一種染料敏化太陽能電池的對電極及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池的對電極、一種染料敏化太陽能電池對電極的制備方法、以及所述對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。所述染料敏化太陽能電池的對電極包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層，所述聚合物層含有有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物。與無機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物對電極相比，本發(fā)明提供的有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物對電極具有更大的比表面積和更高的光電轉(zhuǎn)化效率，在染料敏化太陽能電池中有很大的潛在應(yīng)用價值。與昂貴的鉑電極相比，本發(fā)明提供的對電極的制造成本要低得多，因此，具有更好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【專利說明】一種染料敏化太陽能電池的對電極及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的對電極、一種染料敏化太陽能電池對電極的制備方法、以及所述對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，能源危機與環(huán)境污染的日益加劇已成為全球人類所面臨的嚴(yán)重問題。太陽能取之不盡、用之不竭，從能源長久與環(huán)境友好的角度考慮，綜合利用太陽能是最安全、最環(huán)保且最長遠(yuǎn)的方法之一。自1991年MGratze丨小組報道染料敏化太陽能電池(簡稱:DSSCs)以來，DSSCs以其低成本、安全、高效率、制作簡單等優(yōu)點受到科研者和技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，具有很好的應(yīng)用前景。
[0003]DSSCs主要由吸附敏化劑的光陽極、電解質(zhì)和對電極組成。作為DSSCs重要組成部分的對電極，主要作用為收集和傳輸電子、吸附并催化13_還原，加快電子交換速率。目前DSSCs主要采用的是鉬(Pt)對電極，雖然Pt具有高導(dǎo)電性和高催化活性，但是Pt價格昂貴且制造成本高，因此，近年來，越來越多的研究者開始研究導(dǎo)電聚合物作為可替代對電極。導(dǎo)電聚合物兼具高導(dǎo)電性、高催化活性、制備工藝簡單以及廉價性，極具工業(yè)應(yīng)用前景。
[0004]導(dǎo)電聚合物的制備方法主要有化學(xué)氧化聚合法和電化學(xué)聚合法。與化學(xué)氧化聚合方法相比，電化學(xué)聚合方法具有操作簡單、成本低廉、制備所需時間短、原位聚合直接成膜等優(yōu)點。華僑大學(xué)吳季懷等人公開了一種染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，并具體公開了以導(dǎo)電聚合物為基體，將導(dǎo)電聚合物加入到作為分散的溶劑(乙醇、乙腈、OP乳化劑的一種或多種混合溶劑)中制作導(dǎo)電聚合物的膠體，再將導(dǎo)電聚合物膠體涂敷在導(dǎo)電玻璃表面上制備導(dǎo)電聚合物膜作為染料敏化太陽能電池的對電極。內(nèi)蒙古大學(xué)張君等在其專利中公開了一種采用電化學(xué)法在常壓室溫條件下制備無機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物的對電極，并具體公開了與所述無機酸根離子對應(yīng)的酸為高氯酸、鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸中的任意一種。但是，采用以上兩種方法制備得到的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率均較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的染料太陽能電池的上述缺陷，而提供一種具有較高光電轉(zhuǎn)化效率的染料敏化太陽能電池的對電極、一種染料敏化太陽能電池對電極的制備方法、以及所述對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池的對電極，其中，該對電極包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層，所述聚合物層含有有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物。
