CN106463268A - 用于光伏电池的电极以及相关的制备工艺 - Google Patents

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CN106463268A CN201580019599.6A CN201580019599A CN106463268A CN 106463268 A CN106463268 A CN 106463268A CN 201580019599 A CN201580019599 A CN 201580019599A CN 106463268 A CN106463268 A CN 106463268A
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斯特凡诺·拉梅洛
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Abstract

本发明涉及电极，所述电极包括导电材料并且特征为以下事实：包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使外表面的剩余部分是自由的，所述颗粒特征在于，其包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。

Description

用于光伏电池的电极以及相关的制备工艺
描述
本发明涉及用于光伏电池的电极以及用于制备所述电极的工艺。
特别地，本发明涉及包含贵金属例如选自Pt、Pd或Au的金属的用于光伏电池的电极。
所述电极可以在DSSC型光伏电池(“染料敏化太阳能电池”)中被用作阴极，在性能方面给出超过可以用已知的阴极获得的结果的清楚的改进。
在本专利申请中，在文件中指示的所有操作条件应当被理解为优选的条件，即使在没有被明确地陈述的情况下。
为了本讨论的目的，术语“包括(comprise)”或“包含(include)”还包括术语“在于(consist in)”或“大体上由……组成”。
为了本讨论的目的，范围的界定一直是包含端值的，除非另外具体说明。
对于能量的逐渐增长的需求正在驱动研究朝向调查提供常规的来源的替代选择的新的来源。特别地，具有逐渐增长的重要性的主题是利用新的光伏技术将太阳能转化成电。硅光伏电池正在朝向第二代技术(薄层、辐射的聚焦)进展；在所有情况下，此类技术仍是昂贵的，并且第二代技术当前不是特别地有效的。特别是在过去十年中，对于有效的可选择的技术的研究已经导致被称为第三代光伏电池的开发：此定义覆盖基于其他半导体例如金属硒化物和金属碲化物的光伏电池、以及还有特别地所谓的有机光伏电池例如被称为电池(染料敏化太阳能电池、或DSSC)的光伏电池两者。DSSC通过光电化学类型的机制操作。光的吸收和电荷分离(电子和空穴)分开地发生。从电子转移的观点来看，第一阶段通过使染料(光敏剂)的层与沉积在透明导电玻璃上的二氧化钛(半导体)的纳米大小的颗粒的表面相互作用来引起。当光敏剂吸收辐射时，其产生激发态和电荷转移，并且羧基的存在允许激发的电子被转移至二氧化钛的导带，二氧化钛的导带将激发的电子运输至电极(导电玻璃)。同时，正电荷(空穴)从光敏剂被转移至电解质介体(electrolyte mediator)，电解质介体将正电荷运输至对电极。
此种类的电池由于低成本是有前景的，这由其简单的制造和高水平的效率造成，效率目前达到约11％(相对于整个太阳能光谱)。理想地，通过光敏剂的吸收应当尽可能与太阳能发射的光谱一致；在此上下文中，已经存在借助于高级量子力学计算合理地说明性质和行为的各种过渡金属络合物和有机染料的研究。
DSSC装置的对电极必须具有良好的电催化性质(Dye Sensitized Solar Cells,K.Kalyanasundram编辑,EPFL Press,CRCC Press发行,2010,第30页和第235页)。所述对电极通常由铂制成(Photoelectrochemical Cells/Dye-Sensitized Cells,K.R.Millington,Encyclopedia of Electrochemical Power Sources,2009,4,第10-21页)。
如从文献中已知，Pt颗粒的尺寸和分布(形态学)密切相关并且可以确定电极的性能。
