[發(fā)明專利]一種具有光學(xué)梯度的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010139950.4
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101794670A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張青紅;錢迪峰;王宏志;李耀剛;萬鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池光陽極制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有光學(xué)梯度的染料 敏化太陽能電池光陽極的制備方法。

背景技術(shù)

1991年，等制備了一種類似于植物光合作用原理的新型太陽能電池，稱為染 料敏化納米晶太陽能電池(DSSCs)。由于其成本低、制備工藝簡單、光電轉(zhuǎn)化效率較高， 引起科研工作者對低成本光伏電池的廣泛關(guān)注。

染料敏化太陽能電池主要有導(dǎo)電玻璃、吸附單分子層染料的多孔納米氧化鈦薄膜、鍍 鉑的導(dǎo)電玻璃和電解質(zhì)組成。與傳統(tǒng)的硅基太陽能電池不同，染料敏化太能電池是借助于 染料對光的強(qiáng)吸收，把光能轉(zhuǎn)化為電能，電子的吸收與輸運是分開進(jìn)行的。作為染料敏化 太陽能電池的核心部件光陽極一直是研究者研究的重點，包括不同的納米結(jié)構(gòu)對電池光電 性能的影響。現(xiàn)在用粉末涂覆法制備的光陽極存在的普遍的問題是與導(dǎo)電玻璃基底的結(jié)合 力不強(qiáng)，多孔薄膜容易從導(dǎo)電玻璃表面脫落，并且電解質(zhì)容易直接與導(dǎo)電玻璃接觸，不但 影響光生電子的導(dǎo)出，增加了光生電子與電解質(zhì)中I₃^-復(fù)合的幾率。而且電解質(zhì)會腐蝕導(dǎo)電 基底，嚴(yán)重影響了電池的光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性，阻礙了電池的商業(yè)化應(yīng)用。

通常用40mm的TiCl₄水溶液處理導(dǎo)電玻璃，制備一層致密的納米氧化鈦薄膜，來減少 背電子與電解質(zhì)的復(fù)合，同時阻擋電解質(zhì)對基底的腐蝕，最終也能提高電池的光電流。這 種方法存在的問題是TiCl₄作為一種極易水解的一種物質(zhì)，本身對導(dǎo)電玻璃有一定的腐蝕， 熱處理后釋放出酸性物質(zhì)。并且電池制備過程中引入了Cl^-。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有光學(xué)梯度的染料敏化太陽能電池光陽極 的制備方法。本發(fā)明所制備的溶膠接近于中性，不含有任何有機(jī)物和其他雜質(zhì)，不需要經(jīng) 過高溫?zé)Y(jié)，在導(dǎo)電層與多孔薄膜之間形成的阻擋層，阻擋了電解質(zhì)對基底的腐蝕，最終 也能提高電池的光電流，具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種具有光學(xué)梯度的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，包括： (1)以0.4～1M無機(jī)鈦鹽為前驅(qū)體，在25～80℃下加入0.1～4M氫氧化鈉或氨水使其產(chǎn)生 沉淀，沉淀經(jīng)過水洗4～5次至中性后，得到凝膠狀固體，將其解膠0.5～5小時，得到淺黃 色透明溶液，將所得溶液稀釋1～5倍，以100～200℃水熱處理2～50小時后形成濃度為 0.1～5wt％的透明銳鈦礦相TiO₂溶膠；

(2)在導(dǎo)電基底上采用旋轉(zhuǎn)涂覆、浸漬提拉或流延法沉積一層銳鈦礦相納米晶TiO₂致密 層；

(3)通過絲網(wǎng)印刷、刮涂或噴涂法在TiO₂致密層上沉積一層多孔TiO₂薄膜；

(4)將具有兩種結(jié)構(gòu)的薄膜在400～550℃煅燒15～120分鐘形成具有光學(xué)梯度的光陽極。

所述步驟(1)中的無機(jī)鈦鹽為Ti(SO₄)₂，TiOSO₄，Ti(NO₃)₄或TiCl₄。

所述步驟(1)中的解膠方法為將凝膠狀固體以1g∶1～10ml分散在HNO₃或H₂O₂中。

所述步驟(2)中的導(dǎo)電基底為摻雜氟的SnO₂導(dǎo)電玻璃(SnO₂:F)簡稱FTO或氧化銦錫 導(dǎo)電玻璃簡稱ITO導(dǎo)電玻璃。

所述步驟(2)中的旋轉(zhuǎn)涂覆工藝為將TiO₂溶膠滴到固定在勻膠機(jī)上的導(dǎo)電基底，在 勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速為50-2000轉(zhuǎn)/分鐘下勻膠10～1000秒，將TiO₂致密層自然干燥或在烘箱中 干燥0.1～10小時，干燥溫度為25～100℃，重復(fù)以上操作1到50次。

所述步驟(2)中的浸漬提拉工藝為將導(dǎo)電基底放入TiO₂溶膠中，浸漬1～100分鐘， 將TiO₂致密層自然干燥或在烘箱中干燥0.1～10小時，干燥溫度為25～100℃，重復(fù)以上操 作1～10次。

所述步驟(2)中的銳鈦礦相納米晶TiO₂致密層厚度為0.1～5微米。