CN103413687A - 一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，包括：1）制备Pt-SiC复合对电极材料：分别配制H₂PtCl₆溶液、SiC的醇溶液，将H₂PtCl₆溶液、SiC的醇溶液超声混合，调pH值，超声分散后微波加热；洗涤、过滤、干燥；惰性气氛中热处理，获得Pt-SiC复合对电极材料；2）Pt-SiC对电极薄膜的构建：FTO导电玻璃清洗、干燥；Pt-SiC复合对电极材料加入到分散剂中，分散处理，得对电极催化材料浆料；浆料涂覆在导电玻璃上形成对电极催化层薄膜；在惰性气氛中热处理，即获得铂负载碳化硅对电极。本方法构建成本低、操作工艺简单、能源消耗低、环境友好、且与光阳极的制备工艺相容性强，该Pt负载碳化硅复合物对电极能够取代贵金属Pt电极应用于染料敏化太阳能电池器件。

Description

一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法

技术领域

本发明属于绿色可再生清洁能源技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法。 

背景技术

瑞士科学家M.

发明的第三代染料敏化太阳能电池（dye sensitized solar cell，DSSC），由于其制作成本低、工艺简单、环境友好、转换效率高、便于大面积制作等特点，已成为世界范围内研究的重点和热点。相比于第一代、第二代太阳能电池，第三代太阳能电池更具开发应用前景。 

典型的DSSC由透明导电玻璃（FTO或ITO）、N719染料敏化的TiO₂薄膜、碘电对（I₃ ^-/I^-）的电解质及贵金属铂（Pt）对电极构成。Pt电极的主要作用是从外电路收集电子，还原电解液中的碘离子（I₃ ^-+2e^-→3I^-），促进敏化染料分子的再生。到目前为止，对于碘电对（I₃ ^-/I^-）电解液的DSSC，贵金属Pt是最好的对电极材料。但是，贵金属Pt资源稀缺、储量有限、价格高昂、供给有限，这严重的制约了DSSC的发展进程。为了解决这一问题，一个有效的技术措施是发展低成本、高效率的非Pt对电极，如碳材料、导电聚合物、过渡金属化合物（氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物等）及其复合材料。尽管这些已经开发的非Pt对电极，他们中的一些表现出优秀的催化性能和光伏性能，但是，很少或者很难完全取代贵金属Pt电极而应用于商业化的DSSC中。另一个有效的技术措施是开发Pt负载其他材料的复合对电极。这种技术措施在保证负载Pt复合材料对电极具有卓越催化活性和导电性的条件下，显著减少了贵金属Pt的用量，有效地解决了贵金属Pt面临的压力。 

现有的负载Pt复合对电极催化材料中，常使用碳材料（如乙炔黑、炭黑、石墨碳、碳纳米管、石墨烯、介孔碳等）和高分子聚合物（如导电聚吡咯、聚噻吩衍生物等）作为支撑材料。但是，碳材料的主要问题是与导电衬底的粘结 性比较差。此外，碳材料对于透明的、半透明的、多彩的DSSC而言，并不是理想的对电极材料。而高分子导电聚合物材料的热稳定性差，抗腐蚀能力差。这些缺陷限制了这类负载Pt复合对电极催化材料在DSSC中的进一步商业化应用。相比于其他支撑材料，高比表面积的碳化硅具有较好的强度、热稳定性和化学稳定性，价格低廉，原料易得，是异质催化剂优选的支撑材料。 

对于负载Pt复合对电极催化材料的制备方法，一般是通过还原或热解氯铂酸（H₂PtCl₆）来获得。即通过在支撑材料表面热解H₂PtCl₆水溶液或醇溶液，使Pt纳米粒子均匀地分散在支撑材料表面，从而获得Pt负载复合对电极材料。也可以通过磁控溅射或脉冲激光沉积法在支撑材料表面溅射或沉积贵金属Pt催化层。这些负载Pt复合对电极材料的制备方法，其最大的缺点是很难控制Pt纳米粒子的团聚、尺寸和分散性、而且制备工艺能耗高、催化材料活性低。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述贵金属Pt对电极面临的压力及其Pt负载复合对电极材料制备的缺陷和不足，提供一种可替代贵金属Pt电极的Pt负载碳化硅复合对电极催化材料的制备方法。 

