CN103839689B - 染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法，电极包括基板、基板上附着均匀掺杂纳米金粒子的二氧化钛薄膜，下层为平板结构，上层具有周期状间隙，将包覆二氧化硅的纳米金粒子的二氧化钛浆料均匀涂覆在导电玻璃上，并烧结得到电极，在该电极上均匀沉积聚苯乙烯小球，形成周期性结构，注入混合纳米金溶液的二氧化钛前驱体，烧结去除聚苯乙烯，得到周期性结构的二氧化钛薄膜，形成了双层电极，最后将电极先后浸泡于两种不同的染料中敏化，得到染料太阳能电池的双染料敏化、纳米金掺杂的双层结构电极。本发明用于染料敏化太阳能电池中，可大幅增加电池对可见光的吸收率，提高电池的光电转换效率。

Description

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电极及其制备方法，尤其是涉及一种染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法。

背景技术

在环境危机及能源危机的背景下，太阳能作为一种富有前景的能源，已经在国际上得到了广泛的推广，并极有希望，取代当今大量应用的化石能源。单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能电池等已经开始大规模生产。而由M.教授的研究小组率先研发出的染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells，DSSC)，因其原料丰富且廉价，制作方式简易，而独树一帜。在染料敏化电池中，工作电极通常由二氧化钛微晶制备而成，联吡啶配合物等染料起着吸光和激发电子的功能，吸附于工作电极上，并在二氧化钛-电解液的界面上完成电子-空穴对的分离，产生电流，目前染料敏化太阳能电池的最高转换效率可带11％。

染料敏化太阳能电池由二氧化钛电极，电解液以及对电极组成，提高电池电极的光吸收效率，增强电子空穴分离的效率均能够提升染料敏化太阳能电池的光电转换性能，其中，使用双染料共同敏化太阳能电池的方法是一种有效的提升光吸收效率的方法。我们在Journal of Materials Chemistry《材料化学期刊》上发表的Au@SiO₂nanoparticlescoupling co-sensitizers for synergic efficiency enhancement of dye sensitizedsolar cells《使用包裹二氧化硅的纳米金与染料对协同作用提升染料敏化太阳能电池的效率》一文(J.Mater.Chem.,2012,22,24734)系统得介绍了使用双染料共敏化二氧化钛电池电极的方法以及采取这些方法制备出电池的效率。然而，在二氧化钛表面吸附双层染料虽然可以提高光吸收率，但却因界面电阻增大，电子难以有效注入到二氧化钛中，故只有在合适的染料搭配下，才能够提高电池的光电转换效率，难以大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有共振效果、大幅提升了染料电池的光吸收效率，以及光电转换效率的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极包括基板、基板上附着的二氧化钛薄膜，所述的二氧化钛薄膜中均匀掺杂纳米金粒子，该二氧化钛薄膜为经两种不同染料先后敏化的双层结构的薄膜，下层为平板结构的二氧化钛膜层，上层为具有周期状间隙的二氧化钛膜层，使用双层染料敏化，周期性结构可与纳米金产生强烈的共振效果，大幅提升了染料电池的光吸收效率，以及光电转换效率。

所述的纳米金粒子的直径为10～100nm，平板结构的二氧化钛膜层厚度为5～10μm，具有周期状间隙的二氧化钛膜层的厚度为3～10μm。

采用钌的配合物染料N3，N749，N719中的两种染料先后敏化太阳能电池电极双层结构的薄膜。

所述的基板为掺杂氟的氧化锡导电玻璃基板(FTO导电玻璃)或掺铟氧化锡导电玻璃(ITO导电玻璃)。

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，该方法采用以下步骤：

(1)制备二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液，具体来说，将浓度为0.01wt％的氯金酸水溶液在磁力搅拌加热下煮沸，并迅速加入浓度1wt％的柠檬酸钠水溶液反应1～20min后脱离热源制得纳米金溶液，溶液冷却后中滴加浓度为1.7-2μM的三乙氧基硅烷水溶液，剧烈搅拌40min后加入浓度为0.5-0.8wt％硅酸钠水溶液，氯金继续搅拌12分钟，并静置三天，获得二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液，在使用前硅酸钠水溶液的pH值需调至10～11，其中的酸水溶液、柠檬酸钠水溶液、三乙氧基硅烷水溶液、硅酸钠水溶液体积比为1000︰10～100︰20︰40；

