專利名稱：一種柔性載鉑對(duì)電極及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性載鉬對(duì)電極及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
載鉬對(duì)電極由于其優(yōu)異的催化活性和導(dǎo)電性能在諸如染料敏化太陽(yáng)能電池、燃料電池、光催化等很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前制備載鉬電極的方法有很多種。高溫?zé)岱纸夥ㄊ侵苽涓咝阅茌d鉬對(duì)電極最有效的方法之一。但這種方法需要高溫?zé)Y(jié)，因而無(wú)法用在以導(dǎo)電高分子為基底的載鉬對(duì)電極的制備上。磁控濺射和真空蒸鍍法可在低溫條件下制備出高性能的載鉬對(duì)電極，能應(yīng)用于柔性對(duì)電極的制備，但這種制備方法需要昂貴的設(shè)備和苛刻的制備條件，同時(shí)制備出的對(duì)電極的載鉬量很高，這就大幅度地增加了電極的制備成本。電化學(xué)還原和電泳沉積也可以在低溫條件下制備載鉬對(duì)電極，但這些方法制備的載鉬對(duì)電極的穩(wěn)定性不好而且重復(fù)性差?；瘜W(xué)還原法也是常采用的一種低溫制備載鉬對(duì)電極的方法，但這種方法制備出的對(duì)電極性能不佳，而且機(jī)械強(qiáng)度不好，不利于電極的長(zhǎng)期使用。實(shí)現(xiàn)器件諸如染料敏化太陽(yáng)能電池的柔性化，柔性對(duì)電極的制備是其中一個(gè)重要的步驟，尋求低溫制備高性能載鉬對(duì)電極的方法成為近期研究的核心問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、可實(shí)現(xiàn)低溫制備的柔性載鉬對(duì)電極的方法。該方法制備出的載鉬對(duì)電極具有載鉬量低、催化活性高、重復(fù)性好、鉬顆粒附著強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所提供的柔性載鉬對(duì)電極是按照包括下述步驟的方法制備的得到的1)將柔性基底上制備TiA層，得到TiA層修飾的柔性基底；2)以鉬鹽為前驅(qū)體，溶解所述鉬鹽的醇溶劑為空穴捕獲劑，在室溫下采用紫外光原位還原法在所述TW2層上沉積鉬，得到柔性載鉬對(duì)電極。本發(fā)明步驟1)中所述柔性基底為柔性導(dǎo)電高分子薄膜或金屬片。所述柔性導(dǎo)電高分子薄膜的厚度可為ΙΟΟμπι 500μπι，表面方塊電阻可為 8Ω / □ 100 Ω / 口 ；所述金屬片的厚度可為ΙΟΟμπι 1000 μ m。上述柔性導(dǎo)電高分子薄膜具體由聚合物薄膜及其上的透明氧化物導(dǎo)電層構(gòu)成；所述聚合物薄膜包括但不局限于由下述任意一種聚合物組成聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚 (萘二甲酸乙二醇酯)或聚酰亞胺，所述透明氧化物導(dǎo)電層包括但不局限于由下述任意一種物質(zhì)組成摻雜的氧化錫、摻雜的氧化銦和摻雜的氧化鋅。所述柔性導(dǎo)電高分子薄膜具體可為ΙΤ0/ΡΕΤ薄膜(鍍錫摻雜氧化銦導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜)或ΙΤ0/ΡΕΝ薄膜(鍍錫摻雜氧化銦導(dǎo)電層的聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜)。
上述金屬片可由下述至少一種金屬組成鈦、鎢、鉬、鉭和不銹鋼。步驟1)中所述TiO2層的厚度可為1 2000nm，具體如4 2000nm，4 70nm， 800 2000nm。在柔性基底上制備TiO2層的方法包括下述步驟將鈦醇鹽溶液或TW2膠體涂敷在柔性基底上，并進(jìn)行相應(yīng)的后處理，得到TW2層修飾的柔性基底；所述涂敷方法選自下述至少一種旋涂法(轉(zhuǎn)速為500 3000轉(zhuǎn)/分)、玻璃棒涂敷(doctor-blade法)、絲網(wǎng)印刷法和自然鋪展法。其中，所述鈦醇鹽溶液中的鈦醇鹽包括但不局限于鈦酸四丁酯或鈦酸異丙酯；所述鈦醇鹽溶液中鈦醇鹽的濃度為ImM IOOOmM ；所述鈦醇鹽溶液中的溶劑可為異丙醇和正丁醇按照體積比0 10 10 0組成的溶劑。 制備所述TiA膠體所用的二氧化鈦的粒徑可為Inm 500nm，所述二氧化鈦膠體中二氧化鈦的質(zhì)量含量為0. 20% ；二氧化鈦膠體的分散相包括但不局限于水、乙醇、 異丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇等或其混合溶液。當(dāng)在柔性基底上涂敷鈦醇鹽溶液時(shí)，所述后處理的方法為將涂布鈦醇鹽溶液后的基底在100°c的烘箱中干烘30分鐘，再在100°c的蒸餾水中煮1 4小時(shí)，然后在100°C 的烘箱中干烘30分鐘；當(dāng)在柔性基底上涂敷TiA膠體時(shí)，所述后處理的方法為將涂布TiA膠體后的基底在100°c的烘箱中干烘1-4小時(shí)。本發(fā)明步驟2)中在所述TW2層上沉積鉬的方法包括下述步驟將TW2層修飾的柔性基底置于放有鉬鹽的醇溶液的反應(yīng)容器中，并浸于所述鉬鹽的醇溶液中，在紫外燈照射下反應(yīng)0. 