An Iodine/Triiodide Reduction Electrocatalyst for Aqueous and OrganicMedia,M.等人,J.Electrochem.Soc.,第144卷，第3期，第876-884页，1997，描述约5nm的Pt的纳米颗粒，所述纳米颗粒从溶解在异丙醇中的H2PtCl6在385℃的温度下的热分解获得；这些颗粒证明是给出在所述出版物中描述的性能中的最好的性能的颗粒，这部分地归因于阴极的透明度，阴极的透明度归因于使用的最小量的Pt。
Electrodeposited Pt for cost-efficient and flexible dye-sensitizedsolar cells,S.S.Kim等人,Electrochimica Acta,2006,51,3814-3819比较具有阴极的两种装置的极端不同的性能，阴极的特征是，沉积的Pt的非常不同的形态学：在第一电极的情况下，在使用脉冲电沉积的情况下，观察到形成具有低于40nm的尺寸并且包括3nm的颗粒的纳米簇，相比之下，在直接电沉积在第二电极上的情况下，观察到形成大的团聚物，直径约500nm。第一电极的性能证明明显地优于第二电极的性能。
在电催化的情形下，已经报道的是，Pt的前体在多元醇特别是乙二醇中的分解产生Pt颗粒的尺寸(低于5nm)和基底的覆盖两者的均匀分布(Preparation andCharacterization of Multiwalled Carbon Nanotube-Supported Platinum forCathode Catalysts of Direct Methanol Fuel Cells,W.Li等人,J.Phys.Chem.B,2003,107,26,第6292–6299页)。在此情况下，分解在远低于乙二醇的沸点(197℃)的140℃的温度下发生。特别地，成核的过程相对于生长的过程是有利的，其结果是，颗粒的团聚被示出被最小化(Surface-modified carbons as platinum catalyst support for PEM fuelcells,A.Guhaa等人,Carbon,第45卷,第7期,2007年6月,1506-1517)。
以此方式制备的材料呈现优越的催化性能和较长的寿命。此制备方法通称为“多元醇工艺(polyol process)”(Structural Features and Catalytic Properties of Pt/CeO2Catalysts Prepared by Modified Reduction-Deposition Techniques,X.Tang等人,Catalysis Letters,第97卷,第3-4期,163-169；Dye Sensitized Solar Cells,K.Kalyanasundram编辑,EPFL Press,CRCC Press发行,2010,第31页)。
使用极其小量的Pt用于制备阴极的装置是已知的(Low-Cost Hydrogen-Evolution Catalysts Based on Monolayer Platinum on Tungsten MonocarbideSubstrates,D.V.Esposito等人,Ang.Chem.Int.Ed.,2010,49,9859-9862；Minimizing theUse of Platinum in Hydrogen-Evolving Electrodes,I.E.L.Stephens和I.Chokendorff,Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,1476-1477；Pt/Mesoporous CarbonCounter Electrode with a Low Pt Loading for High-Efficient Dye-SensitizedSolar Cells,G.Wang等人,International Journal of Photoenergy,第2010卷,文章ID389182,7页,2010.doi:10.1155/2010/389182)。