[0007]本發(fā)明還公開了一種染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，該方法包括將單體、有機酸鹽和溶劑混合均勻，得到混合溶液，并采用有機酸將所述混合溶液調(diào)節(jié)至酸性，得到混合物；在以所述混合物為電解液、導(dǎo)電基底為工作電極的三電極體系中進行電解，所述電解的方法和條件使得單體在導(dǎo)電基底上聚合，得到包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層的對電極。[0008]此外，本發(fā)明還提供了所述對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，與無機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物對電極相比，本發(fā)明提供的有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物對電極具有更大的比表面積和更高的光電轉(zhuǎn)化效率，在染料敏化太陽能電池中有很大的潛在應(yīng)用價值。此外，與昂貴的鉬電極相比，本發(fā)明提供的對電極的制造成本要低得多，因此，具有更好的工業(yè)應(yīng)用前景。此外，根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，當(dāng)在制備染料敏化太陽能電池對電極的過程中，所述混合物的PH值為0.5-3時，能夠使得到的導(dǎo)電納米聚合物具有更大的比表面積，從而提高相應(yīng)的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0010]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0012]圖1為實施例1制備得到的對電極El的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0013]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池的對電極包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層，所述聚合物層含有有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述導(dǎo)電基底的種類和厚度均可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，例如，所述導(dǎo)電基底的厚度可以為0.2mm-3.0mm。所述導(dǎo)電基底可以選自摻氟的二氧化錫(簡稱:FT0)導(dǎo)電玻璃、氧化銦錫(簡稱:ΙΤ0)導(dǎo)電玻璃、鍍氧化銦錫的聚對苯二甲酸乙二醇酯(簡稱:ΡΕΤ-ΙΤ0)、鍍氧化銦錫的聚萘二甲酸乙二醇酯(簡稱:ΡΕΝ-ΙΤ0)、碳、石墨和導(dǎo)電金屬中的一種或多種。所述導(dǎo)電金屬的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，例如，可以為不銹鋼、金、鐵、銅等。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，所述聚合物層的厚度可以在較寬的范圍內(nèi)進行選擇和變動，例如，所述聚合物層的厚度可以為0.3nm-10 μ m,優(yōu)選為200nm_3 μ m。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，盡管采用本領(lǐng)域常規(guī)的各種能夠作為染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電納米聚合物均可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，但為了使得到的太陽能電池具有更高的光電轉(zhuǎn)化效率，優(yōu)選地，所述導(dǎo)電納米聚合物的平均顆粒直徑為0.5nm-500nm,比表面積為0.1m2/g-1000m2/g? ;更優(yōu)選地，所述導(dǎo)電納米聚合物的平均顆粒直徑為20nm-200nm,比表面積為80m2/g-200m2/g。具體地，所述導(dǎo)電納米聚合物例如可以選自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩和聚-3，4-乙撐二氧噻吩中的一種或多種。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，所述有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物的摻雜率可以在較寬的范圍內(nèi)進行選擇和變動，優(yōu)選情況下，所述摻雜率為2-8個導(dǎo)電納米聚合物結(jié)構(gòu)單元摻雜有I個有機酸根離子，這樣可以保證在光電轉(zhuǎn)化過程中更有利于電子的傳輸，從而提高光電轉(zhuǎn)化率。其中，所述導(dǎo)電納米聚合物結(jié)構(gòu)單元指的是形成聚合物分子鏈的單體單元，例如，每條聚吡咯分子鏈上含有η個吡咯結(jié)構(gòu)單元，則導(dǎo)電納米聚合物結(jié)構(gòu)單元為8。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述有機酸根離子的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，例如，與所述有機酸根離子對應(yīng)的有機酸通?？梢赃x自對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、十二烷基磺酸、雙三氟甲基磺酰亞胺、2-蒽醌磺酸和2，7-蒽醌二磺酸中的一種或多種。