5 2小時(shí)，得到柔性載鉬對(duì)電極。其中，所述紫外燈的功率為100W 1000W，所述紫外燈所產(chǎn)生的紫外光的波長(zhǎng)范圍為320 400nm ；所述紫外燈與反應(yīng)容器的距離為5 50cm ；所述鉬鹽的醇溶液中鉬鹽的濃度為0. ImM IOmM ；所述鉬鹽包括但不局限于氯鉬酸(H2PtCl6 · 6H20)；所述溶解鉬的醇溶劑選自下述至少一種甲醇、乙醇、異丙醇和乙二醇。上述沉積鉬的方法還包括將得到的柔性載鉬對(duì)電極用蒸餾水沖洗，然后置于 50 100°C烘箱中放置1 6小時(shí)的步驟。以上述方法制備得到的柔性載鉬對(duì)電極也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供柔性載鉬對(duì)電極的應(yīng)用。 本發(fā)明的柔性載鉬電極可作為對(duì)電極用于制備染料敏化太陽(yáng)能電池。以本發(fā)明的柔性載鉬電極作為對(duì)電極制備的染料敏化太陽(yáng)能電池也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所提供的柔性載鉬對(duì)電極及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、用TiO2修飾基底可實(shí)現(xiàn)基底的功能化，利用TW2的特殊功能在紫外光催化輔助醇類還原鉬離子的作用下可在經(jīng)TiO2修飾的基底上制備出高性能的載鉬對(duì)電極，而且操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低。2、用該方法制備出的載鉬對(duì)電極具有高的催化活性，其應(yīng)用在DSSC(染料敏化太陽(yáng)能電池)時(shí)展現(xiàn)出高的性能，使得所制備的電池具有高的光電轉(zhuǎn)化性能。
3、用該方法可制備出載鉬對(duì)電極的透光率在很大的范圍內(nèi)可調(diào)，可用于對(duì)透光率要求不同的應(yīng)用環(huán)境。4、該方法制備的對(duì)電極的鉬顆粒以高的強(qiáng)度附著在基底上，從而保證了所制備的對(duì)電極具有高的機(jī)械穩(wěn)定性和長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。5、該方法制備的柔性載鉬對(duì)電極可任意的卷曲，剪切，而且質(zhì)量輕。將該方法制備的載鉬對(duì)電極應(yīng)用于柔性染料敏化太陽(yáng)能電池中可使電池的光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)8%以上。 50°C加速老化1000小時(shí)電池仍能保持原有的90%以上的光電轉(zhuǎn)化效率。


圖1為實(shí)施例7制備的全柔性染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能曲線。圖2為實(shí)施例7所制備的載鉬電極的電化學(xué)阻抗譜。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑獲得。下述實(shí)施例中如無(wú)特別指明溫度，均代表室溫。下述實(shí)施例中，采用電化學(xué)阻抗測(cè)量的方法在電解液(該電解液為碘化鋰、碘、 4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為 0.5M、0.02M*0.5M)中表征所制備的載鉬電極的催化活性。如圖2所示，圖中靠左邊的半圓的半徑顯示載鉬電極的催化活性，用R。t表示；R。t值越小代表載鉬電極的催化活性越高。實(shí)施例1 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 300 μ m，透光率為75%，表面方塊電阻為15 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其四周固定在旋涂?jī)x上；c.將ImM的鈦酸四丁酯的異丙醇/正丁醇溶液(異丙醇/正丁醇體積比為1 1) 旋涂在導(dǎo)電基底上，旋轉(zhuǎn)速度為500轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為20S ；d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 1小時(shí)，然后在100°c的烘箱中干烘30分鐘，得到TiO2修飾的基底，其中TiO2層的厚度約為 4nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量異丙醇中配置成濃度為1. OmM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為10cm，高壓汞燈功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入60°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為5. 