形成此研究系列的部分的许多研究描述为了从电极获得良好的性能，沉积的Pt的形态学必须如何被精确地控制(Synthesis ofMonodisperse Pt Nanocubes and Their Enhanced Catalysis for Oxygen Reduction,C.Wang等人,J.Am.Chem.Soc.2007,129,6974-6975；Imaging Structure SensitiveCatalysis on Different Shape-Controlled Platinum Nanoparticles,C.M.Sanchez-Sanchez等人,J.Am.Chem.Soc.2010,132,5622-5624；A General Approach to the Size-and Shape-Controlled Synthesis of Platinum Nanoparticles and their CatalyticReduction of Oxygen,C.Wang等人,Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,3588-3591)。
允许最优的电极被获得的各种产品是可商购的。Platisol T糊剂(Platisol Tpaste)(Solaronix,http://www.solaronix.com)包含溶解在异丙醇中的Pt的化学前体并且借助于丝网印刷术被使用。在实验室中非常常见的另一种材料是PT1糊剂(PT1paste)，即意图用于相同用途的基于油的产品(Dyesol,http://www.dyesol.com)。从此制造商还可商购的是具有带有沉积的Pt的导电支撑体的玻璃，例如玻璃“Pt涂覆的测试玻璃板(Pt-Coated Test Glass Plates)”(Dyesol,http://www.dyesol.com)。
本发明的目的是提出新的电极，该电极在光伏电池中是可用的并且在可商购的装置方面和在现有技术中被公开的已知的装置方面两者均具有改进的效率。
本申请人因此已经制备新的电极，其特征是，完全新颖的形态学并且可以用于光伏电池以改进效率。
所述新的电极包括导电材料并且特征为以下事实，包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使外表面的剩余部分是自由的，并且包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。
金属通过也在本文件中描述的且要求保护的创新的工艺被沉积在导电材料上。
此类电极可以用于光伏电池，这特别地由于颗粒的交联层的新的形态学，提供将所述电池的效率改进了按绝对值计算多达2％的技术优点。
本发明的其他目的和优点从以下的描述和附图将变得清楚，附图仅通过实例的方式被提供并且不是限制性的。
图1是根据实施例1制备的样品的SEM图像。
图2是根据实施例2制备的样品的SEM图像。
图3是根据实施例3制备的样品的SEM图像。
图4是根据实施例4制备的样品的SEM图像。
图5是根据实施例5制备的样品的SEM图像。
图6是根据比较实施例6制备的样品的SEM图像。
图7是根据比较实施例7制备的样品的SEM图像。
图8是根据比较实施例8制备的样品的SEM图像。
详述
本发明的主题是新的电极，所述新的电极包括导电材料并且特征为以下事实，包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使外表面的剩余部分是自由的，所述颗粒包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。
多孔交联层的形态学证明是完全新的并且特征是，导电材料的均匀覆盖。
组成交联层的颗粒可以具有不规则的多面体形状，但还可以具有弯曲的外表面。所述颗粒通过颗粒的外表面的至少一部分被融合在颗粒之间，但示出互相离散。颗粒不完全地被融合在颗粒之间，使得产生均匀的聚集体，如可以从图1-5中的实施例看到的，这些图仅通过实例的方式来提供并且不是限制性的。颗粒部分地融合在颗粒之间，使得颗粒形成离散的主体，该离散的主体仅通过颗粒的外表面的一部分来连接，而其他部分是自由的。
事实上，在图1-5中，多孔交联层包括不规则形状的颗粒，所述不规则形状的颗粒通过颗粒的外表面的至少一部分融合在颗粒之间，使得颗粒形成三维多孔结构。这样的颗粒因此不是形成聚集体的分离的元件，而是融合在颗粒之间同时使颗粒的外表面的部分自由的主体。
