专利名称：染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺电极的制备方法，属于电子材料技 术领域。
背景技术：
染料敏化太阳能电池(DSSC)是新一代光电化学电池，具有成本低廉，制备简单，环境 友好等优点，具有良好的应用前景。通常这种电池由附着染料的光阳极、电解质和钼对电极 三部分组成。然而由于钼是稀有的贵金属，阻碍了染料敏化太阳能电池的大规模应用，因此 发展新一代廉价的非钼对电极是必由之路。一般而言，现在的DSSC根据光阳极和对电极的透光性，可以有正面进光和背面进 光两种进光模式。前者对应于对电极不透光而光阳极透光的情况，后者对应于对电极透光 而光阳极不透光的情况，这也是目前DSSC最常见的进光模式。如果对电极和光阳极同时透 光，那么就可以做成可以正面或者反面入光的透明太阳能电池。如图1所示。从实际应用来说，透明的染料敏化太阳能电池将具有更广泛的应用前景，尤其在 建筑整合太阳能领域，可以用其特殊的屋顶或者窗户用玻璃，在用来发电的同时也可以起 到装饰作用。除此之外也可以应用于汽车或者其他各种电子产品中作为提供能源的智能玻 璃。现在常用的钼电极基本是通过在FTO玻璃或者普通玻璃上层积的一层钼金制备的，若 要保证其高的催化性和导电性能通常要求其有一定的厚度，因而基本是非透明的。虽然可 以通过降低钼层的厚度来获得一定的透光性，但是其催化性和导电性都要大打折扣。此外 当前研究较多的碳基材料，若要获得好的导电和催化性更是要求至少微米级的厚度，因此 更难做成透明的电极。所以探寻新的高效的透明对电极也是DSSC应用领域的重要研究方 向。以聚苯胺为代表的导电聚合物具有良好的导电性、催化性、稳定性和低成本、易于 制备等优点，其在染料敏化太阳电池中的应用已经引起越来越多的关注。就目前报道的文 献来看，有三种方法已经被用来制作聚苯胺的对电极薄膜聚苯胺粉末涂覆法、电化学原位 聚合法、化学氧化原位聚合法。但到目前为止均未有见用其做透明的聚苯胺电极的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺电极的 制备方法，由该方法制的的聚苯胺对电极具有高的透光性、导电性和催化性，可以取代钼， 用于制备透明的染料敏化太阳能电池。本发明的染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺电极的制备方法，包含以下步骤
(1)配制苯胺单体和质子酸的水溶液，其中苯胺单体的浓度为0.02mol/L-0. 5mol/L, 质子酸的浓度为0. lmol/L-2mol/L ；
(2)往(1)溶液中加入氧化剂，其中氧化剂和苯胺单体的摩尔比例为0.25-4 ；
(3)将清洗干净的导电基底浸入(2)溶液中，于0-25°C下反应lh-10h，然后取出导电基 底，并用去离子水清洗；
(4)干燥导电基底和聚苯胺薄膜。
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作为一种优选，还包括在干燥之前用质子酸对聚苯胺薄膜进行再掺杂。若所用质 子酸与步骤(1)中质子酸相同，则直接用质子酸进行再掺杂；若不同，则先用氨水处理，再 用质子酸进行掺杂处理。因为本征态的聚苯胺几乎是不导电的，必须对其进行质子酸掺杂 才能获得相应的导电性能以满足各种应用需求。如果上述聚苯胺薄膜的制备过程中反应 时间较短，那么其掺杂量是不够的，所以必须进行再掺杂。抑或是要改用其他质子酸掺杂 以调控其性能，此种情况下也要进行再掺杂。具体实施为前者只需将(3)中聚苯胺薄膜浸 入0. 1-1 mol/L的同种质子酸溶液中5-12小时即可。后者先需将(3)中聚苯胺薄膜用0. 1 mol/L的氨水去掺杂，余后步骤同前。上述的质子酸可以为盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、樟脑磺酸中的一种或几种，导电基 底可以是玻璃基底或者柔性的塑料基底。上述的氧化剂可以为双氧水、过硫酸钾或过硫酸铵。本发明的有益之处在于
(1)无需特殊条件、设备，原料来源广泛，成本低廉。(2)制备方法简单，快速，重复性高，适宜于大规模生产。(3)所得的聚苯胺薄膜和基底粘附性好，具有良好的导电性，透光性和催化性能， 用其组装的电池和用钼对电极具有相当的转换效率，且具有透明性。
图1为本发明所述双面进光太阳能电池的示意图。其中1，2，3，4分别为聚苯胺透明对电极，电解质，TiO2膜，FTO玻璃。图2为本发明实例5和实例6组装成的太阳能电池和Pt对电极组成的电池的IV 性能对比图。
具体实施例方式以下通过一些具体实施方式
来更详细的说明本发明，但本发明并不限定于这些实 施例。实施例1
将25mmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的盐酸溶液中，然后再加入1. 25mmol的过硫 酸铵，待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置10小时后将FTO玻璃取出， 用去离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例2:
将IOmmol苯胺单体溶于50ml 2mol/L的盐酸溶液中，然后再加入5mmol的过硫酸铵， 待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置10小时后将FTO玻璃取出，用去 离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例3
将IOmmol苯胺单体溶于50ml 0. 5mol/L的盐酸溶液中，然后再加入IOmmol的过硫酸 铵，待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在冰水浴下静置5小时后将FTO玻璃取出， 用去离子水清洗表面然后用lmol/L的盐酸再掺杂，约4小时后取出并在120°C下烘干。实施例4:
将Immol苯胺单体溶于50ml 2mol/L的盐酸溶液中，然后再加入4mmol的过硫酸铵，待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置10小时后将FTO玻璃取出，用去离 子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例5
