[发明专利]一种染料敏化太阳电池对电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种染料敏化太阳电池对电极及其制备方法，利用一步水热法合成了一种尾端裸漏且周身被TiO₂包覆的高长径比Pt纳米线，然后用简单的旋涂法将Pt/TiO₂纳米线的悬浮液沉积在掺氟氧化锡基体上形成薄膜，即可得到超高稳定性的染料敏化太阳电池的对电极。本发明操作简单，成本低廉，用化学稳定性良好的TiO₂材料对极易被染料敏化太阳电池电解质腐蚀的Pt电极除尾端以外的周身进行包覆，在不影响Pt电极在电池中催化及传递电子性能的基础上，通过抑制Pt与电解液的大面积接触来提高对电极的稳定性，所封装的染料敏化太阳电池展示了良好的输出性能稳定性。本发明所述的制备方法可以广泛应用于材料合成、贵金属材料保护、溶液法薄膜制备及太阳电池领域。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳电池对电极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳电池凭借较低的成本、简单的制备工艺及较高的转换效率得到了研究者的广泛关注，关于染料敏化太阳电池产业化进程也成为研究的重中之重。染料敏化太阳电池由光阳极、电解质和对电极三部分组成，其中电解质由溶解于液体溶剂的I-/I₃-氧化还原电对组成，对电极由沉积在掺氟氧化锡基体上的Pt金属组成，在Pt对电极的催化作用下，从光阳极传递过来的电子被迅速注入到液态电解质中，由I-/I₃-氧化还原电对重新传递给光阳极处的染料分子，研究结果表明Pt对电极对电子的催化作用是染料敏化太阳电池高效化的关键。然而，更多的研究结果也表明随着时间的延长，常用的含有I-/I₃-氧化还原电对的液态电解质对Pt对电极有很强的腐蚀作用，这将引起电池的输出性能随着服役时间延长而衰减，通常在不到一周的时间内含有I-/I₃-氧化还原电对和Pt对电极的染料敏化太阳电池效率将降低为原始值的20％。以已经投产的硅太阳电池为参照，光伏电池产业化的基本要求是电池必须在封装的条件下输出性能稳定20年，当前关于电池的封装技术完全可以满足20年服役的需要，关键是染料敏化太阳电池自身的稳定性问题成为阻碍其工业化生产的关键问题，因此本发明在不改变Pt对电极原有催化能力的基础上，通过对Pt材料进行TiO₂保护的方法提高电池输出性能的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种染料敏化太阳电池对电极及其制备方法，即保证Pt电极催化电子能力，又抑制了Pt电极大面积与液态电解质接触。

本发明采用以下技术方案：

一种染料敏化太阳电池对电极，包括Pt/TiO₂纳米线，Pt/TiO₂纳米线的长度和直径的量级比大于等于40∶1，Pt/TiO₂纳米线均匀分布在FTO基体上组成对电极薄膜，Pt/TiO₂纳米线外部包覆有TiO₂。

具体的，Pt/TiO₂纳米线多层分布在FTO基体上，Pt/TiO₂纳米线的一端与FTO基体接触，另一端与电池的电解液接触。

进一步的，Pt/TiO₂纳米线的尾端裸漏，其轴向方向被TiO₂包覆。

进一步的，Pt/TiO₂纳米线的直径为150～200nm，长度大于10μm。

一种染料敏化太阳电池对电极的制备方法，以硝酸铂、钛酸四正丁脂、二乙醇胺和无水乙醇为原料，采用一步水热法合成尾端裸漏且径向方向被TiO₂包覆的Pt/TiO₂纳米线，将Pt/TiO₂纳米线和乙醇配置成悬浮液，采用旋涂的方法将Pt/TiO₂纳米线均匀铺展在FTO基体上，制备成Pt/TiO₂纳米线组成的染料敏化太阳电池对电极。