优选地，在作为本发明的主题的电极中形成交联层的金属颗粒具有大于80nm的平均直径，并且更优选地其具有在80nm和190nm之间的平均直径，此平均直径通过如在文献(Bandarenka等人:Comparative study of initial stages of copper immersiondeposition on bulk and porous silicon.Nanoscale Research Letters 2013 8:85.doi:10.1186/1556-276X-8-85)中描述的扫描电子显微镜(SEM)来确定。
颗粒的平均直径通过比较呈不规则球体形状的颗粒并且采取最大直径来计算。可以在本发明中使用的导电材料可以选自具有导电涂层的玻璃、基于塑料聚合物的复合材料或金属箔。
导电玻璃是其中玻璃覆盖有导电氧化物的结构。
优选地，所使用的导电玻璃是TCO导电玻璃(透明导电氧化物玻璃)。TCO玻璃的要求是在氧化物层中的低电阻并且对在可见/NIR范围内的太阳能辐射的高透明度。对于氧化物的层，可以使用被铟掺杂的氧化锡(氧化铟锡，ITO)以及被氟掺杂的氧化锡(FTO)。本发明优选的TCO玻璃是FTO。
优选地，基于塑料聚合物的复合材料是覆盖有ITO的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET/ITO)。
在此种类的导电材料的优点中，主要的优点是减小的重量、柔性以及易于按比例放大至工业工艺，例如卷到卷印刷(roll-to-roll printing)。
金属箔可以优选地是钛、铝或不锈钢。金属箔具有与基于聚合物的材料相同的优点。
从用于将Pt沉积在FTO导电玻璃上的现有技术中已知的工艺提供以下步骤：
i.将Pt的前体溶解在有机溶剂中以形成溶液；
ii.将在步骤(i)形成的溶液连续地沉积到FTO上以形成基底；
iii.将所述基底加热至约500℃。
相比之下，为了制备本文件中描述的和要求保护的电极，必须在步骤中遵循不同的顺序。
因此，本发明的另外的主题是用于制备本文件中描述的和要求保护的电极的新的工艺，所述工艺包括以下步骤：
a.将包含一种或更多种金属的前体溶解在有机溶剂中以形成溶液，所述一种或更多种金属选自铂、钯、金及其混合物；
b.将导电材料加热至至少250℃、优选地在350℃和550℃之间的稳定的温度；
c.通过喷雾技术，将在步骤(a)形成的包含前体的溶液沉积在加热的导电材料上。
许多有机溶剂适合于溶解用于产生形成本发明的主题的电极的金属的前体。基本点是选择其中金属的前体是可溶的且因此其中没有颗粒保持在悬浮液中的有机溶剂。优选的有机溶剂选自：乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃、甲苯、二乙基醚、己烷、庚烷、环丁砜、甘油、丙酮、乙醇、二氯甲烷、四氯乙烷、乙酸、或水。
优选的溶剂是水与有机溶剂的混合物，或有机溶剂的混合物。更优选的溶剂是水与选自以下的溶剂中的一种的混合物：乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃、甲苯、二乙基醚、己烷、庚烷、环丁砜、甘油、丙酮、乙醇、二氯甲烷、四氯乙烷、乙酸。
在步骤(a)中形成的包含金属的前体的溶液通过喷雾技术喷雾至加热的导电材料上。用于喷雾在步骤(a)获得的溶液的设备可以是喷嘴或喷雾枪。在这些情况下，所使用的术语是“喷雾热解(spray pyrolysis)”工艺，其中热解随着导电材料的加热而发生。喷雾枪的操作原理是载气(氮气)在喷嘴内部产生负压，并且这通过吸力将溶液抽吸至出口。
仅仅通过实例的方式，适合于本发明的目的的包含金属的前体选自：Pt(acac)2、Pt(NH3)(NO3)2、Pd(acac)2、H2PtCl6、H2PdCl4、HAuCl4，并且在这些最后的情况下，作为它们与抗衡离子例如叔丁基铵或其他的季铵阳离子的盐，例如(NH4)2(PtCl6)和NBu4(AuCl4)，以及其他。
颗粒的平均直径可以通过改变前体的浓度、通过改变金属的浓度和喷雾操作的数目来优化，前体的浓度可以按重量计在0.1％和20％之间，优选地按重量计在0.3％和10％之间变化，喷雾操作的数目在5和40之间，优选地在5和25之间。
前体的浓度和喷雾操作的数目越大，颗粒的平均直径越大。
为了加热导电材料，可以使用能够加热至550℃-600℃的加热板。