为了达到上述目的，本发明采用环境友好的微波辅助加热技术，构建Pt负载碳化硅复合对电极催化材料，来制备染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极。 

一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，该方法包括以下步骤： 

1）铂负载碳化硅（Pt-SiC）复合对电极材料的制备 

a.称量1～3g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于90～100mL溶剂中，配制一定浓度的H₂PtCl₆溶液； 

b.称量300～500mg纳米碳化硅（SiC）材料，溶于20～30mL醇溶液中，超声混合10～30mins，获得SiC的醇溶液； 

c.摄取一定体积的H₂PtCl₆溶液，滴加到SiC的醇溶液中，超声混合10～30 mins，得到H₂PtCl₆与纳米SiC的混合醇溶液； 

d.摄取一定浓度的NaOH溶液，滴加到如步骤c所述混合醇溶液中，调节溶液的pH值至10～11，超声分散1～2h； 

e.将上述超声分散后的溶液移入石英管反应器，将反应器置于微波加热器中，微波加热3～10mins，冷却至室温； 

f.用去离子水多次洗涤微波加热反应后的混合溶液，过滤，将沉淀物置于惰性气氛中干燥，获得Pt-SiC复合对电极材料； 

2）Pt-SiC对电极薄膜的构建 

a.将FTO导电玻璃依次用异丙酮、乙醇和去离子水反复清洗，然后用过滤净化后的热空气在干燥室内干燥； 

b.将质量份数的Pt-SiC复合对电极材料，加入到分散剂中，添加球磨介质混合分散处理2～4hrs，获得对电极催化材料浆料； 

c.将上述浆料涂覆在清洗过的导电玻璃导电面一侧，形成对电极催化层薄膜； 

d.将涂覆有Pt-SiC材料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中，在惰性气氛下，以1～2℃/min速率升温至400～500℃，保温时间为15～30mins，进行热处理，保持惰性气体流量为0.5L/min，管式加热炉冷却至室温，获得铂负载碳化硅对电极。 

进一步地，所述溶剂为分析乙醇、去离子水、聚乙二醇、异丙醇、甘戊醇、二甲苯或丙酮中的一种或两种。 

进一步地，所述H₂PtCl₆溶液与SiC的醇溶液按照质量比为10%～20%：80%～90%的比例混合。 

进一步地，所述碳化硅为β-SiC，立方结构，纯度大于99%，孔径为30～50nm，平均粒径为40～50nm，比表面积为20～150m²/g，游离硅含量小于0.2%，总氧含量小于0.60%。 

进一步地，所述NaOH溶液浓度为0.5M或1M。 

进一步地，所述对电极催化材料浆料是通过下述质量份数的原料制备而成： 

Pt-SiC复合对电极材料             0.3～0.5份； 

分散剂                           8～10份； 

所述分散剂为水、聚乙二醇、曲拉通100、异丙醇、甘戊醇、二甲苯、丙酮、十二烷基硫酸钠或脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或一种以上。 

进一步地，所述对电极催化层薄膜构建方法为旋涂法、喷涂法、刮涂法和丝网印刷法。 

进一步地，所述对电极催化层薄膜的厚度通过控制喷涂时间、旋涂次数、刮涂厚度或印刷层数来控制；所述Pt-SiC对电极催化层薄膜厚度为1～5μm，喷涂时间为10～30s。 

进一步地，所述惰性气氛的气体为氮气、氢气或两者按照氮气：氢气体积比为2：1的比例混合的气体。 

本发明所带来的技术效果是： 

第一、本发明方法制备的Pt负载碳化硅复合催化材料，作为DSSC对电极，在保证与传统贵金属Pt具有相同或相近光电转换效率的条件下，能够减少Pt金属的用量，缓解Pt金属面临的压力，减少DSSC对Pt金属对电极的依赖。 

