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)等光电转换性能；本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是对电极部件的制备及性能优化提供了全新的思路；本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化应用前景。

较佳地，导电基底包括金属、金属氮化物、导电氧化物、或具有导电性的高分子材料。

较佳地，电催化活性材料包括铂、碳复合材料、类铂材料中的至少一种，其中，碳复合材料包括介孔碳材料和/或负载有碳化物的介孔碳材料，其中，介孔碳材料中包括碳纤维、色素碳黑、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米棒、碳球中的至少一种；碳化物包括碳化铌、碳化钛、碳化锆、碳化铬、碳化钨、碳化钒、碳化钥、碳化钽中的至少一种；类铂材料包括金属氮化物、金属硫化物和金属磷化物中的至少一种。

较佳地，制备电催化活性材料薄膜的方法包括：

①将含有电催化材料的浆料涂覆于导电基底上，

②对涂覆好的含有电催化材料的薄膜进行热烘干处理，

③对烘干好的含有电催化材料的薄膜进行高温处理，其中涂覆的方式包括丝网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和/或喷涂法；

或者，通过磁控溅射法、热蒸镀法和/或脉冲激光溅射，制备电催化活性材料薄膜。

较佳地，电催化活性材料浆料包括0.3～30wt％电催化活性材料、1～30wt％粘结剂、1～30wt％粘度调节剂和10～95wt％溶剂，其中，粘结剂包括二氧化钛粉末、二氧化钛溶胶、二氧化锆粉末、二氧化锆溶胶、二氧化锆粉末、二氧化锡溶胶中的至少一种，粉末或溶胶中溶质的粒径为10～400nm；粘度调节剂包括纤维素、纤维素的盐、纤维素的衍生物、淀粉、淀粉的盐或淀粉的衍生物，溶剂包括醇和/或萜类化合物。

较佳地，热烘干处理的温度为60～100℃，持续时间为1～20分钟。

较佳地，高温处理的温度为150～550℃，煅烧时间为5～60分钟，在惰性气氛下进行。

较佳地，纯Pt膜的厚度为50～200纳米，以其它材质制备的电催化活性材料薄膜的厚度为5-50微米。

较佳地，等离子体活化处理过程包括在Ar/O₂气氛下，以5～50sccm的流量、20～200W的功率，处理2～20分钟；

紫外光活化处理过程包括以50～5000W的功率，照射5～30分钟；