将IOmmol苯胺单体溶于50ml lmol/L的盐酸溶液中，然后再加入IOmmol的过硫酸铵， 待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置1小时后将FTO玻璃取出，用去离 子水清洗表面，然后将其置入lmol/L盐酸中进行再掺杂，约4小时后取出清洗并在120°C 下烘干。实施例6
将IOmmol苯胺单体溶于50ml lmol/L的盐酸溶液中，然后再加入IOmmol的过硫酸铵， 待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置1小时后将FTO玻璃取出，用去离 子水清洗表面，然后将其置入lmol/L的樟脑磺酸中进行二次掺杂，约4小时后取出清洗并 在120°C下烘干。实施例7
将IOmmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的盐酸溶液中，然后再加入IOmmol的过硫酸 铵，待搅拌均勻后将洗净的ΙΤ0/ΡΕΤ (聚对苯二甲酸乙二醇酯)浸入其中，在25°C下静置10 小时后将ΙΤ0/ΡΕΤ取出，用去离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例8
将IOmmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的盐酸溶液中，然后再加入IOmmol的过硫酸 铵，待搅拌均勻后将洗净的ΙΤ0/ΡΕΝ(聚萘二甲酸乙二醇酯)浸入其中，在4°C下静置10小 时后将ΙΤ0/ΡΕΝ取出，用去离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例9
将25mmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的盐酸溶液中，然后再加入6mmol的双氧水， 待搅拌均勻后将洗净的ΙΤ0/ΡΕΤ浸入其中，在25°C下静置10小时后将ΙΤ0/ΡΕΤ取出，用去 离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例10
将25mmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的硫酸溶液中，然后再加入IOOmmol的过硫酸 钾，待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置10小时后将FTO玻璃取出，用 去离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例11
将25mmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的磷酸溶液中，然后再加入25mmol的过硫酸 铵，待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在4°C下静置10小时后将FTO玻璃取出，用 去离子水清洗表面并在120°C下烘干。实施例12
将25mmol苯胺单体溶于50ml 0. lmol/L的高氯酸溶液中，然后再加入25mmol的过硫 酸钾，待搅拌均勻后将洗净的FTO玻璃浸入其中，在室温下静置10小时后将FTO玻璃取出， 用去离子水清洗表面并在120°C下烘干。将上述实例5、6中的透明聚苯胺对电极组装成染料敏化太阳能电池测试性能并 与钼对电极进行对比，结果如图2所示。所述的染料敏化太阳能电池光阳极为约Sum厚的多孔TiO2薄膜，染料为N3(CIS- 二硫氰酸基双(N, N，-2，2’ -联吡啶-4，4’ - 二甲酸)钌)，电解质的组分是0. Imol/ L LiI, 0. 05mol/L I2, 0. 6mol/L PMII (1-甲基-3-丙基咪唑碘)，0. 5mol/L TBP (四叔 丁基吡啶)，溶剂碳酸丙烯酯和乙腈(1/1，vol/vol)。测试条件是AMI. 5G模拟光源，强度为lOOmW/cm2，电池有效面积是0. 25cm2。测试结果如下表
权利要求
1.一种染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺电极的制备方法，其特征在于，包含以下步骤(1)配制苯胺单体和质子酸的水溶液，其中苯胺单体的浓度为0.02mol/L-0. 5mol/L, 质子酸的浓度为0. lmol/L-2mol/L ；(2)往(1)溶液中加入氧化剂，其中氧化剂和苯胺单体的摩尔比例为0.25-4 ；(3)将清洗干净的导电基底浸入(2)溶液中，于0-25°C的温度中反应lh-10h，然后取出 导电基底，并用去离子水清洗；(4)干燥导电基底和聚苯胺薄膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括在干燥之前用质子酸对聚苯胺 薄膜进行再掺杂。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的质子酸为盐酸、硫酸、磷酸、 高氯酸、樟脑磺酸中的一种或几种。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的导电基底是玻璃基底或者 柔性的塑料基底。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的氧化剂为双氧水、过硫酸钾 或过硫酸铵。
全文摘要
本发明公开了一种染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺电极的制备方法，包含以下步骤配制苯胺单体和质子酸的水溶液；往溶液中加入氧化剂；将清洗干净的导电基底浸入溶液中，于0-25℃的温度中反应1h-10h，然后取出导电基底，并用去离子水清洗；干燥。本发明具有操作简单，成本低廉，易扩大化生产等优点，制得的聚苯胺薄膜具有高透光性，高导电性以及和铂相当的催化性能，可用以制备低成本、高转换效率、可正反面入光的透明染料敏化太阳能电池。
文档编号H01M14/00GK102129915SQ20111000786
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者台启东, 赵兴中, 郭峰, 陈博磊 申请人:武汉大学