由于用于制备本专利申请中描述的和要求保护的电极的新的工艺，可能的是，获得对于大量方式给出惊人结果的新的形态学。
用于制备的所述工艺并且特别地喷雾热解工艺，给出金属、或精确地说多孔交联层的显著不均匀的分布，并且此分布特征是，具有大于80nm的平均直径的金属的颗粒的宽分布，所述分布通过SEM在以下温度下确定，在该温度下，在热分解的常规程序中获得具有明显较低平均直径(小于30nm)的颗粒。
结果还以另外的方式是惊人的，因为相比于现有技术的教导，所获得的电池的性能是明显优越的，如通过给出的实施例和比较实施例所图示的，即使颗粒的尺寸比通过现有技术鉴定为最佳的尺寸(约5nm)大几乎两个数量级。
M.等人,J.Electrochem.Soc.,第144卷，第3期，第876-884页，1997，描述约5nm的Pt的纳米颗粒，所述Pt的纳米颗粒从溶解在异丙醇中的H2PtCl6在385℃的温度下进行的热分解获得；这些颗粒证明是给出在所述出版物中描述的性能中最好的性能的颗粒。此外，还惊人的是，这样的性能在高度不规则的形态学下是较好的，其中颗粒被示出融合在一起，其中文献全体一致地推荐使用特征为以下的电极：用于在支撑体上形成均匀分布的分离很好的颗粒的分布。
惊人地，使用喷雾热解工艺允许使用在常规工艺中不能被使用的较大数目的金属前体和溶剂，因为在某些情况下，在FTO支撑体上不存在金属(例如铂)的沉积可能被观察到(如下文在实验部分中详细描述的)。
除了效率(η)之外，开路电压(Voc)和短路电流(Jsc)两者均增大。
本发明的另外的主题是包括在本文件中描述的和要求保护的电极的光伏电池。
优选地，光伏电池是有机的，并且更优选地，光伏电池是例如被称为染料敏化太阳能电池(DSSC)的光伏电池。
本发明的另外的主题是光伏电池，优选地DSSC型的光伏电池，除了在本文件中描述的和要求保护的电极之外，所述DSSC型的光伏电池还包括光敏化染料可以被接枝到其上的半导体电极以及包含氧化还原对的电解质。
所有已知的半导体电极、染料、电解质以及氧化还原对可以用于形成本发明的主题的光伏电池并且特别地DSSC型光伏电池。特别地，作为半导体电极，可以使用选自以下的化合物：TiO2、ZnO、CdSe、CdS，优选地TiO2。电解质可以选自对本领域技术人员熟知的电解质，包括例如在Dye Sensitized Solar Cells(K.Kalyanasundram编辑,EPFL Press,CRCCPress发行,2010,第28-29页)中描述的电解质，并且优选地包含碘的氧化还原对I2/I3 -。典型的组合物可以例如包含：在例如体积为15:85的戊腈和乙腈的混合物中的N-甲基-N-丁基咪唑鎓碘化物、碘、LiI、硫氰酸胍以及叔丁基吡啶。染料可以例如选自从现有技术中已知的染料，包括例如在Dye Sensitized Solar Cells(K.Kalyanasundram编辑,EPFL Press,CRCC Press发行,2010,第24-28页)中描述的染料。被广泛使用的染料是例如在以下类别中的染料：钌(II)的联吡啶络合物，其通常被称为N719(顺式-双(异硫氰酸)双(2,2’-联吡啶基-4,4’-二羧酸)钌(II)二叔丁基铵)和N3(顺式-双(异硫氰酸)双(2,2’-联吡啶基-4,4’-二羧酸)钌(II))；或在不含金属的有机染料的类别中的染料，这些染料对本领域技术人员是熟知的，并且在“Metal-Free Organic Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells:FromStructure:Property Relationships to Design Rules”A.Mishra,M.K.R.Fisher,P.Angew.Chem.Int.Ed.2009,第48卷,第2474-2499页中存在这些染料的良好的综述。
本发明的另外的主题是用于将太阳能转化成电的方法，所述方法使用此处描述的和要求保护的光伏电池。
最后，本发明的主题是所描述的和所要求保护的电极作为在光伏电池、优选地DSSC型的光伏电池中的阴极的用途。
实施例
下文例证描述本发明的特定实施方案的某些实施例。