[0020]本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池對電極的制備方法包括將單體、有機酸鹽和溶劑混合均勻，得到混合溶液，并采用有機酸將所述混合溶液調(diào)節(jié)至酸性，得到混合物；在以所述混合物為電解液、導(dǎo)電基底為工作電極的三電極體系中進行電解，所述電解的方法和條件使得單體在導(dǎo)電基底上聚合，得到包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層的對電極。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，所述混合物中各組分的用量可以在較大的范圍內(nèi)進行選擇和變動，例如，所述混合物中各組分的用量可以使得單體的濃度為0.001mOl/L-5mOl/L，所述有機酸鹽的濃度為0.001mOl/L-5mOl/L，所述混合物的pH值小于6 ;優(yōu)選地，所述混合物中各組分的用量使得單體的濃度為0.2m0l/L-3m0l/L，所述有機酸鹽的濃度為0.2m0l/L-3m0l/L，所述混合物的PH值為0.5-3，這樣可以保證電解過程能夠更為平穩(wěn)地進行，得到厚度更為均勻的聚合物層。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，所述單體、有機酸鹽和有機酸的種類均可以為本領(lǐng)域常規(guī)的選擇，例如，所述單體可以選自吡咯、苯胺、噻吩和3，4-乙撐二氧噻吩中的一種或多種。所述有機酸鹽中的有機酸根與所述有機酸中的有機酸根的種類可以相同、也可以不同，優(yōu)選為相同。具體地，所述有機酸鹽可以選自對甲苯磺酸鈉、對甲苯磺酸鋰、對甲苯磺酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鋰、十二烷基苯磺酸鉀、十二烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸鋰、十二烷基磺酸鉀、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鉀、2-蒽醌磺酸鈉、2-蒽醌磺酸鋰、2-蒽醌磺酸鉀、2，7-蒽醌二磺酸鈉、2，7-蒽醌二磺酸鋰和2，7-蒽醌二磺酸鉀中的一種或多種。所述有機酸可以選自對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、十二烷基磺酸、雙三氟甲基磺酰亞胺、2-蒽醌磺酸和2，7-蒽醌二磺酸中的一種或多種。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，所述溶劑可以為現(xiàn)有的各種能夠提供反應(yīng)媒介、且不與反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生作用的溶劑。一般地，所述溶劑可以選自水、乙醇、乙腈、二甲基亞砜和N，N-二甲基甲酰胺中的一種或多種，優(yōu)選為水。
[0024]本發(fā)明對所述電解的方法和條件沒有特別地限定，可以為現(xiàn)有的各種常規(guī)的電解方法和條件，例如，所述電解的方法可以包括恒電壓法、恒電流法、循環(huán)伏安法、多電流階躍法和多電壓階躍法。當(dāng)采用恒電壓法進行電解時，所述電解的條件通常包括電壓為0.5V-1.5V、時間為ls-2000s。當(dāng)采用恒電流法進行電解時，所述電解的條件通常包括電流密度為0.lmA/cm2-100mA/cm2、時間為0.01s_20000s。當(dāng)采用循環(huán)伏安法進行電解時，所述電解的條件通常包括掃描電位為-0.5V至1.5V、掃描速度為0.lmV/S-3000mV/S、掃描次數(shù)為1-5000。當(dāng)采用多電流階躍法進行電解時，所述電解的條件通常包括階躍電流I為-0.00015A至-0.5A、階躍時間為0.001s-1000s,階躍電流2為0.000015A-0.5A、階躍時間為0.0001s-1000s，循環(huán)次數(shù)為5-250000。當(dāng)采用多電位階躍法進行電解時，所述電解的條件通常包括階躍電位I為0.5V-1.5V、階躍時間為0.001s-1000s,階躍電位2為-0.0005V至-1.5V、階躍時間為0.0002s-1000s，循環(huán)次數(shù)為5-250000。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，由于空氣中的氧氣對自由基聚合具有阻聚作用，從而使得聚合不能順利進行，生成分子量較低的聚合物，影響電化學(xué)聚合成膜的質(zhì)量，因此，為了防止空氣中的氧氣對聚合過程造成干擾，優(yōu)選情況下，所述電解在惰性氣體的保護下進行，所述惰性氣體可以選自氮氣或氬氣。本發(fā)明對制備染料敏化太陽能電池對電極的三電極體系中的對電極和參比電極的種類沒有特別地限定，可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，例如，所述三電極體系的對電極可以為鉬、鐵、銅、金、銀、等金屬電極，優(yōu)選鉬電極；所述三電極體系的參比電極可以為飽和甘汞電極或Ag/AgCl電極，優(yōu)選飽和甘汞電極。
