[發明專利]一種制備柔性光陽極的方法

有效

• 申請號: 201010277662.5
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102403131A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 孟慶波;黃小銘;張全新;羅艷紅;李冬梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

技術領域

本發明涉及一種制備敏化太陽能電池的柔性光陽極的方法以及包括該方法的制備染料敏化柔性光陽極的方法和制備量子點敏化柔性光陽極的方法。

背景技術

敏化太陽能電池作為第三代光伏電池之一，自從1991年由教授報道了其多孔納晶薄膜的光陽極結構以來，以其低廉的成本、簡單的工藝、較高的效率等優勢而備受全世界各國科學工作者的關注。

敏化太陽能電池包括染料敏化太陽能電池和量子點敏化太陽能電池，由光陽極、電解質和對電極三部分組成。染料敏化光陽極一般是將納晶層(通常為TiO₂)制備在導電玻璃上，然后吸附上染料而成的，染料作為敏化劑而存在。在電池工作的時候，由染料吸收太陽光并激發出電子，電子通過納晶層傳出至導電玻璃上，再由導電玻璃傳至外電路，外電路的電子再通過對電極進來，由電解質輸送給染料從而完成電子的循環。

染料敏化太陽電池經過近20年的廣泛研究，積累了相當的基礎。隨著人們對便攜式柔性太陽能電池的要求日趨強烈，柔性敏化太陽電池的開發成為了不可避免的趨勢。在柔性敏化太陽電池中，柔性的光陽極的制備是最為關鍵的一步。目前柔性光陽極的制備方法都是直接在柔性透明導電襯底上制備的。

納晶層在導電玻璃上的標準制備方法需要涉及到高溫處理的步驟，而柔性透明導電襯底卻不能夠耐高溫，因此涉及高溫處理的方法不能適用于在柔性透明導電襯底上。一般來說，高溫熱處理的主要目的是燒掉TiO₂漿料中的有機成分，同時使得納米晶粒之間能有很好的物理和電學連接。其中晶粒之間良好的電學連接對于高質量的納晶層顯得尤為重要。為了能在不耐高溫的襯底上制備納晶光陽極，人們做了大量的工作以期尋求一些不使用高溫燒結的替代方法。文獻(Journal?of?Solid?State?Electrochemistry?2009；13：651-656)報道了利用水熱的方法來增加TiO₂晶粒之間的連接性。文獻(Chemistry?Letters?2002；31(12)：1250-1251)和文獻(Journal?of?PhysicalChemistry?B?2004；108：5282-5293)分別報道了用微波和紫外線輔助化學氣相沉積法來制備TiO₂納晶薄膜。另外，文獻(Chemistry?Letters?2003；32：1056-1057)和文獻(Applied?Physics?Letters?2009；94：071117)還分別報道了用電子束轟擊和激光燒結的方法可以不對柔性透明襯底造成破壞而沉積上TiO₂納晶薄膜。這些方法制備的TiO₂納晶層的效率最多只能達到傳統高溫處理方法的50％-60％。最近有文獻(Chemical?Communications?2007；45：4767-4769)又報道了利用機械加壓的方法制備的TiO₂納晶薄膜的效率可以達到傳統高溫處理方法的70％。可以看到這些代替的制備方法都是直接在柔性透明導電襯底上進行沉積，采用的全部是低溫的方法，全都無法達到標準高溫燒結處理的性能。

另外，近些年來，用量子點代替染料作為敏化劑來敏化光陽極的研究也越來越受到關注。因為量子點有著染料所不具備的優點：1、可以通過調節量子點的尺寸大小來調節光譜的吸收范圍，可以與太陽光譜更好地匹配；2、量子點具有多激子效應，被認為可以提高電池的效率。3、量子點的制備相比于染料而言十分的簡單，成本要低廉許多。目前量子點敏化太陽能電池的研究處于起步階段，都還是圍繞在剛性的玻璃襯底上的制備，因此還沒有關于將量子點敏化太陽電池制備在柔性透明襯底上的報道。

綜上所述，雖然標準的高溫燒結處理納晶層的方法有著無可替代的突出優點，但高溫燒結與柔性透明襯底不耐高溫的這一難以逾越的矛盾卻將這種最優的制備方法拒之門外。如果能夠通過努力將這對矛盾化解，從而能將高溫燒結制備優質納晶層的技術應用到柔性透明襯底上，意義將十分重大。而且這種柔性透明導電襯底上的高質量的納晶層對于柔性量子點敏化太陽電池的制備也是最為關鍵的一步。

發明內容

因此，本發明的目的是克服現有的柔性光陽極的制備方法中由于柔性透明襯底不耐高溫而無法對納晶層進行高溫燒結處理，從而導致柔性太陽能電池的光轉換效率降低的缺點，提供一種包括對納晶層進行高溫燒結處理的制備柔性光陽極的方法以及包括該方法的制備染料敏化柔性光陽極的方法和制備量子點敏化柔性光陽極的方法，從而提高柔性太陽能電池的光轉換效率。