第二、本发明方法制备的Pt负载碳化硅复合催化材料，采用介孔碳化硅为支撑材料，有效地抑制了Pt纳米粒子的团聚、尺寸长大，改善了Pt纳米粒子在复合催化材料中的分散性，有望应用于对Pt金属数量、尺寸、分散性有高度控制要求的化学或电化学工艺中。 

第三、本发明提供的方法可以制备可替代贵金属Pt电极的Pt负载碳化硅复合催化材料，合成用原材料价格低廉、合成工艺简单、构建成本低、能源消耗低、环境友好、便于大面积制作。作为DSSC对电极，在相同的实验条件下，其光伏性能可与贵金属Pt电极相比。 

第四、本发明方法制备的Pt负载碳化硅复合催化材料，利用贵金属Pt和介孔碳化硅的协同效应，有效地改善了电极材料的机械强度、电化学稳定性、催 化活性及光伏性能。 

第五、采用本发明法制备Pt负载碳化硅复合催化材料，绿色环保、价格低廉、性能优异，有望在化学和精细化工、燃料电池、有机物降解、电解、光电化学电池、污染控制等领域得到广泛的应用，满足对Pt金属在不同催化领域的巨大需求。 

附图说明

图1为Pt负载碳化硅对电极催化材料表面形貌的FESEM照片； 

图2为Pt负载碳化硅对电极催化材料表面形貌的TEM照片； 

图3为Pt负载碳化硅对电极催化材料表面形貌的HR-TEM照片； 

图4为导电玻璃衬底表面形貌的SEM照片； 

图5为本实施例中对电极催化层的结构示意图； 

图6为本发明中DSSC组装结构图； 

图7为使用本发明所制对电极的DSSC器件的光伏特性曲线。 

图中:101—导电玻璃衬底；102—对电极催化薄膜层；1011—玻璃衬底；1012—FTO（F:SnO₂）导电膜；1021—碳化硅支撑材料；1022—贵金属Pt纳米粒子；103—电解质层；104—光散射层；105—染料分子层；106—光阳极薄膜层；107—入射光。 

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容和特征，下面结合实施例，同时配以附图对本发明作进一步的说明。 

实施例1 

1）Pt负载碳化硅（Pt-SiC）对电极材料的制备 

首先，将1g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于100mL异丙醇溶液中，制得氯铂酸醇溶液。随后，称量平均粒径为40nm，孔径为30nm，比表面积为100m²/g，纯度高于99%的SiC纳米原材料500mg，溶于25mL分析乙二醇溶液中，超声混合30mins之后。而后，摄取18mL氯铂酸醇溶液，滴 加到82mL SiC的乙二醇溶液中，保持溶液中Pt的重量百分比约为10%，即Pt/（（Pt-SiC）+Pt）≌10%。最后，摄取1mL摩尔浓度为1M的NaOH溶液，滴加到上述混合溶液中，调节溶液的pH值至10，超声分散1h。 

将上述混合均匀的前驱体溶液移入石英管反应器，将反应器置于微波加热器（2.45GHz，800W）中，微波自动加热3mins，自然冷却至室温。随后，用去离子水洗涤3次微波加热反应后的溶液，过滤，将沉淀物置于惰性气氛（氮气）中干燥，即可获得Pt-SiC复合对电极材料。Pt-SiC复合对电极材料的SEM照片显示（如图1所示），均匀的球形SiC纳米粒子的表面形貌清晰可见；Pt-SiC复合对电极材料的TEM照片显示（如图2所示），Pt纳米粒子均匀地镶嵌在介孔SiC的表面；Pt-SiC复合对电极材料的HR-TEM照片显示（如图3所示），3～5nm的Pt纳米粒子均匀地分散在SiC的表面上。 

