CN102034613A - 一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法，其作法是，a、涂膜：将1.5-2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，滴在夹持的两片导电玻璃的缝隙处，待溶液完全进入两导电玻璃间的接触面后；或者，在一片导电玻璃的导电面上滴加1.5-2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，将另一片导电玻璃的导电面覆盖并夹住，当接触面覆满溶液后；再将其干燥；b、烧结：将a步得到的导电玻璃在380-400℃下烧结13-20min，取出后冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。该方法无需复杂的设备，投资少、能耗低、操作简单，制得物性能好；且对原料H2PtCl6的用量小，损耗小。

Description

一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法
技术领域
本发明涉及一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法
背景技术
随着传统燃料能源的逐渐耗尽，人类正面临一场前所未有的甚至关系到人类生存的能源危机。开发新的替代能源成为艰巨和重要的任务之一。太阳能作为一种无污染和永不枯竭的能源，使其成为最具有开发和利用前景的新能源。
自1991年瑞士洛桑理工大学Gratzel教授开发了转换效率为7.9％的染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池(DSSC)后，DSSC成为研究的热点。它是仿照植物叶绿素光合作用原理的一种太阳能电池：染料敏化太阳能电池中使用了有机染料，有机染料的功能就相当于树叶中的叶绿素，在太阳光的照射下，易产生光生电子，纳晶TiO2薄膜就相当于磷酸类脂膜。这种太阳能电池被形象的称为人造树叶。
染料敏化太阳能电池的一个重要组成部分为对电极，其组成通常是在透明导电玻璃上附着Pt或碳等具有催化作用的物质，它需要满足的首要条件就是电荷传输电阻低和交换电流密度高，以及稳定的化学及电化学性质。对电极在电池中有两个作用：一是收集从光阳极传输过来的电子，二是催化I3 -离子在光阴极的还原反应。附着铂的铂对电极因为其电阻小以及催化效果好，在太阳电池中应用最为广泛。
铂对电极的制备方法主要有磁控溅射、溶液热解和电镀等，磁控溅射和电镀均需要专门复杂的制备设备，而一般的溶液热解法需要专门的涂膜机将含Pt的H2PtCl6溶液进行旋涂制膜，也需要专门的设备，同时在旋涂的过程中会造成大量的H2PtCl6溶液会被旋转离心甩出、造成浪费。
发明内容
本发明的目的就是提供一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法，该方法无需复杂的镀膜设备，投资少、能耗低、操作简单，制得物性能好；同时对原料H2PtCl6的用量小，损耗小。
本发明实现其发明的目所采用的技术方案是：一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法，其具体作法是：
a、涂膜
将两片导电玻璃的导电面相对，用夹子固定，再用针管吸取浓度为1.5-2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，滴在两片导电玻璃的缝隙处，待溶液完全进入两片导电玻璃间的接触面后；
或者，先在一片导电玻璃的导电面上滴加1.5-2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，再将另一片导电玻璃的导电面覆盖在滴液面上，并用夹子夹住，当接触面覆满溶液后；
将其放入干燥箱内，40-60℃干燥40-70min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起；
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在380-400℃的炉中，烧结13-20min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、夹持扩散法涂膜简单方便的将H2PtCl6溶液均匀涂覆在两片导电玻璃的夹持接触导电面上；而无需复杂的镀膜设备，如磁控溅射仪、旋涂仪、电化学工作站。投资少、能耗低、操作简单。
二、液体的表面张力可以保证夹持接触面上的液体不会外泄，尤其在烧结过程中，液体挥发形成真空，外部压强将两片导电玻璃紧密的压在一起，液体更不会外泄，滴在玻璃片上的H2PtCl6能完全通过烧结转化为铂，避免了旋涂等方法对的H2PtCl6溶液的大量浪费，损耗小，制备成本低。
三、同时，由于夹持接触导电面液体的表面张力作用，能保证H2PtCl6在烧结过程中均匀分解，制备的铂对电极性能好，以其作为对电极制出的太阳能电池效率为6％。
上述的导电玻璃在滴加H2PtCl6的异丙醇溶液液前，还在70℃温度下，干燥10-30min。
这样，可去除导电玻璃上的水分H2PtCl6的异丙醇溶液液能更多、更均匀的涂覆在导电玻璃上。
下面结合附图和具体的实施方式，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是实施例一制备的铂对电极的扫描电镜照片。
图2是以实施例一制备的铂对电极，制得的染料敏化太阳能电池的I-V曲线。
具体实施方式
实施例一
本发明的一种具体实施方式是，一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法，其具体作法是：
导电玻璃先在70℃温度下，干燥10min。
a、涂膜
将两片导电玻璃的导电面相对，用夹子固定，再用针管吸取浓度为1.5×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，滴在两片导电玻璃的缝隙处，待溶液完全进入两片导电玻璃间的接触面后；再将其放入干燥箱内，50℃干燥50min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起。
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在390℃的炉中，烧结13min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
图1是本例制备的铂对电极的扫描电镜照片。由图1可以看出所制得的薄膜表面平整，分布均匀，有利于电荷收集和传输。