20 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例2 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΤ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 200 μ m，透光率為70%，表面方塊電阻為60 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其四周固定在旋涂?jī)x上；c.將IOOOmM的鈦酸四丁酯的異丙醇/正丁醇溶液(異丙醇/正丁醇體積比為 9 1)旋涂在導(dǎo)電基底上，旋轉(zhuǎn)速度為1000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為30S;d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TW2修飾的基底，其中TiA層的厚度為 55nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量甲醇中配置成濃度為0. 5mM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為120分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為3. 8 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例3 制備載鉬對(duì)電極a.以鈦薄片為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為300μπι;b.將鈦片用精細(xì)砂紙(1000目)打磨至光亮，然后依次用清潔劑溶液，蒸餾水超聲清洗20分鐘，晾干后兩側(cè)用膠帶固定在水平桌面上；c.將IOOmM的鈦酸四丁酯的異丙醇/正丁醇溶液(異丙醇/正丁醇體積比為 1 1)滴加在基底上，使其自然鋪展開，在空氣中晾干；d. d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TW2修飾的基底，其中TiO2層的厚度為 20nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量異丙醇中配置成濃度為IOmM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為30cm，高壓汞燈功率為400W，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入100°C干烘1小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的電子轉(zhuǎn)移電阻(Ret)為3. 20 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。
實(shí)施例4 制備載鉬對(duì)電極a.以不銹鋼薄片為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為300μπι;b.用1000目的砂紙打磨去掉表面氧化層，然后依次用清潔劑溶液、蒸餾水超聲清洗10分鐘，晾干后固定在平板加熱器上，平板溫度70°C ；c.用玻璃棒將IOOmM的鈦酸異丙酯的異丙醇溶液涂敷在基底上，晾干；d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TW2修飾的基底，其中TiA層的厚度為 15nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量異丙醇中配置成濃度為0. ImM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為50cm，高壓汞燈功率為500W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為8. 50 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例5 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 100 μ m，透光率為80%，表面方塊電阻為30 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其四周固定在旋涂?jī)x上；c.將50mM的鈦酸四丁酯的異丙醇/正丁醇溶液(異丙醇/正丁醇體積比為5 1) 旋涂在導(dǎo)電基底上，旋轉(zhuǎn)速度為2000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為30S ；d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TW2修飾的基底，其中TiA層的厚度為 IOnm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量甲醇中配置成濃度為0. 2mM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為400W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為1. 