2）Pt-SiC对电极薄膜的构建 

称量500mg上述Pt-SiC复合材料，与6g锆珠介质混合，加入到10mL异丙醇分散剂中，分散处理4hrs，获得对电极材料浆料。 

用空气喷枪将分散处理后的对电极催化材料浆料喷涂在清洗过的导电玻璃导电面一侧（FTO导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，吹干备用，导电玻璃表面形貌如图4所示），形成对电极催化层薄膜。通过控制喷涂时间来控制导电玻璃表面对电极薄膜的厚度。 

将喷涂有催化材料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中，在氮气氛下，以1～2℃/min速率升温至400℃，保温时间30mins进行热处理，保持氮气流量为0.5L/min，即可获得Pt-SiC对电极。 

实施例2 

1）Pt负载碳化硅（Pt-SiC）对电极材料的制备 

首先，将3g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于90mL分析乙醇和去离子水以任意比例混合的溶液中，制得氯铂酸醇溶液。随后，称量平均粒径为50nm，孔径为50nm，比表面积为150m²/g，纯度高于99%的SiC纳米原材 料300mg，溶于20mL分析乙二醇溶液中，超声混合10mins之后。而后，摄取20mL氯铂酸醇溶液，滴加到80mL SiC的乙二醇溶液中，保持溶液中Pt的重量百分比约为10%，即Pt/（（Pt-SiC）+Pt）≌10%。最后，摄取1mL摩尔浓度为0.5M的NaOH溶液，滴加到上述混合溶液中，调节溶液的pH值至11，超声分散1.5h。 

将上述混合均匀的前驱体溶液移入石英管反应器，将反应器置于微波加热器（2.45GHz，800W）中，微波自动加热5mins，自然冷却至室温。随后，用去离子水洗涤3次微波加热反应后的溶液，过滤，将沉淀物置于惰性气氛（氮气：氢气体积比为2：1混合气体）中干燥，即可获得Pt-SiC复合对电极材料。 

2）Pt-SiC对电极薄膜的构建 

称量300mg上述Pt-SiC复合材料，与3g锆珠介质混合，加入到8mL聚乙二醇分散剂中，分散处理2hrs，获得对电极材料浆料。 

用旋涂方式将分散处理后的对电极催化材料浆料旋涂在清洗过的导电玻璃导电面一侧（FTO导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，吹干备用，导电玻璃表面形貌如图4所示），形成对电极催化层薄膜。通过控制旋涂时间来控制导电玻璃表面对电极薄膜的厚度。 

将旋涂有催化材料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中，在氮气：氢气体积比为2：1混合气氛下，以1～2℃/min速率升温至500℃，保温时间15mins进行热处理，保持惰性混合气体流量为0.5L/min，即可获得Pt-SiC对电极。 

实施例3 

1）Pt负载碳化硅（Pt-SiC）对电极材料的制备 

首先，将2g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于95mL甘戊醇中，制得氯铂酸醇溶液。随后，称量平均粒径为30nm，孔径为50nm，比表面积为20m²/g，纯度高于99%的SiC纳米原材料400mg，溶于30mL分析乙二醇溶液中，超声混合20mins之后。而后，摄取10mL氯铂酸醇溶液，滴加到90mLSiC的乙二醇溶液中，保持溶液中Pt的重量百分比约为10%，即Pt/（（Pt-SiC） +Pt）≌10%。最后，摄取1mL摩尔浓度为1M的NaOH溶液，滴加到上述混合溶液中，调节溶液的pH值至11，超声分散2h。 

将上述混合均匀的前驱体溶液移入石英管反应器，将反应器置于微波加热器（2.45GHz，800W）中，微波自动加热10mins，自然冷却至室温。随后，用去离子水洗涤3次微波加热反应后的溶液，过滤，将沉淀物置于惰性气氛（氢气）中干燥，即可获得Pt-SiC复合对电极材料。 

2）Pt-SiC对电极薄膜的构建 

称量400mg上述Pt-SiC复合材料，与5g锆珠介质混合，加入到9mL十二烷基硫酸钠和脂肪酸聚乙二醇酯以任意比例混合的分散剂中，分散处理3hrs，获得对电极材料浆料。 