实施例详细说明通过喷雾热解从在有机溶剂中的Pt和Au的前体制备的电极的制备。用于喷雾热解沉积的设备大体上包括喷雾枪或喷嘴、以及前体的热解在其中进行的加热板。加热板包括具有12X12cm的尺寸并且能够将样品加热至600℃的板。输出测量使用天平来进行，前体容器已经被放置在该天平上。所有设备借助于由操作人员操作的三个手动阀来控制。
示出的是，通过喷雾热解的沉积产生在本专利申请中被描述为多孔交联层的特定的形态学。颗粒的直径通过如在文献(Bandarenka等人:Comparative study of initialstages of copper immersion deposition on bulk and porous silicon.NanoscaleResearch Letters 2013 8:85.doi:10.1186/1556-276X-8-85)中描述的扫描电子显微镜(SEM)来确定。实施例比较合适地制备的阴极的性能。
为了清楚的目的，应当提及，比较指的是在相同实验室中制备的电极，并且不与在文献中报道的最大效率值作比较，因为如从现有技术中已知的，绝对值的显著变化从一个实验室至另一个实验室存在，而电极之间的这些比较是高度明显的。
实施例1
将Pt从Pt(acac)2在丙酮中的1.24％w/w溶液沉积至FTO导电材料(2X2cm)上。将加热板的温度设定至560℃，使得固定至板的导电材料的温度达到450℃的稳定的值，该温度使用与导电材料接触的热电偶测量。以下程序被用于在导电材料上进行15次喷雾操作：喷雾10秒，在两个连续的喷雾操作之间热处理3分钟。将喷雾枪输出保持在约0.181g/秒。被沉积的样品的SEM图像在图1中示出。FTO层被完全覆盖。颗粒的尺寸＝190(2)nm(对于此测量的在括号中的数字指示，值是190+/-2)。
实施例2
将Pt从Pt(acac)2在丙酮中的0.62％w/w溶液沉积至FTO导电材料(2X2cm)上。将加热板的温度设定至560℃，使得固定至板的导电材料的温度达到450℃的稳定的值，该温度使用与导电材料接触的热电偶测量。以下程序被用于在导电材料上进行10次喷雾操作：喷雾10秒，在两个连续的喷雾操作之间热处理3分钟。将喷雾枪输出保持在约0.190g/秒。被沉积的样品的SEM图像在图2中示出。FTO层被完全覆盖。颗粒的尺寸＝80(1)nm(对于此测量的括号中的数字指示，值是80+/-1)。
实施例3
将Pt从Pt(NH3)4(NO3)2在50/50v/v的丙酮/水混合物中的2.3％w/w溶液沉积至FTO导电材料(2X2cm)上。使加热板的温度达到560℃，使得固定至板的导电材料达到450℃的温度。以下程序被用于在导电材料上进行15次喷雾操作：喷雾10秒，在两个连续的喷雾操作之间热处理3分钟。将喷雾枪输出保持在约0.187g/秒。被沉积的样品的SEM图像在图3中示出。FTO层被完全覆盖。颗粒的尺寸＝120(2)nm(对于此测量的括号中的数字指示，值是120+/-2)。
实施例4
将Pt从Pt(NH3)4(NO3)2在50/50v/v的丙酮/水混合物中的1.2％w/w溶液沉积至FTO导电材料(2X2cm)上。将加热板的温度设定至560℃，使得固定至板的导电材料的温度达到450℃的稳定的值，该温度使用与导电材料接触的热电偶测量。以下程序被用于在导电材料上进行18次喷雾操作：喷雾10秒，在两个连续的喷雾操作之间热处理3分钟。将喷雾枪输出保持在约0.187g/秒。被沉积的样品的SEM图像在图4中示出。FTO层被完全覆盖。颗粒的尺寸＝100(1)nm(对于此测量的括号中的数字指示，值是100+/-1)。
实施例5
将Au从NBu4(AuCl4)(根据Chi-Ming Che,Raymond Wai-Yin Sun,Wing-Yiu Yu,Chi-Bun K,Nianyong Zhu和Hongzhe Sun,Chem.Commun.,2003,1718-1719,DOI:10.1039/B303294A制备)在5/95v/v的水/乙腈混合物中的5％w/w溶液沉积至FTO导电材料(2X2cm)上。将加热板的温度设定至560℃，使得固定至板的导电材料的温度达到450℃的稳定的值，该温度使用与导电材料接触的热电偶测量。以下程序被用于在导电材料上进行15次喷雾操作：喷雾10秒，在两个连续的喷雾操作之间热处理3分钟。将喷雾枪输出保持在约0.187g/秒。被沉积的样品的SEM图像在图5中示出。FTO层被完全覆盖。颗粒的尺寸＝80(1)nm(对于此测量的括号中的数字指示，值是80+/-1)。
比较实施例6