(2)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒及二氧化钛浆料分散于乙醇并混合均匀，再将乙醇蒸发，得到掺杂纳米金的二氧化钛浆料；

(3)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在基板上，膜厚通过胶带控制在5～10μm，室温下干燥后进行高温烧结得到电极基体；

(4)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，将反应单体苯乙烯与表面活性剂均匀混合，在60℃-100℃下注入引发剂进行反应，制备得到粒径为150nm～300nm的聚苯乙烯小球，其中，所述的表面活性剂为甲基丙烯酸，所述引发剂为过硫化钾；

(5)将电极基体垂直浸入到第四步制备的聚苯乙烯小球的水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，其中湿度控制在50％～80％之间的任一恒定值，温度控制在30℃～65℃之间的任一恒定值，待溶液中的水分彻底挥发，电极基体上留下了一层均匀的薄膜，该薄膜由聚苯乙烯小球均匀堆叠而成，形成了周期性晶格为面心立方的结构，薄膜厚度为3～10μm；

(6)将第五步中形成的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极基体反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体中，掺杂纳米金的二氧化钛前驱体将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，再进行高温烧结去除聚苯乙烯小球，得到了具有双层结构的二氧化钛电极基板，二氧化钛多孔周期性结构的孔径同烧结之前聚苯乙烯小球的粒径相似，为150nm～300nm；

(7)将得到的具有双层结构的二氧化钛电极基板浸泡于第一种染料溶液中进行敏化，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子，再浸泡于第二种染料之中进行敏化，取出后用无水乙醇冲洗并烘干，即为染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极。

步骤(2)中所述的二氧化钛浆料以松油醇为溶剂，含有粒径为8～20nm的二氧化钛纳米颗粒。

步骤(3)所述的高温烧结是控制升温速率为2℃/min升温至450℃，并于450℃下保温30～45min，再随炉冷却。

步骤(6)所述的掺杂纳米金的二氧化钛前驱体为钛酸四异丙酯、醋酸、硝酸以及包覆了二氧化硅的纳米金水溶液的混合物，其中醋酸、钛酸四异丙酯以及二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液的体积比例为1:5～10:100～200，硝酸在体系中的浓度为0.1mM～1mM。

步骤(7)采用的两种染料为N3溶液(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)，2～5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)，及N719溶液(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)bis-tetrabutylammonium，2～5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)，或者是N749溶液(triisothiocyanato-(2,2_:6_,6”-terpyridyl-4,4_,4”-tricarboxylato)ruthenium(II)tris(tetra-butylammonium)，2～5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)及N3溶液，或者是N749溶液及N719溶液。

步骤(7)所述的敏化是将具有双层结构的二氧化钛电极基板浸泡于染料溶液中，于40℃恒温下避光静置24h。

制备得到的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极采用热封装膜后与对电极在100℃下封装，并滴加电解液，得到染料敏化太阳能电池。