用丝网印刷方式将分散处理后的对电极催化材料浆料丝网印刷在清洗过的导电玻璃导电面一侧（FTO导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，吹干备用，导电玻璃表面形貌如图4所示），形成对电极催化层薄膜。通过控制丝网印刷层数来控制导电玻璃表面对电极薄膜的厚度。 

将丝网印刷有催化材料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中，在氢气气氛下，以1～2℃/min速率升温至450℃，保温时间20mins进行热处理，保持氢气流量为0.5L/min，即可获得Pt-SiC对电极。 

实施例4 

1）Pt负载碳化硅（Pt-SiC）对电极材料的制备 

首先，将3g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于100mL聚乙二醇溶液中，制得氯铂酸醇溶液。随后，称量平均粒径为40nm，孔径为40nm，比表面积为120m²/g，纯度高于99%的SiC纳米原材料500mg，溶于30mL分析乙二醇溶液中，超声混合30mins之后。而后，摄取18mL氯铂酸醇溶液，滴加到82mL SiC的乙二醇溶液中，保持溶液中Pt的重量百分比约为10%，即Pt/（（Pt-SiC）+Pt）≌10%。最后，摄取1mL摩尔浓度为1M NaOH溶液，滴加到上述混合溶液中，调节溶液的pH值至11，超声分散2h。 

将上述混合均匀的前驱体溶液移入石英管反应器，将反应器置于微波加热器（2.45GHz，800W）中，微波自动加热10mins，自然冷却至室温。随后，用去离子水洗涤3次微波加热反应后的溶液，过滤，将沉淀物置于惰性气氛（氢气）中干燥，即可获得Pt-SiC复合对电极材料。 

2）Pt-SiC对电极薄膜的构建 

称量500mg上述Pt-SiC复合材料，与6g锆珠介质混合，加入到10mL二甲苯、丙酮以任意比例混合的分散剂中，分散处理3hrs，获得对电极材料浆料。 

用空气喷枪方式将分散处理后的对电极催化材料浆料喷涂在清洗过的导电玻璃导电面一侧（FTO导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，吹干备用，导电玻璃表面形貌如图4所示），形成对电极催化层薄膜。通过控制喷涂时间来控制导电玻璃表面对电极薄膜的厚度。 

将喷涂有催化材料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中，在氮气气氛下，以1～2℃/min速率升温至500℃，保温时间10mins进行热处理，保持氮气流量为0.5L/min，即可获得Pt-SiC对电极。 

对比例1浸渍Pt对电极材料的制备 

按照以下步骤制备： 

a.将1g H₂PtCl₆·H₂O溶于100mL去离子水中，制得氯铂酸水溶液。 

b.摄取氯铂酸水溶液2mL，加入到盛有18mL去离子水的烧杯中。 

c.称量聚合物PVP（M_w=8000，聚乙烯基吡咯烷酮）0.304g，加入到该烧杯中，强力搅拌至其完全溶解。 

d.称量20mg硼氢化钠(NaBH₄)，逐渐加入到上述溶液中，在室温磁力搅拌30mins，溶液颜色从淡黄色变为黑色，意味着形成PVP包覆的Pt纳米粒子的水溶液。 

e.量取1.2mL的整孔剂，加入到盛有28.8mL去离子水的另一个烧杯中，配制体积比为4%的整孔剂溶液。用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗FTO导 电玻璃，吹干后放入该烧杯中，在60℃条件下加热5mins。 

f.将导电玻璃取出后，用去离子水反复冲洗3次，浸入PVP包覆的Pt纳米粒子的水溶液中，停留5mins。取出后用水离子水冲洗3次，置于烘箱中干燥，在270℃烧结10mins，即可获得浸渍Pt电极。 

