[發(fā)明專利]一種可選擇性透光的染料敏化太陽能電池的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110143074.7
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102290257A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張君;李曉雪;郭偉
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/004;H01G9/04;H01G9/022;H01L51/48
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可選擇性透光的染料敏化太陽能電池的制備方法及其應(yīng)用，屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

伴隨著傳統(tǒng)化石能源的大量消耗和使用，溫室效應(yīng)、能源危機和環(huán)境污染等問題日益突出。尋找清潔、安全、資源充足以及有可再生性的新能源來代替不可再生的傳統(tǒng)化石能源成為了人們關(guān)注的重點。太陽能具有清潔、安全和取之不盡等優(yōu)點，是解決能源危機和環(huán)境問題的理想選擇。1991年瑞士M.教授領(lǐng)導(dǎo)的小組制備了染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized?Solar?Cells，DSSC)，這種電池成本低，光電轉(zhuǎn)化效率高，對促進太陽能的開發(fā)利用有重要意義(B?O’Regan，M.，Nature?353(1991)737.)。

染料敏化太陽能電池一般由吸附有敏化染料的TiO₂(二氧化鈦)膜光電極、含I₃^-/I^-(碘三離子/碘離子)氧化還原對的電解質(zhì)以及Pt(鉑)對電極組成。其工作原理是工作電極上的染料分子在太陽光作用下吸收光而被激發(fā)，電子很快由染料激發(fā)態(tài)注入到TiO₂導(dǎo)帶中，在納米TiO₂多孔薄膜中輸運，然后經(jīng)由外電路輸送到對電極，產(chǎn)生光電流，被氧化的染料被電解質(zhì)中的I^-還原，使染料獲得再生。同時電解質(zhì)溶液中的I₃^-在對電極上得到電子被還原成I^-，從而完成一個完整的光電轉(zhuǎn)換循環(huán)。

通常來說，綠色植物大多吸收波長在630～660納米范圍內(nèi)的紅光和波長在430～460納米范圍的藍紫光。只有給綠色植物提供相應(yīng)波長的紅光、藍紫光和足夠的光強度，它們才能正常生長。通常不透明或透明度低的DSSC會對電池板下植物的生長造成不利影響，因此制備一種可選擇性透光的DSSC，尤其是制備能夠選擇性透過植物生長所需光譜段光的DSSC，對于解決因大面積鋪設(shè)太陽能電池而影響該地植物生長的問題具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用簡單的方法制備出了可選擇性透光的DSSC。在透明導(dǎo)電基片上制備透明光電極和透明對電極，選用可吸收不同光譜段光的染料，與透明電解質(zhì)組裝成可透過植物所需光譜段光的DSSC。

本發(fā)明的優(yōu)點在于用簡單的方法制備出透光選擇性強，穩(wěn)定性好的DSSC，在植物生長需要的630～660納米范圍內(nèi)的紅光和波長在430～460納米范圍的藍紫光的透過率高，這種選擇性透光的DSSC既能使?jié)M足植物生長需要的波段的光透過，又能利用其他波段的光產(chǎn)生電流。

本發(fā)明制備可選擇性透光的DSSC包括以下步驟：

(1)清洗好的透明導(dǎo)電基片作為光電極和對電極的基底，上述透明導(dǎo)電基片為FTO(摻雜氟的二氧化錫)導(dǎo)電玻璃、ITO(氧化銦錫)導(dǎo)電玻璃、ITO/PET(鍍氧化銦錫的聚對苯二甲酸乙二醇酯)導(dǎo)電軟片、FTO/PET(鍍摻雜氟的二氧化錫的聚對苯二甲酸乙二醇酯)導(dǎo)電軟片、透明導(dǎo)電薄膜或透明導(dǎo)電聚合物中的任意一種。

(2)選擇制備透明光電極的材料，用水熱法、溶膠-凝膠法、電沉積法、濺射法、絲網(wǎng)印刷法中的一種制備透明度高、吸附染料強的光電極，上述制備透明光電極的材料為TiO₂(二氧化鈦)、ZnO(氧化鋅)、Cu₂O(氧化亞銅)、Nb₂O₅(五氧化二鈮)、In₂O₃(三氧化二銦)，SnO₂(二氧化錫)、CeO₂(二氧化鈰)、NiO(氧化鎳)中的一種或多種的混合物。

(3)選擇制備透明對電極的材料，用電化學沉積法、熱解法、濺射法、化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法、化學自組裝中的一種制備透明對電極，上述對電極材料為Pt(鉑)、Au(金)、碳、聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺中的一種或多種的混合物。

(4)選擇用透明液體電解質(zhì)、透明固體電解質(zhì)和透明準固態(tài)電解質(zhì)中的任意一種作為透明電解質(zhì)，也可用離子液體配置透明液體電解質(zhì)，組成為：0.1～1.0mol/L離子液體，0.05～0.5mol/L硫氰酸胍，0.1～1.0mol/L四叔丁基吡啶，0.05～0.5mol/L碘化鋰和溶劑，離子液體是BMII(1-丁基-3-甲基咪唑碘鹽)、DMII(1，3-二甲基-3-咪唑碘鹽)、DMPII(1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘鹽)中一種或多種的混合物，所用溶劑是3-甲氧基丙腈或乙腈。