所述的电解液以乙腈或3-甲氧基丙腈为溶剂，含有碘，碘化锂或DMPII离子液体。

与现有技术相比，本发明首次采用纳米金属掺杂，双染料共敏化以及双层电极结构的制备方法，将纳米金的等离子体共振效应、双染料的相互作用、以及周期性结构对光独特的调节作用有机得结合到了一起。其中，在结构上采用了双层结构的二氧化钛电极，外层的周期性结构又称作光子晶体，具有独特的增强光吸收的功能，并能调控入射光在结构中的传输，在纳米金的协同作用下，光吸收能够得到进一步的增强。二氧化钛基板表面沉积双层染料可以大幅增加二氧化钛基板的光吸收效率，使得电池捕获光的能力大大增强，而纳米金的加入，不仅增强了纳米金周围的电磁场强度，加大了其光吸收效率，更降低了因双层染料沉积导致的大界面电阻，使得电子更容易从外层激发染料中传递至二氧化钛，降低了电子损耗率。另外，不同的染料搭配对电池的光电效率影响较大，选择的染料需要吸收光谱匹配，才能够获得较高的效率，上述第七步中的几种染料组合均能促进光电转换效率，而其他的搭配很可能起到相反的作用。总之，以上几种因素相互协调耦合，能够极大得提升太阳能电池的光电转换效率。并且，由于制备方法简单，故在实际生产中具有低成本，短生产时间周期的优势，这大大拓宽了染料敏化太阳能电池的应用前景。

附图说明

图1为染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的结构示意图；

图2为包覆二氧化硅的纳米金的透射电镜照片；

图3为实施例1得到的染料敏化电池与普通电池电流-电压曲线图。

图中，1为基板、2为平板结构的二氧化钛膜层、3为具有周期状间隙的二氧化钛膜层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，采用以下步骤：

(1)FTO导电玻璃切割为1cm×4cm的玻片，用piranha液(3:1H2SO4:30％H2O2)浸泡24小时后用去离子水洗净。

(2)将浓度为0.01％wt的氯金酸水溶液1000ml，在磁力搅拌加热下煮沸，并迅速加入浓度1％wt的柠檬酸钠10～100ml，反应1～20分钟后脱离热源。制得纳米金溶液。待溶液冷却，向溶液中滴加浓度为1.71μM的三乙氧基硅烷(APTES)水溶液20ml，剧烈搅拌40分钟后，加入40ml的0.54％wt硅酸钠水溶液，继续搅拌12分钟，并静置三天，获得二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液，pH值在滴加前被调至10～11。

(3)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液50ml在9000r/min状态下离心2次，将上清液倒掉，并将沉淀溶于3ml乙醇中。于此同时，将0.4g二氧化钛浆料也溶于2ml乙醇。最后，将两种溶液混合，并超声均匀分散。最终的混合液体置于50℃的烘箱下面烘烤18小时，蒸发掉液体成分。得到了纳米金掺杂的二氧化钛浆料。

(4)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在FTO导电玻璃(掺杂氟的SnO₂导电玻璃)上，膜厚通过胶带控制在10um，并用马弗炉缓慢升温(2℃每分钟)至450℃，并于450℃下保温30～45分钟，最后随炉冷却。

(5)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，保持80℃，将10g反应单体苯乙烯与0.74g表面活性剂均匀混合，注入0.1g过硫酸钾进行反应，制备聚苯乙烯小球。

(6)将(4)中制备好的电极垂直浸入到0.2％的聚苯乙烯小球水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，制备周期性结构聚苯乙烯薄膜。厚度为5um。

(7)将上一步得到的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液中，待掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，以2℃每分钟的速度升至450℃，并于450℃下保温30～45分钟，最后随炉冷却，将聚苯乙烯小球去除，二氧化钛前驱体形成了二氧化钛，得到了双层结构的二氧化钛电极，其中第一层为二氧化钛纳米晶涂覆而成的平板结构，第二层为二氧化钛多孔的周期性结构，晶格同样为面心立方结构。纳米金均匀得嵌在二氧化钛中。得到的二氧化钛多孔周期性结构的孔径为150nm～300nm。厚度为5um。

掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液中醋酸、钛酸四异丙酯以及第一步中制备的纳米金水溶液的体积比例为1:5:100。硝酸在体系中的浓度为0.1mM。

(8)将得到的掺杂纳米金的二氧化钛基板浸泡于40℃的N3溶液(5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)中避光静置一昼夜，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子。再浸泡于40℃的N719溶液(5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)中避光静置一昼夜，取出后用无水乙醇冲洗，烘干。

