[发明专利]染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用，包括导电基底，及依次涂覆在所述导电基底上的铂纳米粒子的质量分数为10～35％的石墨烯/铂复合层和由含有掺杂二氧化钛微球的纳米二氧化钛复合浆料构成的二氧化钛反射层。与现有技术相比，本发明的染料敏化电池用复合对电极涂覆的石墨烯/铂复合层中铂纳米粒子负载在石墨烯片上，既保证了对电极对于I^‑/I₃^‑氧化还原对的催化性能，又保证了对电极的导电性，提高耐腐蚀性，还可以大大降低成本，提高催化效率；二氧化钛反射层可以有效的将未被光阳极吸收的太阳光反射回到光阳极并进行二次吸收，从而提高太阳光的利用率，更进一步提高电池的光电转换效率，工艺简单，产率高，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着资源短缺和环境污染问题的日益突出，太阳能作为一种清洁可再生能源越来越受到世人的关注。当前，通过太阳能电池进行光电转换是人类利用太阳能的主要途径之一。在太阳能电池中，硅太阳能电池因其转换率高和技术成熟占据了太阳能电池90％的份额，然而硅系太阳能电池因其工艺复杂，价格昂贵，材料要求苛刻而难以普及。如何提高太阳能电池的光电转换效率并有效的降低其制造成本，成为诸多太阳能电池工作者不断追求的目标。

染料敏化太阳电池(DSSC)是模仿光合作用研制出来的新型太阳能电池，具有低成本，易于制造和高效率等优点，极有可能取代传统固态光伏器件，如硅太阳能电池、锑化镉薄膜电池和铜铟镓硒薄膜电池等，成为未来太阳能电池的主导。DSSC主要由染料敏化催化I₃-的多孔半导体纳米晶薄膜、含有I-/I₃-氧化还原电对的电解质和对电极组成，其中，对电极的主要作用是：收集和输运电子，即接收电池外回路的电子并把它传递给电解质中的氧化还原反应电子对；吸附并催化I₃-；反射透过光。因此，具有良好的导电性和高催化活性的对电极对提高DSSC的光电性能和光电转换效率起着重要作用。目前一般在带有透明导电膜的玻璃上镀上金属铂作为对电极，但是，贵金属铂的使用不仅与染料敏化太阳电池的低成本的初衷相违背，明显局限其大规模生产及应用，而且存在被电解质腐蚀的现象，会导致器件稳定性下降。因此，探索新型廉价非铂对电极是DSSC领域的一个研究热点。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用，以解决现有Pt电极价格昂贵导致太阳能电池成本高，还具有耐电解质腐蚀性及较高电解质催化活性，提高染料敏化太阳能电池的稳定性和市场竞争力的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种染料敏化电池用复合对电极，关键在于：包括导电基底，及依次涂覆在所述导电基底上的石墨烯/铂复合层和二氧化钛反射层；

所述石墨烯/铂复合层中铂纳米粒子的质量分数为10～35％；

所述二氧化钛反射层是由含有掺杂二氧化钛微球的纳米二氧化钛复合浆料构成。

优选的，所述导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。

一种染料敏化电池用复合对电极的制备方法，关键在于包括以下步骤：

步骤一、石墨烯/铂复合物的制备：将质量比为1:(0.5～4)的氧化石墨烯和氯铂酸水溶液混合后进行超声分散，然后边搅拌边缓慢滴加质量浓度为0.5～3mol/L硼氢化钠水溶液，搅拌反应2～4h后，将反应物通过离心分离得到石墨烯/铂复合物；

步骤二、二氧化钛复合浆料的制备：将质量比为1：(5～8)：(1～3)的二氧化钛微球、纳米二氧化钛粒子和氧化锆粒子添加至无水乙醇中，经过超声震荡后，然后添加乙基纤维素的无水乙醇溶液和松油醇，再次经过超声处理后，蒸发无水乙醇得到二氧化钛复合浆料；