[0026]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該容易理解的是，本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池對電極的制備方法可以采用一次電解在導(dǎo)電基底上附著聚合物層，也可以采用多次電解在導(dǎo)電基底上附著聚合物層，且所述多次電解的電解液可以相同、也可以不同，對此本領(lǐng)域技術(shù)人員均可知悉，在此將不再贅述。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法還包括將電解得到的對電極用水洗滌后干燥，所述干燥的方法可以為先用氮氣吹干、再放入真空烘箱中進行進一步干燥。
[0028]此外，本發(fā)明還提供了所述對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
[0029]以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。
[0030]實施例1
[0031]該實施例用于說明本發(fā)明的染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法。
[0032]配制吡咯單體和對甲苯磺酸鈉濃度均為0.2mol/L的混合水溶液25mL，并采用對甲苯磺酸將該混合溶液的PH調(diào)節(jié)至2.0。在氮氣保護下，在以上述混合物為電解液、FTO導(dǎo)電玻璃(購置日本板硝子Nippon Sheet Glass公司，厚度為2.2mm,面電阻為15歐,下同)為工作電極、鉬電極為對電極、飽和甘汞電極為參比電極的三電極體系中，采用電壓為0.8V的恒電壓法電解10s，使得吡咯單體在FTO導(dǎo)電玻璃上聚合，將表面附著有聚吡咯的FTO導(dǎo)電玻璃從電解液中取出，用水清洗三次，并用氮氣吹干后放入真空烘箱中進行進一步干燥，得到包括FTO導(dǎo)電玻璃和附著在所述FTO導(dǎo)電玻璃上的聚吡咯薄膜層的對電極El。通過掃描電子顯微鏡(SEM，購置日本日立公司，型號為Hitachi S4800，下同)測得聚吡咯薄膜層的厚度約為200nm。采用X-射線光電子能譜測試(XPS，購自美國Thermo Scientif ic公司，型號為ESCALab250，下同)方法證明得到的聚合物層為對甲苯磺酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚吡咯，其中，摻雜率為3個吡咯結(jié)構(gòu)單元摻雜有I個對甲苯磺酸根離子。
[0033]采用掃描電子顯微鏡對對電極El的微觀形貌進行觀察，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，該對電極El的聚合物層上的導(dǎo)電納米聚吡咯的平均顆粒直徑約為30nm，且呈多孔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚吡咯膜比表面積大，催化活性位點多，其疏松多孔結(jié)構(gòu)有利于電子的傳輸。采用雙電層電容法測得導(dǎo)電納米聚吡咯的表面積為96m2/g。
[0034]實施例2
[0035]該實施例用于說明本發(fā)明的染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法。
[0036]配制苯胺單體和十二燒基苯磺酸鈉濃度均為lmol/L的混合水溶液25mL,并采用十二烷基苯磺酸將該混合溶液的pH調(diào)節(jié)至2.0。在氮氣保護下，在以上述混合物為電解液、FTO導(dǎo)電玻璃為工作電極、鉬電極為對電極、飽和甘汞電極為參比電極的三電極體系中，采用電壓為0.8V的恒電壓法電解20s，使得苯胺單體在FTO導(dǎo)電玻璃上聚合，將表面附著有聚苯胺的FTO導(dǎo)電玻璃從電解液中取出，用水清洗三次，并用氮氣吹干后放入真空烘箱中進行進一步干燥，得到包括FTO導(dǎo)電玻璃和附著在所述FTO導(dǎo)電玻璃上的聚苯胺薄膜層的對電極E2。通過掃描電子顯微鏡測得聚苯胺薄膜層的厚度約為300nm。采用XPS測試方法證明得到的聚合物層為十二烷基苯磺酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚苯胺，其中，摻雜率為2.1個苯胺結(jié)構(gòu)單元摻雜有I個十二烷基苯磺酸根離子。
[0037]采用掃描電子顯微鏡對對電極E2的微觀形貌進行觀察，結(jié)果表明，該對電極E2的聚合物層上的導(dǎo)電納米聚苯胺的平均顆粒直徑為20nm，且呈多層的花狀褶皺結(jié)構(gòu)；采用雙電層電容法測得導(dǎo)電納米聚苯胺的表面積為200m2/g。
[0038]實施例3
[0039]該實施例用于說明本發(fā)明的染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法。
[0040]按照實施例1的方法制備染料敏化太陽能電池對電極，不同的是，所述對甲苯磺酸的加入量使得混合溶液的PH值為4.3，得到對電極E3。采用XPS測試方法證明得到的聚合物層為對甲苯磺酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚吡咯，其中，摻雜率為3.4個吡咯結(jié)構(gòu)單元摻雜有I個對甲苯磺酸根離子。
[0041]采用掃描電子顯微鏡對對電極E3的微觀形貌進行觀察，結(jié)果表明，該對電極E3的聚合物層上的導(dǎo)電納米聚吡咯薄膜的紋理不夠清晰，可能原因是成膜過程中聚合速率不穩(wěn)定，形成了較多的低聚物。采用雙電層電容方法測得導(dǎo)電納米聚吡咯的比表面積為38m2/g。
[0042]對比例I
[0043]該對比例用于說明參比染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法。