9 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例6 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為400 μ m，透光率為80%，表面方塊電阻為50 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其四周固定在平板加熱器上，平板加熱器的溫度為70°C ；c.將IOOmM的鈦酸異丙酯的異丙醇/正丁醇溶液(異丙醇/正丁醇體積比為 1 2)自然鋪展在基底上，晾干；d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TW2修飾的基底，其中TiA層的厚度為 22nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量乙醇中配置成濃度為0. 5mM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為10cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為4. 6 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例7 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 300 μ m，透光率為80%，表面方塊電阻為15 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其四周固定在水平臺(tái)上；C.用玻璃棒將IOmM的鈦酸四丁酯的正丁醇溶液涂敷在導(dǎo)電基底上，空氣中干燥；d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TiO2修飾的基底，其中TiO2層的厚度約為 8nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量異丙醇中配置成濃度為0. 2mM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(Ret)為0.66 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。將上述制備的載鉬電極應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)中，并測(cè)所組裝的電池的光電性能。具體方法為將二氧化鈦膠體涂覆于FTO導(dǎo)電玻璃基底上(FT0為氟參雜二氧化錫)，再進(jìn)行450°C燒結(jié)得到厚度為15微米的二氧化鈦薄膜，冷卻后將其浸泡在5X10_4mol !^^(CIS-二硫氰酸基雙(N，N' -2,2'-聯(lián)吡啶_4，4' _ 二甲酸)釕染料的無(wú)水乙醇溶液中，吸附M小時(shí)；之后將電極取出用無(wú)水乙醇沖洗干凈，晾干后作為工作電極；將所制備的光陽(yáng)極，成分為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶溶于三甲氧基丙腈中得到的電解液(其中碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M)和所制備的載鉬對(duì)電極封裝成三明治結(jié)構(gòu)的電池并用電化學(xué)工作站(Model 273，EG&G)在室溫條件下進(jìn)行測(cè)試。采用氙燈為光源并用標(biāo)準(zhǔn)硅電池校正光強(qiáng)，光照面積為0.2cm_2。填充因子( ) 是指在I-V曲線(如圖1)中可獲得最大輸出功率的點(diǎn)上的電流電壓乘積(I0pt*V0pt)與 Isc*Voc(Isc為短路光電流，Voc為開路光電壓)之比，它體現(xiàn)電池的輸出功率隨負(fù)載的變動(dòng)特性。光電轉(zhuǎn)換效率(Π)則是Iopt*Vopt與輸入的光功率Pin之比。由圖1可知，Jsc (短路光電流密度)為15. 2mA/cm2,Voc為715mV，計(jì)算得到填充因子(ff)為0. 72，光電轉(zhuǎn)換效率(η)為 8. 02%。實(shí)施例8 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 300 μ m，透光率為80%，表面方塊電阻為15 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其四周固定在旋涂?jī)x上；c.將質(zhì)量濃度為0. 5 %的粒徑12nm的二氧化鈦正丁醇膠體旋涂在導(dǎo)電基底上，旋轉(zhuǎn)速度為2000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為20S ；d.經(jīng)c步驟處理的基底在100°C的烘箱中干烘30分鐘，再在100°C的蒸餾水中煮 2小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘，得到TW2修飾的基底，其中TiA層的厚度為 65nm ；e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量乙二醇中配置成濃度為0. 