[发明专利]一种用于柔性染料敏化太阳能电池的高催化活性硫化物杂化对电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于柔性染料敏化太阳能电池的高催化活性硫化物杂化对电极及其制备方法。

背景技术

DSSCs由于低价、耗能低、制备简单和高的转换效率引起了人们的广泛关注。在传统DSSC结构体系中，DSSC对电极材料一般采用溅射和热分解制备的Pt电极，这是因为Pt材料具有高的电催化活性、高电导率以及高稳定性等优点。然而由于Pt材料为贵金属，极大的提高了DSSC的制备成本，且采用溅射和热分解制备的Pt电极的方法属于高耗能工艺，阻碍了DSSC的产业化进展。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于柔性染料敏化太阳能电池的高催化活性硫化物杂化对电极及其制备方法。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种用于柔性染料敏化太阳能电池的高催化活性硫化物杂化对电极的制备方法，包括如下步骤：（1）制备NiS/Pt/Ti杂化对电极：将钛箔在HF水溶液和NaOH水溶液中预处理；采用电化学工作站的三电极体系以钛箔为工作电极、Pt片为对电极和Pt丝为参比电极在NiCl₂和硫脲的混合水溶液中进行电沉积得到NiS/Ti对电极；将制备的NiS/Ti对电极在氯铂酸乙醇溶液中电聚合得到NiS/Pt/Ti杂化对电极，将获得的NiS/Pt/Ti对电极清洗、烘干备用；（2）柔性DSSC组装：将染料敏化的柔性TiO₂/ITO/PEN阳极和NiS/Pt/Ti杂化对电极之间预留孔隙，构成“三明治”夹心结构并组装在一起，将预留的孔隙注入电解质，封装。

步骤（2）中电解质为含下述浓度物质的乙腈溶液：0.60M四正丁基碘化铵、0.10 M碘化锂、0.10 M碘单质和0.50 M 4-特丁基吡啶。

将钛箔在HF水溶液和NaOH水溶液中预处理包括如下步骤：用洗涤剂和去离子水清洗矩形长宽为2× 5 cm²的钛箔带，然后浸入0.20 mM HF的水溶液中2分钟，之后用去离子水清洗干净；将洗净的钛箔置于聚四氟乙烯反应釜内胆中，加入10.0 M NaOH溶液，再置于不锈钢外套中140℃反应2h，冷却至室温，浸入pH=2的盐酸溶液中反应12h，最后用去离子水洗至中性，再在空气中400℃烧结30min即可。

所述NiCl₂和硫脲的混合水溶液中NiCl₂的浓度为0.1M，硫脲的浓度为1M；所述氯铂酸乙醇溶液中氯铂酸浓度为0.01M。

利用上述制备方法所制得的用于柔性染料敏化太阳能电池的高催化活性硫化物杂化对电极。

本发明用电化学聚合系统两步法制备的NiS/Pt/Ti杂化对电极(CE)具有比溅射和热分解制备的Pt电极更高的电化学催化性能和更小的电化学阻抗（EIS），作为对电极应用于柔性DSSC获得比基于Pt电极组装的太阳能电池更好的光电转换效率。在100 mW·cm^?2模拟太阳光辐照下，基于NiS/Pt/Ti杂化对电极组装的柔性DSSC的光电转换效率达到7.20%，开路电压、短路电流和填充因子分别为 0.75V、14.55 mA·cm^?2和0.66。

附图说明

图1是钛箔（a）、NiS/Ti（b）和NiS/Pt/Ti对电极（c）的SEM图谱；

图2是NiS/Pt/Ti对电极的EDS图谱；

图3是Pt/Ti、NiS/Ti 和NiS/Pt/Ti 对电极在扫描速率为50 mV·s^?1的循环伏安图；

图4 NiS/Pt/Ti对电极在扫描速率为50 mV·s^?1，扫描30圈的循环伏安图(a)；循环次数与氧化还原峰电流之间的关系(b)；

图5 NiS/Pt/Ti对电极在不同扫描速率的循环伏安图(a)；不同循环伏安扫描速度与氧化还原峰电流之间的关系(b)；

图6 Pt/Ti、NiS/Ti 和 NiS/Pt/Ti 对电极的电化学阻抗图谱和等效电路图；

图7不同对电极组装的柔性DSSC在标准模拟太阳光照射下的电流-电压曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实验仪器及药品