使用由FTO导电玻璃(TEC15)形成的Dyesol的商购样品(Pt-涂覆的测试电池玻璃板)，将从热分解获得的Pt沉积至所述FTO导电玻璃(TEC15)的表面上(http://www.dyesol.com/download/Catalogue.pdf)。
图6示出沉积的样品的SEM图像。FTO层仅被部分地覆盖。样品呈现包括具有8-10nm的尺寸的Pt的颗粒的形态学，所述Pt的颗粒部分地根据形态学修饰导电材料。看到的是，Pt的沉积是稀疏的并且大部分不均匀。
比较实施例7
制备按重量计2％的H2PtCl6·6H2O在H2O中的溶液。将溶液沉积在具有掩蔽区的导电FTO玻璃(FTO玻璃25cm X 25cm TEC 8 2.3mm)上，并且将载片在92℃下放在烘箱中持续20小时。掩蔽被脱离，载片被清洁掉来自胶带的任何残余的胶并且烘烤在马弗炉中进行，其中升高的梯度在3小时之后在400℃下结束，并且然后将温度保持在400℃下持续1小时。图7示出被沉积的样品的SEM图像。FTO层仅被部分地覆盖。样品呈现包括纳米聚集体的层的形态学，所述纳米聚集体由8-10nm的Pt的颗粒形成，尺寸上变化但<100nm，所述层不是致密的并且呈现遵循并且修饰样品的导电材料的半胶状形态学：此层不均匀地覆盖导电材料(FTO)，留下不规则形状和亚微米尺寸的空穴。
比较实施例8
制备H2PtCl6·6H2O在异丙醇中的按重量计2％的溶液。将溶液沉积在具有掩蔽区的玻璃上，并且将载片在100℃下放在烘箱中持续约20小时。掩蔽被脱离，载片被清洁掉来自胶带的任何残余的胶并且烘烤在马弗炉中进行，其中升高的梯度在3小时之后在400℃下结束，并且然后在400℃下持续1小时。图示出被沉积的样品的SEM图像。FTO层被多个层完全覆盖。
比较实施例9
制备按重量计2％的Pt(acac)2在丙酮中的溶液。将溶液沉积在具有掩蔽区的玻璃上，并且将载片在100℃下放在烘箱中持续约20小时。掩蔽被脱离，载片被清洁掉来自胶带的任何残余的胶并且烘烤在马弗炉中进行，其中升高的梯度在3小时之后在400℃下结束，并且然后在400℃下持续1小时。FTO层不被在制备期间没有沉积的Pt覆盖。
实施例10
将根据实施例1制备的电极在DSSC电池中测试，基于TiO2的电极用作光阳极(photoanode)。基于TiO2的电极通过将包含具有20nm的尺寸的TiO2的颗粒的胶体糊剂(TiO2DSL 18NR-T糊剂-Dyesol-http://www.dyesol.com/download/MatPaste.pdf)铺展(通过刮刀技术)至先前用水和乙醇洗涤的导电FTO玻璃(si-Hartford Glass Co.,TEC 8,具有2.3mm的厚度和6-9Ω/cm2的电阻)上来制备。在初始干燥工艺在125℃下持续15分钟之后，将样品煅烧持续30分钟至500℃。在煅烧之后，将覆盖有TiO2的层的玻璃冷却至室温并且浸没在以N719作为染料的二氯甲烷(CH2Cl2)[5x 10-4M]的溶液中，在室温(25℃)下持续24小时。然后，将玻璃用乙醇洗涤并且在室温(25℃)下在N2的流下干燥。将Surlyn 50微米厚的垫片(TPS 065093-50-Dyesol-http://www.dyesol.com/index.php？element＝MattSealants)用于密封光阳极和根据实施例1制备的阴极，并且然后将电池用以下组合物的电解质溶液填充：在戊腈和乙腈按体积计15:85的混合物中的N-甲基-N-丁基咪唑鎓碘化物(0.6M)、碘(0.04M)、LiI(0.025M)、硫氰酸胍(0.05M)以及叔丁基吡啶(0.28M)。通过显微照相术计算的电池的有效面积(active area)被测量为0.1435cm2。光伏电池的性能使用装配有300W氙光源的太阳模拟器(Abet2000)来测量，并且光的强度使用硅校准标准(“VLSI标准”SRC-1000-RTD-KG5)来调节；性能通过使用“Keithley 2602A”(3A DC,10A脉冲)数字源表、将电压应用至电池并且测量所产生的光电流来测量。获得的结果在下文被指示：
η＝6.6％
FF＝72.4％
Voc＝722mV
Jsc＝12.62mA/cm2
实施例11
根据在实施例10下的描述的DSSC型光伏电池使用与在实施例10中指示的部件相同的部件来制备，除了在实施例2中制备的铂电极之外；获得的性能在下文被指示：