4mM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘3小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為4. 7Qcm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例9 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 300 μ m，透光率為80%，表面方塊電阻為30 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其兩邊固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上；c.用玻璃棒涂刮法將用溶膠-凝膠法制備的20%的TW2膠體涂敷在基底上，然后將其放入100°c干烘4小時(shí)，得到TiA修飾的基底，其中TiA層的厚度為2000nm ；d.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量異丙醇中配置成濃度為5mM的反應(yīng)液；
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e.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；f.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為9. 5 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例10 制備載鉬對(duì)電極a.以柔性導(dǎo)電高分子薄膜ΙΤ0/ΡΕΝ為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為 300 μ m，透光率為80%，表面方塊電阻為15 Ω / □；b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干后用膠帶將其固定在玻璃平板上；c.將一定量商品化的TW2粉末(P25，粒徑約50nm)分散在叔丁醇中配成質(zhì)量濃度5%的TiO2膠體，自然鋪展到基底上，然后將其放入100°C干烘4小時(shí)，得到TW2修飾的基底，其中TW2層的厚度為800nm ；d.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸適量異丙醇和水的混合液(異丙醇與水的比為 2 8)配置成濃度為2mM的反應(yīng)液；e.將TiO2修飾的基底(C步驟)置于反應(yīng)液(d)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，反應(yīng)液用磁力攪拌器輕緩攪拌，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為120分鐘；f.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘4小時(shí)，待用。所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為4. 2 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。實(shí)施例11 制備載鉬對(duì)電極a.以薄鉬片為基底制備載鉬對(duì)電極，基底的厚度為300μπι;b.將基底依次用清潔劑溶液、丙酮、蒸餾水超聲清洗5分鐘，晾干；c. TiO2膠體的制備采用水熱法制備粒徑約為IOnm的TW2膠體，其中TW2的質(zhì)量百分比約為2% ；d.采用浸沒(méi)-提拉法將TW2轉(zhuǎn)移到鉬片基底上，再在空氣中干燥30分鐘，然后再次浸沒(méi)-提拉，空氣中干燥后在100°c烘箱中干燥4小時(shí)，得到TW2修飾的基底，其中TiA 層的厚度為70nm;e.配置含鉬的反應(yīng)液將氯鉬酸溶于適量異丙醇中配置成濃度為1. OmM的反應(yīng)液；f.將TiO2修飾的基底(d步驟)置于反應(yīng)液(e)中，容器用聚苯乙烯透明薄膜封口，將反應(yīng)液置于高壓汞燈(提供紫外光)照射下，光源與反應(yīng)容器的的距離為20cm，高壓汞燈功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為90分鐘；
g.反應(yīng)完成后將對(duì)電極取出，用蒸餾水沖洗數(shù)次，然后放入80°C干烘6小時(shí)，待用·所制備的對(duì)電極在電解液中測(cè)得的對(duì)電極的電子轉(zhuǎn)移電阻(R。t)為4. 2 Ω cm2。所述電解液為碘化鋰、碘、4-特丁基吡啶的三甲氧基丙腈混合液，其中，碘化鋰、碘和4-特丁基吡啶的濃度分別為0. 5M、0. 02M和0. 5M。
權(quán)利要求
