[发明专利]一种基于硫化钼掺杂导电聚合物的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法

说明书

本发明公开了用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）的导电聚合物对电极的电化学制备方法。在室温常压条件下，将导电基片放入不同浓度的聚合物单体、钼盐、高氯酸锂的乙腈水溶液中作为工作电极，并与辅助Pt电极和银—氯化银参比电极形成电池系统，然后运用电化学制法在导电基片进行原位聚合，得到具有高光转化效率的掺杂硫化钼的导电聚合物对电极。此法操作简单、成本低、时间短，且制备出的掺杂硫化钼的导电聚合物薄膜（MoS_x/PPy）具有表面均匀、不易脱落，厚度可精确控制等优点。将制备的掺杂硫化钼的导电聚合物对电极用于染料敏化太阳能电池，其光电转化效率达到7.03％。

技术领域

本发明涉及一种掺杂硫化钼的导电聚合物对电极的制备方法。属于材料制备领域。

背景技术

随着化石能源的逐渐减少和由此引起的生态环境的逐渐恶化，寻求可再生的清洁能源，改变能源结构成为全人类的迫切希望。太阳能、风能、潮汐能等可再生能源由于具有资源丰富易得、环境友好、可持续利用等特点而备受关注。这其中，太阳能提供的能量是最充足持久的，如果能够合理利用这一能源，不仅可以解决现今急迫的能源问题，还可以解决因化石能源造成的环境污染、生态系统破坏等问题。因此，太阳能的利用成为当下研究的热点之一。

1991年，Gratzel等人报道了染料敏化太阳能电池（DSSC）领域的取得的重大进展，提出一种新型钌配合物染料，该染料敏化的DSSC的转换效率从2.5%提高到7.1%。1993年，Gratzel等人发现引入N3染料后DSSC的效果很好，其电池的光电转换效率达到10%，这种高效率电池的出现为DSSC的发展带来了革命性的创新。

DSSC由对电极、电解质和光阳极三部分组成“夹心”结构。其中对电极是Pt负载在导电玻璃（Flurorine-doped tin oxide，FTO）上组成的。马廷丽等人探究铂膜厚度对对电极催化活性的影响，发现Pt厚度需要大于10 nm才能使DSSC对电极具有优异的催化性能。Olsen等人研究理论计算表明，在碘电解液中Pt会反应得到PtI₄而降低了电池的使用寿命和稳定性。同时，Pt价格昂贵，不利于产业化；且易被腐蚀，会导致器件稳定性下降。因此，Pt催化材料难以实现商业化大规模的生产。由于Pt的缺点与不足，催化材料的研究热点集中在开发廉价稳定并且资源丰富的非Pt金属材料。

碳材料在催化活性和耐腐蚀性能上有着优异的特点，但同时它也具有明显的缺点。一方面，碳材料是不透明的，随之电池的效率会大大下降。另一方面，碳材料在导电玻璃上的附着力较差，容易引起DSSC短路。

导电聚合物催化材料通常可制备成柔性可弯曲的对电极催化材料，在电极材料领域有着广泛的应用。吴季怀等人制备聚吡咯(PPy)催化材料对电极，组装的DSSC光电转化效率达到7.66%，而基于Pt对电极电池的效率只有6.90%。夏建斌等人采用真空气相聚合法和电聚合法制备了PPy对电极，在DSSC应用中都表现出优良的催化效果，但其FF数值不高，仍有待提升。所以，PPy常常与其他材料复合，得到优异催化活性的对电极催化材料。

复合对电极催化材料利用复合物之间的协同效应，具有高导电性、优异的抗腐蚀性、卓越的催化活性和稳定性，使电池性能得到很大提高。因而，复合材料在DSSC领域拥有广泛的应用前景。

发明内容

本发明采用电化学方法在室温常压下制备出了掺杂硫化钼的导电聚合物对电极。即将导电基片放入不同浓度的聚合物单体、钼盐、高氯酸锂的乙腈水溶液中作为工作电极，并与辅助电极和银—氯化银参比电极形成三电池系统，然后运用电化学制法在混合溶液中以温和条件在导电基底上沉积得到掺杂硫化钼的导电聚合物对电极。将其应用于DSSC中取得了优于Pt的光电转化效率，采用电沉积的方法制备MoS_x/PPy薄膜（12～32 μm），可直接在导电基片的导电面进行聚合，使导电聚合物薄膜的合成和对电极的制备同时完成。形成的导电聚合物薄膜具有附着性能强，不易脱落，且表面均匀，薄膜厚度可控等优点。