η＝5.9％
FF＝71.2％
Voc＝778mV
Jsc＝10.65mA/cm2
实施例12
根据在实施例10下的描述的DSSC型光伏电池使用与在实施例10中指示的部件相同的部件来制备，除了在实施例3中制备的铂电极之外；获得的性能在下文被指示：
η＝7.5％
FF＝72.3％
Voc＝791mV
Jsc＝13.11mA/cm2
实施例13
根据在实施例10下的描述的DSSC型光伏电池使用与在实施例10中指示的部件相同的部件来制备，除了在实施例4中制备的铂电极之外；获得的性能在下文被指示：
η＝7.1％
FF＝70.3％
Voc＝782mV
Jsc＝12.94mA/cm2
比较实施例14
根据在实施例10下的描述的DSSC型光伏电池使用与在实施例10中指示的部件相同的部件来制备，除了在实施例6中制备的铂电极之外；获得的性能在下文被指示：
η＝3.1％
FF＝58.6％
Voc＝689mV
Jsc＝7.67mA/cm2
比较实施例15
根据在实施例10下的描述的DSSC型光伏电池使用与在实施例10中指示的部件相同的部件来制备，除了在实施例8中制备的铂电极之外；获得的性能在下文被指示：
η＝4.2％
FF＝61.4％
Voc＝723mV
Jsc＝9.46mA/cm2。

Claims (15)

1.电极，所述电极包括导电材料并且特征为以下事实：包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使所述外表面的剩余部分是自由的，所述颗粒特征在于，它们包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述颗粒具有大于80nm的平均直径。
3.根据权利要求2所述的电极，其中所述颗粒具有在80nm和190nm之间的平均直径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极，其中所述颗粒具有不规则的多面体形状或具有弯曲的外表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极，其中所述导电材料选自具有导电涂层的玻璃、基于塑料聚合物的复合材料或金属箔。
6.根据权利要求5所述的电极，其中具有导电涂层的所述玻璃覆盖有被铟掺杂的氧化锡或被氟掺杂的氧化锡。
7.根据权利要求5所述的电极，其中基于塑料聚合物的所述复合材料是覆盖有被铟掺杂的氧化锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
8.根据权利要求5所述的电极，其中所述金属箔选自钛、铝和不锈钢。
9.用于制备根据权利要求1至8中任一项的电极的工艺，所述工艺包括以下步骤：
a.将包含一种或更多种金属的前体溶解在有机溶剂中以形成溶液，所述一种或更多种金属选自铂、钯、金及其混合物；
b.将导电材料加热至至少250℃的稳定的温度；
c.通过喷雾技术，将在步骤(a)形成的包含所述前体的所述溶液沉积在所加热的导电材料上。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中所述导电材料被加热至在350℃和550℃之间的稳定的温度。
11.根据权利要求9或10所述的工艺，其中所述有机溶剂选自：乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃、甲苯、二乙基醚、己烷、庚烷、环丁砜、甘油、丙酮、乙醇、二氯甲烷、四氯乙烷、乙酸、或水。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的工艺，其中所述前体选自：Pt(acac)2、Pt(NH3)(NO3)2、Pd(acac)2、H2PtCl6、H2PdCl4、HAuCl4，并且在后三种化合物的情况下，作为它们与抗衡离子例如叔丁基铵或其他季铵阳离子的盐。
13.光伏电池，包括根据权利要求1至8中任一项的电极、光敏染料能够被接枝至其上的半导体电极以及包含氧化还原对的电解质。
14.根据权利要求1至8中任一项的电极作为在DSSC型光伏电池中的阴极的用途。
15.用于将太阳能转化成电的方法，所述方法使用根据权利要求13所述的光伏电池。
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