(9)采用热封装膜将敏化后的基板与对电极在100℃下封装，并滴加电解液，电解液以乙腈溶剂，含有碘，就可以制得染料敏化太阳能电池。

图1为本实施例制备的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的结构示意图，包括基板1，本实施例中使用的基板1为FTO导电玻璃1。附着在导电玻璃上的平板结构的二氧化钛膜层2以及再上层的具有周期状间隙的二氧化钛膜层3。纳米金均匀得分布在二氧化钛中。图2为包覆二氧化硅的纳米金的透射电镜照片，图中所示纳米金的粒径为20nm，二氧化硅包覆层的厚度为1.5nm。

实施例2

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，采用以下步骤：

(1)FTO导电玻璃切割为1cm×4cm的玻片，用piranha液(3:1H2SO4:30％H2O2)浸泡24小时后用去离子水洗净。

(2)将浓度为0.01％wt的氯金酸水溶液1000ml，在磁力搅拌加热下煮沸，并迅速加入浓度1％wt的柠檬酸钠10～100ml，反应1～20分钟后脱离热源。制得纳米金溶液。待溶液冷却，向溶液中滴加浓度为1.71μM的三乙氧基硅烷(APTES)水溶液20ml，剧烈搅拌40分钟后，加入40ml的0.54％wt硅酸钠水溶液，继续搅拌12分钟，并静置三天，获得二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液，pH值在滴加前被调至10～11。

(3)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液50ml在9000r/min状态下离心2次，将上清液倒掉，并将沉淀溶于3ml乙醇中。于此同时，将0.4g二氧化钛浆料也溶于2ml乙醇。最后，将两种溶液混合，并超声均匀分散。最终的混合液体置于50℃的烘箱下面烘烤18小时，蒸发掉液体成分。得到了纳米金掺杂的二氧化钛浆料。

(4)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在FTO导电玻璃(掺杂氟的SnO₂导电玻璃)上，膜厚通过胶带控制在10um，并用马弗炉缓慢升温(2℃每分钟)至450℃，并于450℃下保温30～45分钟，最后随炉冷却。

(5)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，保持80℃，将10g反应单体苯乙烯与0.74g表面活性剂均匀混合，注入0.1g过硫酸钾进行反应，制备聚苯乙烯小球。

(6)将(4)中制备好的电极垂直浸入到0.2％的聚苯乙烯小球水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，制备周期性结构聚苯乙烯薄膜。

(7)将上一步得到的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液中，待掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，以2℃每分钟的速度升至450℃，并于450℃下保温30～45分钟，最后随炉冷却，将聚苯乙烯小球去除，二氧化钛前驱体形成了二氧化钛，得到了双层结构的二氧化钛电极，其中第一层为二氧化钛纳米晶涂覆而成的平板结构，第二层为二氧化钛多孔的周期性结构，晶格同样为面心立方结构。纳米金均匀得嵌在二氧化钛中。得到的二氧化钛多孔周期性结构的孔径为150nm～300nm。

掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液中醋酸、钛酸四异丙酯以及第一步中制备的纳米金水溶液的体积比例为1:10:200。硝酸在体系中的浓度为1mM。

(8)将得到的掺杂纳米金的二氧化钛基板浸泡于40℃的N749溶液(5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)中避光静置一昼夜，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子。再浸泡于40℃的N719溶液(5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)中避光静置一昼夜，取出后用无水乙醇冲洗，烘干。

(9)采用热封装膜将敏化后的基板与对电极在100℃下封装，并滴加电解液，电解液以乙腈溶剂，含有碘化锂，制得染料敏化太阳能电池。

实施例3

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，采用以下步骤：

(1)FTO导电玻璃切割为1cm×4cm的玻片，用piranha液(3:1H2SO4:30％H2O2)浸泡24小时后用去离子水洗净。

(2)将浓度为0.01％wt的氯金酸水溶液1000ml，在磁力搅拌加热下煮沸，并迅速加入浓度1％wt的柠檬酸钠10～100ml，反应1～20分钟后脱离热源。制得纳米金溶液。待溶液冷却，向溶液中滴加浓度为1.71μM的三乙氧基硅烷(APTES)水溶液20ml，剧烈搅拌40分钟后，加入40ml的0.54％wt硅酸钠水溶液，继续搅拌12分钟，并静置三天，获得二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液，pH值在滴加前被调至10～11。

