[發明專利]一種染料敏化太陽能電池光陽極的修飾方法

有效

• 申請號: 201110181326.5
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102324310A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 趙興中;孫小華;劉鈺旻;臺啟東;黃妞;彭天右
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及一種染料敏化太陽能電池光陽極的修飾方法，屬于光伏材料與器件領域。

背景技術

染料敏化太陽能電池是一種電化學電池，網狀多孔的納米晶二氧化鈦構成光陽極的骨架，吸附其上的染料受光子激發產生電子注入到二氧化鈦導帶并流到外電路做功后流回對電極。氧化鈦的染料被電解質還原，而電解質接收流回對電極的電子而再生。在這個過程中存在有電子與電解質復合，以及電子與激發態染料復合等幾種情況。其中納米晶二氧化鈦/電解質界面的電子與電解質復合是其中最為嚴重的一種。由于納米晶二氧化鈦層直接與電解質接觸，由染料注入到二氧化鈦的光生電子比較容易回傳到電解質產生復合，嚴重影響染料敏化電池的光電轉化效率。電子的復合程度強烈地影響著電池的光電轉換效率。如何減少電子復合是提升電池性能的有效途徑。

國內外研究者為了減小該界面處的電子復合，在納米晶二氧化鈦上引入一層寬禁帶材料，如ZrO₂，Nb₂O₅，MgO，ZnO，Al₂O₃，CaCO₃等，抑制光生電子回傳到電解質，提高了光電轉化效率。但由于這些材料的禁帶寬度很大，電池的性能對其膜厚非常敏感，增加了電池制備過程操作進度的要求。因為膜厚達到一定值后，在減小光生電子回傳到電解質的同時也極大地減小了染料上光生電子注入到納米晶二氧化鈦層上，從而減小了電流密度，降低了電池光電轉化效率。

另外，SujuanWu等（參見SujuanWu,?H.?Han,?Q.?Tai,?J.?Zhang,?S.?Xu,?C.?Zhou,?Y.?Yang,?H.?Hu,?B.?Chen,?B.?Sebo,?X.-Z.?Zhao,?Nanotechnology,?19?(2008)?215704）磁控濺射方法制備了MgO等大禁帶氧化，也改善了電池性能。但真空設備的使用增加了電池的制備成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種簡便、便宜的染料敏化太陽能電池光陽極的修飾方法。

本發明技術方案是：

將鈦酸四丁脂和正硅酸乙酯倒入無水乙醇與二乙醇胺的混合溶液，于60攝氏度攪拌30分鐘，過濾得到Ti-Si復合溶膠，Ti-Si復合溶膠中Si含量為Ti摩爾含量的5%~25%，Ti濃度在0.05-0.3mol/l；

將納米晶二氧化鈦膜浸泡于復合溶膠中3-30鐘，然后取出，沖洗烘干，在400-500℃退火1-2小時，即得到Ti-Si復合氧化物修飾的TiO2雜化電極。

如上所述的方案中，通過涂覆法制備納米晶二氧化鈦薄膜，納米晶二氧化鈦薄膜的漿料由水熱合成制得。

用N719敏化本發明所制得的雜化電極，并滴加氧化還原電解質于該雜化電極上，加蓋對電極，即可組裝成染料敏化太陽能電池。氧化還原電解質配比為：0.1?mol/l?1-propy-3-methylimidazolium?iodide?(1-丙基-3-甲基咪唑碘),?0.05?mol/l?LiI,?0.1?mol/l?GNCS,?0.03?mol/l?I₂,?0.5?mol/l?4-tert-butylpridine?(4-叔丁基吡啶)，溶劑為碳酸丙烯脂與乙腈的混合溶液（體積比為1:1）。?

本發明的有益效果在于：提供一種Ti-Si復合氧化物修飾的雜化電極制備方法，采用溶膠浸泡法制備Ti-Si復合氧化物修飾的雜化電極，既讓光生電子能注入納米晶二氧化鈦，也能有效阻止納米晶二氧化鈦/電解質界面的電子復合，提升了光電轉化效率。該方法工藝簡單，成本低廉，重復性好。

具體實施方式

以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。

實施例1?摻5%Si含量的Ti-Si復合氧化物修飾的TiO₂雜化電極