[發(fā)明專利]一種提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210114219.5
• 申請(qǐng)日: 2012-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN102623190A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙興中;梁亮亮;劉鈺旻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極研究領(lǐng)域，涉及一種提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法。

背景技術(shù)

染料敏化太陽(yáng)能電池主要是模仿光合作用原理，研制出來(lái)的一種新型太陽(yáng)能電池，其主要優(yōu)勢(shì)是：原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)所用原材料和生產(chǎn)工藝過(guò)程都是無(wú)毒、無(wú)污染的，并且部分原材料可以得到充分的回收，對(duì)保護(hù)人類環(huán)境具有重要的意義。染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率主要取決于電池的短路電流、開路電壓和填充因子。目前已經(jīng)報(bào)道在實(shí)驗(yàn)室中得到的染料敏化太陽(yáng)能電池最高光電轉(zhuǎn)換效率約為12.3％，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有較大差距。

為了提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，在電池的光陽(yáng)極方面，主要采用納米管、納米棒、核殼結(jié)構(gòu)等多種新型結(jié)構(gòu)的材料作為電池的光陽(yáng)極，從而提高光生電子的傳輸、減小光生電子的復(fù)合、提高染料吸附率。也有通過(guò)用作電池光陽(yáng)極的TiO₂進(jìn)行摻雜來(lái)調(diào)整TiO₂價(jià)帶或?qū)У奈恢茫瑥亩{(diào)整TiO₂對(duì)可見光的吸收區(qū)域和改變TiO₂費(fèi)米能級(jí)，既而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池開路電壓等方面的調(diào)整。目前對(duì)用作電池光陽(yáng)極的TiO₂的摻雜研究中，一般按原子比在0.1％～10％范圍內(nèi)加入金屬或非金屬元素，通過(guò)微量摻雜來(lái)調(diào)整TiO₂載流子數(shù)目和光陽(yáng)極電導(dǎo)率方面的研究幾乎還沒有人進(jìn)行探索。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，該方法通過(guò)對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的二氧化鈦陽(yáng)極進(jìn)行P型微量摻雜，以增加二氧化鈦的載流子濃度和電導(dǎo)率，從而顯著提高染料敏化太陽(yáng)能電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)化效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，該方法是以含+2或+3價(jià)金屬元素的無(wú)機(jī)鹽為P型摻雜源對(duì)二氧化鈦納米多孔薄膜光陽(yáng)極進(jìn)行摻雜。具體方法為：以含+2或+3價(jià)金屬元素的無(wú)機(jī)鹽為P型摻雜源，采用水熱法制備P型摻雜二氧化鈦漿料，并用涂膜法制備P型摻雜二氧化鈦納米多孔薄膜光陽(yáng)極。

上述摻雜源的加入量為：摻雜源中金屬元素的原子數(shù)為鈦源中鈦元素的百萬(wàn)分之十至百萬(wàn)分之九十。采用水熱法制備P型摻雜二氧化鈦漿料中的鈦源為異丙醇態(tài)。

上述含+2或+3價(jià)金屬元素的無(wú)機(jī)鹽為硝酸鹽，所述的硝酸鹽為硝酸釔或硝酸鎂。

染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極由透明FTO導(dǎo)電玻璃和二氧化鈦多孔薄膜兩部分組成，采用本發(fā)明方法對(duì)其中的二氧化鈦多孔薄膜電極進(jìn)行微量P型摻雜，以提高二氧化鈦多孔薄膜中載流子濃度和電導(dǎo)率，將經(jīng)過(guò)微量P型摻雜的二氧化鈦多孔薄膜用于染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極，可有效提高染料敏化太陽(yáng)能電池的短路電流，進(jìn)而提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明方法可有效提高染料敏化太陽(yáng)能電池的短路電流以及光電轉(zhuǎn)化效率；

2、本發(fā)明方法采用極微量的P型摻雜源即可實(shí)現(xiàn)顯著提高染料敏化太陽(yáng)能電池的短路電流以及光電轉(zhuǎn)化效率，極大的節(jié)約了成本；

3、本發(fā)明方法成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。

附圖說(shuō)明

圖1為Y³⁺摻雜的染料敏化太陽(yáng)能電池的I-V曲線圖；

圖2為Mg²⁺摻雜的染料敏化太陽(yáng)能電池的I-V曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)例1

1)取10ml異丙醇鈦和2.1g冰醋酸混合，超聲2min使其混合均勻；向錐形瓶中加入50mL去離子水，將異丙醇鈦與冰醋酸的混合液倒入錐形瓶中，室溫下攪拌進(jìn)行水解和縮聚反應(yīng)，1小時(shí)后向錐形瓶中加入0.68mL濃硝酸，升溫至80攝氏度，進(jìn)行解膠反應(yīng)。

2)解膠3小時(shí)后，將溶膠進(jìn)行抽濾操作，然后將濾液定容至63ml，倒入水熱釜中，升溫至220℃進(jìn)行水熱反應(yīng)12小時(shí)。

3)向水熱反應(yīng)產(chǎn)物中滴加0.4ml濃硝酸，室溫?cái)嚢?5分鐘，放入超聲儀中，設(shè)定功率為300W，超聲30分鐘后，旋轉(zhuǎn)蒸餾至溶液體積為20ml，然后添加0.56g造孔劑聚乙二醇和0.5ml曲拉通X-100，室溫?cái)嚢?2小時(shí)，得到水熱漿料。

4)將水熱漿料用玻璃棒涂到FTO導(dǎo)電玻璃上，于60℃下烘干，然后放入退火爐中，在500℃下保溫30分鐘，得到未摻雜的二氧化鈦光陽(yáng)極。