(3)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液50ml在9000r/min状态下离心2次，将上清液倒掉，并将沉淀溶于3ml乙醇中。于此同时，将0.4g二氧化钛浆料也溶于2ml乙醇。最后，将两种溶液混合，并超声均匀分散。最终的混合液体置于50℃的烘箱下面烘烤18小时，蒸发掉液体成分。得到了纳米金掺杂的二氧化钛浆料。

(4)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在FTO导电玻璃(掺杂氟的SnO₂导电玻璃)上，膜厚通过胶带控制在10um，并用马弗炉缓慢升温(2℃每分钟)至450℃，并于450℃下保温30～45分钟，最后随炉冷却。

(5)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，保持80℃，将10g反应单体苯乙烯与0.74g表面活性剂均匀混合，注入0.1g过硫酸钾进行反应，制备聚苯乙烯小球。

(6)将(4)中制备好的电极垂直浸入到0.2％的聚苯乙烯小球水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，制备周期性结构聚苯乙烯薄膜。

(7)将上一步得到的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液中，待掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，以2℃每分钟的速度升至450℃，并于450℃下保温30～45分钟，最后随炉冷却，将聚苯乙烯小球去除，二氧化钛前驱体形成了二氧化钛，得到了双层结构的二氧化钛电极，其中第一层为二氧化钛纳米晶涂覆而成的平板结构，第二层为二氧化钛多孔的周期性结构，晶格同样为面心立方结构。纳米金均匀得嵌在二氧化钛中。得到的二氧化钛多孔周期性结构的孔径为150nm～300nm。掺杂纳米金的二氧化钛前驱体溶液中醋酸、钛酸四异丙酯以及第一步中制备的纳米金水溶液的体积比例为1:8:150。硝酸在体系中的浓度为0.5mM。

(8)将得到的掺杂纳米金的二氧化钛基板浸泡于40℃的N749溶液(5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)中避光静置一昼夜，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子。再浸泡于40℃的N3溶液(5×10^-4mol/L无水乙醇溶液)中避光静置一昼夜，取出后用无水乙醇冲洗，烘干。

(9)采用热封装膜将敏化后的基板与对电极在100℃下封装，并滴加电解液，制得染料敏化太阳能电池。

不同实施例采取了不同的染料组合，其中，实施例1中采用的染料组合N3与N719的光吸收峰与纳米金的局域表面等离子体共振吸收峰想匹配，故可获得最明显的效果，染料的吸光效率以及电池的光电转换效率得到很大的提升。采用实施例1，得到的染料敏化电池光电转换效率为6.5％，在同等条件下制备的传统染料敏化太阳能电池效率为4.93％，效率提高了32％，这两种太阳能电池的电流-电压曲线如图3所示。

Claims (9)

1.染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极，包括基板、基板上附着二氧化钛薄膜，其特征在于，所述的二氧化钛薄膜中均匀掺杂纳米金粒子，该二氧化钛薄膜为经两种不同染料先后敏化的双层结构的薄膜，下层为平板结构的二氧化钛膜层，上层为具有周期状间隙的二氧化钛膜层；

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极采用以下方法制备得到：

(1)制备二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液；

(2)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒及二氧化钛浆料分散于乙醇并混合均匀，再将乙醇蒸发，得到掺杂纳米金的二氧化钛浆料；

(3)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在基板上，膜厚通过胶带控制在5～10μm，室温下干燥后进行高温烧结得到电极基体；

(4)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，将反应单体苯乙烯与表面活性剂甲基丙烯酸均匀混合，在60℃-100℃下注入引发剂过硫化钾进行反应，制备得到粒径为150nm～300nm的聚苯乙烯小球；

(5)将电极基体垂直浸入到第四步制备的聚苯乙烯小球的水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，待溶液中的水分彻底挥发，电极基体上留下了一层均匀的薄膜，该薄膜由聚苯乙烯小球均匀堆叠而成，形成了周期性晶格为面心立方的结构，薄膜厚度为3～10μm；