图2是将本例制得物作为铂对电极，采用以下方法制得的染料敏化太阳能电池的I-V曲线。由图2可知这种电极封装的太阳能电池效率约为6％。
将本例制得物作为铂对电极制备太阳能电池的一种方法：
采用纳米TiO2粉体(粒径约为21nm)，乙基纤维素，乙酰丙酮(分析纯，天津精细化工研究所)，松油醇(分析纯，天津化学试剂六厂提供)，曲拉通(X-100，化学纯试剂)，在玛瑙研钵中研磨配制成TiO2浆料，用丝网印刷法在导电玻璃(FTO)上制备厚度约为14μm，面积为0.25cm2的纳米多孔TiO2薄膜.将TiO2薄膜在电阻炉中经过450℃烧结30min后，取出降温至80℃后再将TiO2薄膜浸入5×10-4M的N719(solaronix公司，瑞士)的无水乙醇溶液中，浸置24h进行染料敏化处理后就得到了TiO2薄膜光阳极，此过程在室温下进行
将制作好的铂对电极与纳米TiO2薄膜光阳极用25μm厚的Surlyn膜(Dupont)在一定的温度和压力下进行密封，然后通过在打孔的对电极上注入电解质(0.3M LiI，0.03M I2，0.5M四叔丁基吡啶的乙腈溶液)便构成了一个染料敏化太阳电池。
更具体的制备过程，参见中国科学E辑：技术科学2009年第39卷第8期：1419-1423。
实施例二
本例的具体作法是：
导电玻璃先在60℃温度下，干燥30min。
a、涂膜
将两片导电玻璃的导电面相对，用夹子固定，再用针管吸取浓度为2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，滴在两片导电玻璃的缝隙处，待溶液完全进入两片导电玻璃间的接触面后；再将其放入干燥箱内，40℃干燥40min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起。
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在380℃的炉中，烧结20min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
将本例制得物作为铂对电极制备的太阳能电池的效率为5.7％。
实施例三
本例的具体作法是：
a、涂膜
将两片导电玻璃的导电面相对，用夹子固定，再用针管吸取浓度为1.8×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，滴在两片导电玻璃的缝隙处，待溶液完全进入两片导电玻璃间的接触面后；再将其放入干燥箱内，60℃干燥70min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起。
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在400℃的炉中，烧结18min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
实施例四
本例的具体作法是：
导电玻璃先在80℃温度下，干燥20min。
a、涂膜
在一片导电玻璃的导电面上滴加1.5×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，再将另一片导电玻璃的导电面覆盖在滴液面上，并用夹子夹住，当接触面覆满溶液后；再将其放入干燥箱内，40℃干燥70min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起；
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在390℃的炉中，烧结15min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
实施例五
本例的具体作法是：
导电玻璃先在65℃温度下，干燥10min。
a、涂膜
在一片导电玻璃的导电面上滴加2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，再将另一片导电玻璃的导电面覆盖在滴液面上，并用夹子夹住，当接触面覆满溶液后；再将其放入干燥箱内，50℃干燥40min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起.。
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在380℃的炉中，烧结13min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
实施例六
本例的具体作法是：
a、涂膜
在一片导电玻璃的导电面上滴加1.7×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，再将另一片导电玻璃的导电面覆盖在滴液面上，并用夹子夹住，当接触面覆满溶液后；再将其放入干燥箱内，60℃干燥70min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起.。
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在400℃的炉中，烧结20min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。

Claims (2)

1.一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法，其具体作法是：
a、涂膜
将两片导电玻璃的导电面相对，用夹子固定，再用针管吸取浓度为1.5-2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，滴在两片导电玻璃的缝隙处，待溶液完全进入两片导电玻璃间的接触面后；
或者，先在一片导电玻璃的导电面上滴加1.5-2.0×10-2mol/L的H2PtCl6的异丙醇溶液，再将另一片导电玻璃的导电面覆盖在滴液面上，并用夹子夹住，当接触面覆满溶液后；
再将其放入干燥箱内，40-60℃干燥40-70min；两片玻璃即通过表面张力粘结在一起；
b、烧结
将a步得到的导电玻璃在380-400℃的炉中，烧结13-20min，取出后自然冷却，再松开夹子，并分开两片导电玻璃，即可。
2.根据权利要求1所述的一种制备染料敏化太阳能电池的铂对电极的方法，其特征在于，所述的导电玻璃在滴加H2PtCl6的异丙醇溶液液前，还在60-80℃温度下，干燥10-30min。
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