[0044]按照實施例1的方法制備染料敏化太陽能電池對電極，不同的是，所述對甲苯磺酸鈉用相同摩爾數(shù)的硫酸鈉替代，并將對甲苯磺酸用硫酸替代，硫酸的用量以將混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至2.0為準(zhǔn)，得到參比對電極DEl。采用XPS測試方法證明得到的聚合物層為硫酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚吡咯，其中，摻雜率為3.7個吡咯結(jié)構(gòu)單元摻雜有I個硫酸根離子。
[0045]采用掃描電子顯微鏡對參比對電極DEl的微觀形貌進行觀察，結(jié)果表明，該參比對電極DEl的聚合物層上的導(dǎo)電納米聚吡咯的平均顆粒直徑為90nm左右，且呈胞狀突起結(jié)構(gòu)；采用雙電層電容方法測得導(dǎo)電納米聚吡咯的表面積為70m2/g左右。
[0046]測試?yán)齀
[0047]該測試?yán)糜谡f明本發(fā)明的染料敏化太陽能電池性能的測試。
[0048]將吸附有染料N719 (購自瑞士 Solaronix公司)的TiO2 (購自武漢格奧公司)多孔薄膜電極置于干凈的臺面上，并將打好尺寸為0.7cmX0.9cm小孔的Surlynl702(購自瑞士Solaronix公司，厚度為IOym)熱封膜疊放在上述TiO2多孔薄膜電極上，往小孔中灌入電解液(電解液的組成成份為0.6mol/L的1- 丁基-3-甲基咪唑碘，0.05mol/L的碘，0.1mol/L的碘化鉀和0.5mol/L的叔丁基吡唆，溶劑為乙腈和叔丁醇的混合溶液(體積比為1:1))，然后在熱封膜表面蓋上對電極E1，并在吸附有染料的TiO2多孔薄膜電極外表面上放上帶有孔徑為0.3cmX0.5cm的鋼制模具作為掩膜(mask)，以保證工作電極的光照面積相同，得到染料敏化太陽能電池Tl。
[0049]染料敏化太陽能電池Tl在86mW/cm2的模擬太陽光照射下的開路光電壓為0.686V，短路光電流為11.6mA/cm2，填充因子為0.49，光電轉(zhuǎn)換效率為4.54%。
[0050]測試?yán)?[0051]測試?yán)?用于說明本發(fā)明的染料敏化太陽能電池性能的測試。
[0052]按照測試?yán)齀的方法制備染料敏化太陽能電池并對其性能進行測試，不同的是，所述對電極El用對電極E2替代，得到染料敏化太陽能電池T2。
[0053]染料敏化太陽能電池T2在86mW/cm2的模擬太陽光照射下的開路光電壓為0.689V，短路光電流為12.1mA/cm2，填充因子為0.62，光電轉(zhuǎn)換效率為5.99%。
[0054]測試?yán)?
[0055]測試?yán)?用于說明本發(fā)明的染料敏化太陽能電池性能的測試。
[0056]按照測試?yán)齀的方法制備染料敏化太陽能電池并對其性能進行測試，不同的是，所述對電極El用對電極E3替代，得到染料敏化太陽能電池T3。
[0057]染料敏化太陽能電池T3在86mW/cm2的模擬太陽光照射下的開路光電壓為0.700V，短路光電流為11.0mA/cm2，填充因子為0.41，光電轉(zhuǎn)換效率為3.67%。
[0058]對比測試?yán)齀
[0059]對比測試?yán)齀用于說明參比染料敏化太陽能電池性能的測試。
[0060]按照測試?yán)齀的方法制備染料敏化太陽能電池并對其性能進行測試，不同的是，所述對電極El用參比對電極DEl替代，得到染料敏化太陽能電池DT1。
[0061]染料敏化太陽能電池DTl在86mW/cm2的模擬太陽光照射下的開路光電壓為
0.653V，短路光電流為11.9mA/cm2，填充因子為0.36，光電轉(zhuǎn)換效率為3.25%。
[0062]從實施例1與對比例I的對比可以看出，與無機酸根離子(硫酸根離子)摻雜的導(dǎo)電納米聚合物對電極相比，本發(fā)明提供的有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物對電極具有更大的比表面積和更高的光電轉(zhuǎn)化效率，在染料敏化太陽能電池中有很大的潛在應(yīng)用價值。從實施例1和實施例3的對比可以看出，在本發(fā)明優(yōu)選的pH值下進行電解，得到的導(dǎo)電納米聚吡咯的比表面積要明顯更高、且相應(yīng)的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率也更聞。
[0063]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0064]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0065]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種染料敏化太陽能電池的對電極，其特征在于，該對電極包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層，所述聚合物層含有有機酸根離子摻雜的導(dǎo)電納米聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對電極，其中，所述導(dǎo)電基底的厚度為0.2mm-3mm ;優(yōu)選地，所述導(dǎo)電基底選自摻氟的二氧化錫導(dǎo)電玻璃、氧化銦錫導(dǎo)電玻璃、鍍氧化銦錫的聚對苯二甲酸乙二醇酯、鍍氧化銦錫的聚萘二甲酸乙二醇酯、碳、石墨和導(dǎo)電金屬中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對電極，其中，所述聚合物層的厚度為0.3nm-10 μ m0