对比例2常规热解Pt对电极材料的制备 

将1g H₂PtCl₆·H₂O溶于100mL异丙醇溶液中，制得H₂PtCl₆醇溶液。使用空气喷枪将氯铂酸醇溶液喷涂在清洗过的导电玻璃（FTO导电玻璃依次用丙酮、乙醇和去离子水超声波清洗，吹干备用）导电面一侧，形成催化层薄膜。然后，将其置于马弗炉中，在空气中500℃烧结30mins，即可获得贵金属热解Pt对电极。通过控制喷涂时间来控制对电极薄膜厚度。 

对比例3印刷Pt对电极材料的制备 

a.将1g H₂PtCl₆·H₂O溶于100mL异丙醇溶液中，制得H₂PtCl₆醇溶液； 

b.将聚乙二醇和松油醇按2：1质量比混合，60℃磁力搅拌1～2hrs，获得黏性有机载体； 

c.将H₂PtCl₆醇溶液和有机载体按3：2的体积比混合，60℃磁力搅拌0.5～1hrs，获得丝网印刷所需的H₂PtCl₆黏性浆料； 

d.将FTO导电玻璃依次用异丙酮、乙醇和去离子水分别清洗3次，置于干燥箱中，用过滤净化后的热空气干燥； 

e.将配制好的称量H₂PtCl₆浆料用丝网印刷法均匀的印刷在清洗干燥后的FTO导电玻璃一侧，导电玻璃表面对电极薄膜的厚度通过控制丝网印刷层数来控制，将印刷好的电极置于干燥箱中，在80℃条件下，干燥30mins； 

f.将干燥后的印刷Pt电极置于马弗炉中，450℃烧结30mins，即可获得印刷Pt电极。 

在实施例1～4中制备的对电极，导电玻璃衬底101上对电极催化薄膜层102的结构如图5所示，玻璃衬底1011上依次为FTO（F:SnO₂）导电膜1012、碳化硅支撑材料1021和贵金属Pt纳米粒子1022。 

根据标准DSSC组装方法将该对电极组装成标准的DSSC电池（DSSC组装结构如图6所示），其中，N719染料敏化的TiO₂（P25，Degussa，德国）介孔薄膜作为光阳极；含有碘离子电对（I₃ ^-/I^-）的电解液（电解液组成为：0.6M碘化-1-丁基-3-甲基咪唑，0.06M碘化锂，0.03M碘，0.5M4-叔丁基吡啶，0.1M异硫氰酸胍，溶剂为乙腈）作为电解质；本实施例和对比例中的催化材料作为对电极。 

在导电玻璃衬底101上对电极催化薄膜层102的上依次为电解质层103、光散射层104、染料分子层105和光阳极薄膜层106，光阳极薄膜层106上依次为上层的FTO（F:SnO₂）导电膜1012和玻璃衬底1011，入射光107自上层的玻璃衬底1011入射。电池活性面积0.16cm²，在AM1.5模拟太阳光标准条件下进行封装测试。 

使用实施例1～4及对比例1～3中所描述的对电极构建DSSC电池器件并进行性能测试，其光伏性能参数如表1所示，部分电压—电流特性曲线如图7所示。 

表1本发明实施例光伏器件光电性能与贵金属Pt电极的参数对比 

注：表1所列出的光电性能参数为本发明方法选定的实施例。此外，表中光伏性能参数并非测试所获得的最佳实验值，而是多批次重复实验测量所获得的相对稳定的实验数值。 

本发明中光伏性能使用Keithley数字源表（Keithley2601,USA）在模拟太阳光条件下（Xe arc lamp,1.5AM,1000W m-2,PEC-L15,Peccell,Japan）测试。对电极材料的表面形貌通过热场发射扫描电子显微镜（SEM,JEOL JSM-7000F）和透射电镜（TEM,JEOL JEM-3010）观察。比表面积和孔径分布采用氮气吸附—脱附测试仪（Micromeritics ASAP2020,USA）表征。 