(6)将第五步中形成的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极基体反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体中，掺杂纳米金的二氧化钛前驱体将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，再进行高温烧结去除聚苯乙烯小球，得到了具有双层结构的二氧化钛电极基板，所述的掺杂纳米金的二氧化钛前驱体为钛酸四异丙酯、醋酸、硝酸以及包覆了二氧化硅的纳米金水溶液的混合物，其中醋酸、钛酸四异丙酯以及二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液的体积比例为1:5～10:100～200，硝酸在体系中的浓度为0.1mM～1mM；

(7)将得到的具有双层结构的二氧化钛电极基板浸泡于第一种染料溶液中进行敏化，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子，再浸泡于第二种染料之中进行敏化，取出后用无水乙醇冲洗并烘干，即为染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极。

2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极，其特征在于，所述的纳米金粒子的直径为10～100nm，平板结构的二氧化钛膜层厚度为5～10μm，具有周期状间隙的二氧化钛膜层的厚度为3～10μm。

3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极，其特征在于，所述的基板为掺杂氟的氧化锡导电玻璃基板(FTO导电玻璃基板)或掺铟氧化锡导电玻璃(ITO导电玻璃基板)。

4.如权利要求1-3中任一项所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)制备二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液；

(2)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒及二氧化钛浆料分散于乙醇并混合均匀，再将乙醇蒸发，得到掺杂纳米金的二氧化钛浆料；

(3)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在基板上，膜厚通过胶带控制在5～10μm，室温下干燥后进行高温烧结得到电极基体；

(4)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，将反应单体苯乙烯与表面活性剂甲基丙烯酸均匀混合，在60℃-100℃下注入引发剂过硫化钾进行反应，制备得到粒径为150nm～300nm的聚苯乙烯小球；

(5)将电极基体垂直浸入到第四步制备的聚苯乙烯小球的水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，待溶液中的水分彻底挥发，电极基体上留下了一层均匀的薄膜，该薄膜由聚苯乙烯小球均匀堆叠而成，形成了周期性晶格为面心立方的结构，薄膜厚度为3～10μm；

(6)将第五步中形成的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极基体反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体中，掺杂纳米金的二氧化钛前驱体将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，再进行高温烧结去除聚苯乙烯小球，得到了具有双层结构的二氧化钛电极基板；

(7)将得到的具有双层结构的二氧化钛电极基板浸泡于第一种染料溶液中进行敏化，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子，再浸泡于第二种染料之中进行敏化，取出后用无水乙醇冲洗并烘干，即为染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极。

5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的二氧化钛浆料以松油醇为溶剂，含有粒径为8～20nm的二氧化钛纳米颗粒。

6.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的高温烧结是控制升温速率为2℃/min升温至450℃，并于450℃下保温30～45min，再随炉冷却。

7.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的制备方法，其特征在于，步骤(7)采用的两种染料为N3溶液(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)，2～5×10^-4mol/L的无水乙醇溶液)，及N719溶液(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)bis-tetrabutylammonium，2～5×10^-4mol/L的无水乙醇溶液)，或者是N749溶液(triisothiocyanato-(2,2_:6_,6”-terpyridyl-4,4_,4”-tricarboxylato)ruthenium(II)tris(tetra-butylammonium)，2～5×10^-4mol/L的无水乙醇溶液)及N3溶液，或者是N749溶液及N719溶液；

所述的敏化是将具有双层结构的二氧化钛电极基板浸泡于染料溶液中，于40℃恒温下避光静置24h。

8.根据权利要求4所述的制备得到的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的应用，其特征在于，制备得到的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极采用热封装膜后与对电极在100℃下封装，并滴加电解液，得到染料敏化太阳能电池。

9.根据权利要求8所述的染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极的应用，其特征在于，所述的电解液以乙腈或3-甲氧基丙腈为溶剂，含有碘，碘化锂或DMPII离子液体。