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的對電極，其中，所述導(dǎo)電納米聚合物的平均顆粒直徑為0.5nm-500nm,比表面積為0.lm2/g-1000m2/g ;優(yōu)選地,所述導(dǎo)電納米聚合物的平均顆粒直徑為 20nm-200nm,比表面積為 80m2/g-200m2/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對電極，其中，摻雜率為2-8個導(dǎo)電納米聚合物結(jié)構(gòu)單元摻雜有I個有機酸根離子；優(yōu)選地，所述導(dǎo)電納米聚合物選自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩和聚-3，4-乙撐二氧噻吩中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的對電極，其中，與所述有機酸根離子對應(yīng)的有機酸選自對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、十二烷基磺酸、雙三氟甲基磺酰亞胺、2-蒽醌磺酸和2，7-蒽醌二磺酸中的一種或多種。
7.一種染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，該方法包括將單體、有機酸鹽和溶劑混合均勻，得到混合溶液，并采用有機酸將所述混合溶液調(diào)節(jié)至酸性，得到混合物；在以所述混合物為電解液、導(dǎo)電基底為工作電極的三電極體系中進行電解，所述電解的方法和條件使得單體在導(dǎo)電基底上聚合，得到包括導(dǎo)電基底和附著在所述導(dǎo)電基底上的聚合物層的對電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，所述混合物中各組分的用量使得單體的濃度為0.001mol/L_5mol/L,所述有機酸鹽的濃度為0.001mol/L_5mol/L,所述混合物的pH值小于6 ;優(yōu)選地，所述混合物中各組分的用量使得單體的濃度為0.2m0l/L-3m0l/L，所述有機酸鹽的濃度為0.2mol/L-3mol/L，所述混合物的pH值為0.5-3。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其中，所述有機酸鹽中的有機酸根與所述有機酸中的有機酸根的種類相同；優(yōu)選地，所述有機酸鹽選自對甲苯磺酸鈉、對甲苯磺酸鋰、對甲苯磺酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鋰、十二烷基苯磺酸鉀、十二烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸鋰、十二烷基磺酸鉀、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鉀、2-蒽醌磺酸鈉、2-蒽醌磺酸鋰、2-蒽醌磺酸鉀、2，7-蒽醌二磺酸鈉、2，7-蒽醌二磺酸鋰和2，7-蒽醌二磺酸鉀中的一種或多種；優(yōu)選地，所述有機酸選自對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、十二烷基磺酸、雙三氟甲基磺酰亞胺、2-蒽醌磺酸和2，7-蒽醌二磺酸中的一種或多種；優(yōu)選地，所述單體選自吡咯、苯胺、噻吩和3,4-乙撐二氧噻吩中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，所述電解的方法包括恒電壓法、恒電流法、循環(huán)伏安法、多電流階躍法和多電壓階躍法； 優(yōu)選地，所述恒電壓法的電解條件包括電壓為0.5V-1.5V、時間為ls-2000s ； 優(yōu)選地，所述恒電流法的電解條件包括電流密度為0.lmA/Cm2-100mA/Cm2、時間為·0.01s-20000s ； 優(yōu)選地，所述循環(huán)伏安法的電解條件包括掃描電位為-0.5 V至·1.5 V、掃描速度為·0.lmV/s-3000mV/s、掃描次數(shù)為 1-5000 ； 優(yōu)選地，所述多電流階躍法的電解條件包括階躍電流I為-0.00015A至-0.5A、階躍時間為0.001s-1000s，階躍電流2為0.000015A-0.5A、階躍時間為0.0OOls-lOOOs，循環(huán)次數(shù)為 5-250000 ； 優(yōu)選地，所述多電位階躍法的電解條件包括階躍電位I為0.5V-1.5V、階躍時間為·0.001s-1000s,階躍電位2為-0.0005V至-1.5V、階躍時間為0.0002s_1000s，循環(huán)次數(shù)為5-250000。
11.權(quán)利要求1-6中任·意一項所述的對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01G9/20GK103578780SQ201210251317
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月19日
【發(fā)明者】蘇佳, 張雪華, 王莎莎, 蘆珊, 殷雄, 賀濤 申請人:國家納米科學(xué)中心