上述给出了实施例中本发明方法制备对电极材料和对电极薄膜的具体实施步骤以及使用该对电极光伏器件的性能参数。在相同的实验条件下，通过与几种传统的贵金属Pt电极对比（图7和表1），可知本发明制备的Pt负载碳化硅对电极薄膜，具有优良的电化学性能、催化性能和电化学稳定性，能够取代贵金属Pt电极应用于DSSC器件。此外，本发明所用对电极催化材料制备方法，构建成本低、操作工艺简单、能源消耗低、环境友好、且与光阳极的制备工艺相容性强。利用此方法和技术，可以充分利用贵金属Pt和碳化硅的协同效应，使复合对电极材料的性能得到很大提高，保证了电极性能的稳定、可靠和实用。 

以上所述，仅是本发明针对本发明应用的实施例，可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但并非对本发明做任何限制。凡是根据本发明技术方案所给出的范围和对以上实施例所做的任何简单修改、变更和结构变换，均属于本发明技术方案的保护范围。 

Claims (9)

1.一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）铂负载碳化硅（Pt-SiC）复合对电极材料的制备

a.称量1～3g氯铂酸结晶水合物（H₂PtCl₆·H₂O）溶于90～100mL溶剂中，配制一定浓度的H₂PtCl₆溶液；

b.称量300～500mg纳米碳化硅（SiC）材料，溶于20～30mL醇溶液中，超声混合10～30mins，获得SiC的醇溶液；

c.摄取一定体积的H₂PtCl₆溶液，滴加到SiC的醇溶液中，超声混合10～30mins，得到H₂PtCl₆与纳米SiC的混合醇溶液；

d.摄取一定浓度的NaOH溶液，滴加到如步骤c所述混合醇溶液中，调节溶液的pH值至10～11，超声分散1～2h；

e.将上述超声分散后的溶液移入石英管反应器，将反应器置于微波加热器中，微波加热3～10mins，冷却至室温；

f.用去离子水多次洗涤微波加热反应后的混合溶液，过滤，将沉淀物置于惰性气氛中干燥，获得Pt-SiC复合对电极材料；

2）Pt-SiC对电极薄膜的构建

a.将FTO导电玻璃依次用异丙酮、乙醇和去离子水反复清洗，然后用过滤净化后的热空气在干燥室内干燥；

b.将质量份数的Pt-SiC复合对电极材料，加入到分散剂中，添加球磨介质混合分散处理2～4hrs，获得对电极催化材料浆料；

c.将上述浆料涂覆在清洗过的导电玻璃导电面一侧，形成对电极催化层薄膜；

d.将涂覆有Pt-SiC材料的FTO导电玻璃置于管式加热炉中，在惰性气氛下，以1～2℃/min速率升温至400～500℃，保温时间为15～30mins，进行热处理，保持惰性气体流量为0.5L/min，管式加热炉冷却至室温，获得铂负载碳化硅对电极。

2.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述溶剂为分析乙醇、去离子水、聚乙二醇、异丙醇、甘戊醇、二甲苯或丙酮中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述H₂PtCl₆溶液与SiC的醇溶液按照质量比为10%～20%：80%～90%的比例混合。

4.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述碳化硅为β-SiC，立方结构，纯度大于99%，孔径为30～50nm，平均粒径为40～50nm，比表面积为20～150m²/g，游离硅含量小于0.2%，总氧含量小于0.60%。

5.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液浓度为0.5M或1M。

6.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述对电极催化材料浆料是通过下述质量份数的原料制备而成：

Pt-SiC复合对电极材料          0.3～0.5份；

分散剂                        8～10份；

所述分散剂为水、聚乙二醇、曲拉通100、异丙醇、甘戊醇、二甲苯、丙酮、十二烷基硫酸钠或脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或一种以上。

7.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述对电极催化层薄膜构建方法为旋涂法、喷涂法、刮涂法和丝网印刷法。

8.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述对电极催化层薄膜的厚度需通过控制喷涂时间、旋涂次数、刮涂厚度或印刷层数来控制；所述Pt-SiC对电极催化层薄膜厚度为1～5μm，喷涂时间为10～30s。

9.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铂负载碳化硅对电极的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛的气体为氮气、氢气或两者按照氮气：氢气体积比为2：1的比例混合的气体。

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