1.一種制備柔性載鉬對(duì)電極的方法，包括下述步驟1)將柔性基底上制備TiA層，得到TiA層修飾的柔性基底；2)以鉬鹽為前驅(qū)體，溶解所述鉬鹽的醇溶劑為空穴捕獲劑，在室溫下采用紫外光原位還原法在所述TW2層上沉積鉬，得到柔性載鉬對(duì)電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)中所述柔性基底為柔性導(dǎo)電高分子薄膜或金屬片；所述柔性導(dǎo)電高分子薄膜的厚度為100 μ m 500 μ m，表面方塊電阻為 8Ω/ □ 100 Ω / 口 ；所述金屬片的厚度為ΙΟΟμπι ΙΟΟΟμπι ；所述柔性導(dǎo)電高分子薄膜由聚合物薄膜及其上的透明氧化物導(dǎo)電層構(gòu)成；所述聚合物薄膜優(yōu)選由下述任意一種聚合物組成聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)或聚酰亞胺，所述透明氧化物導(dǎo)電層優(yōu)選由下述任意一種物質(zhì)組成摻雜的氧化錫、摻雜的氧化銦和摻雜的氧化鋅；所述柔性導(dǎo)電高分子薄膜優(yōu)選為鍍錫摻雜氧化銦導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜或鍍錫摻雜氧化銦導(dǎo)電層的聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜；所述金屬片由下述至少一種金屬組成鈦、鎢、鉬、鉭和不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟1)中所述TiO2層的厚度為1 2000nm ；步驟1)中所述在柔性基底上制備TW2層的方法包括下述步驟將鈦醇鹽溶液或TW2 膠體涂敷在柔性基底上，并進(jìn)行相應(yīng)的后處理，得到TW2層修飾的柔性基底；所述涂敷方法選自下述至少一種旋涂法、玻璃棒涂敷、絲網(wǎng)印刷法和自然鋪展法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述鈦醇鹽溶液中的鈦醇鹽為鈦酸四丁酯和/或鈦酸異丙酯；所述鈦醇鹽溶液中鈦醇鹽的濃度為IrnM IOOOmM ；所述鈦醇鹽溶液中的溶劑為異丙醇和正丁醇按照體積比0 10 10 0組成的溶劑；制備所述TiO2膠體所用的二氧化鈦的粒徑為Inm 500nm，制備所述TiO2膠體所用的分散相選自下述至少一種水、乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇和乙二醇；所述二氧化鈦膠體中二氧化鈦的質(zhì)量含量為0. 20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所述將鈦醇鹽溶液涂敷在柔性基底上，所述后處理的方法為將涂布鈦醇鹽溶液后的基底在100°c的烘箱中干烘30分鐘，再在 100°C的蒸餾水中煮1 4小時(shí)，然后在100°C的烘箱中干烘30分鐘；所述將TiA膠體涂敷在柔性基底上，所述后處理的方法為將涂布TiA膠體后的基底在100°c的烘箱中干烘1-4小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟2)中在所述TiO2層上沉積鉬的方法包括下述步驟將T^2層修飾的柔性基底置于鉬鹽的醇溶液，在紫外燈照射下反應(yīng)0. 5 2小時(shí)，得到柔性載鉬對(duì)電極；其中，所述紫外燈的功率為100W 1000W，所述紫外燈所產(chǎn)生的紫外光的波長(zhǎng)范圍為 320 400nm ；所述鉬鹽的醇溶液中鉬鹽的濃度為0. ImM IOmM ；所述鉬鹽為氯鉬酸；所述醇選自下述至少一種甲醇、乙醇、異丙醇和乙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟2)中在所述TiO2層上沉積鉬的方法還包括將得到的柔性載鉬對(duì)電極用蒸餾水沖洗，然后置于50 100°C烘箱中放置1 6小時(shí)的步驟。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述方法制備得到的柔性載鉬對(duì)電極。
9.權(quán)利要求8所述的柔性載鉬對(duì)電極在制備染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
10.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，包括對(duì)電極，其特征在于所述對(duì)電極為權(quán)利要求8所述的柔性載鉬對(duì)電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柔性載鉑對(duì)電極及其制備方法與應(yīng)用。該柔性載鉑對(duì)電極是按照包括下述步驟的方法制備得到的1)將柔性基底上制備TiO2層，得到TiO2層修飾的柔性基底；2)以鉑鹽為前驅(qū)體，溶解所述鉑鹽的醇溶劑為空穴捕獲劑，在室溫下采用紫外光原位還原法在所述TiO2層上沉積鉑，得到柔性載鉑對(duì)電極。本發(fā)明制備載鉑對(duì)電極的方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、可實(shí)現(xiàn)低溫制備。所得到的載鉑對(duì)電極具有載鉑量低、催化活性高、重復(fù)性好、鉑顆粒附著強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102509630SQ20111032906
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者傅年慶, 周曉文, 林原 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所