[發(fā)明專利]染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310089595.8
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN103117174A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張京;陳振華;彭文琴;韓禮元;諸躍進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 寧波誠源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛(wèi);景豐強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池光陽極，本發(fā)明還涉及該光陽極的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

染料敏化納米晶太陽能電池的經(jīng)典結(jié)構(gòu)是二氧化鈦/染料/電解質(zhì)的三明治結(jié)構(gòu)。染料的激發(fā)態(tài)能級必需高于二氧化鈦導(dǎo)帶底能級，電子才能從染料注入二氧化鈦光陽極。

現(xiàn)有的經(jīng)典二氧化鈦納米晶作為光陽極使得大量激發(fā)態(tài)低于二氧化鈦導(dǎo)電底能級的染料無法使用，導(dǎo)致了染料使用的局限，以及不利于開發(fā)高效低成本有機(jī)染料敏化太陽能電池。經(jīng)實際研究可知：制備一種低能級納米晶光陽極，從而使得低激發(fā)態(tài)的染料能夠注入電子是解決這些問題的有效途徑。

于是，相關(guān)科研工作者開始著手研究低能級二氧化鈦光陽極，例如使用元素?fù)诫s二氧化鈦納米晶制備光陽極用以改變二氧化鈦的能帶。如申請?zhí)枮?01110009081.8的中國發(fā)明專利申請公開《氮摻雜二氧化鈦光陽極及其制備方法和應(yīng)用》(公開號為CN102103931A)，該申請就公布了一種氮摻雜二氧化鈦光陽極，該光陽極包括導(dǎo)電玻璃及涂敷于導(dǎo)電玻璃上的二氧化鈦薄膜，其特征在于該二氧化鈦薄膜中摻雜有以尿素為原料的氮源，該發(fā)明改變了二氧化鈦能級，使其可見光吸收峰位置紅移。

又如申請?zhí)枮?00910088193.X的中國發(fā)明專利申請公開《金屬摻雜的低能隙納米晶半導(dǎo)體光陽極薄膜的制備方法》（公開號為CN101593627A）公布了一種金屬摻雜的低能隙納米晶半導(dǎo)體光陽極薄膜的制備方法，該方法是制備低能隙金屬摻雜的納米二氧化鈦粉體和溶膠前驅(qū)體，再將上述粉體及溶膠旋涂到導(dǎo)電玻璃基底上，制備出低能隙摻雜態(tài)多孔納米二氧化鈦光陽極薄膜。在該發(fā)明中，通過一種兩種或多種不同金屬實現(xiàn)對半導(dǎo)體二氧化鈦能隙大小及其LUMO能級位置的控制，拓寬了光陽極薄膜的吸光譜帶，提高了光陽極薄膜同染料分子的能級匹配性。

上述的通過向二氧化鈦納米粒子中摻雜金屬或非金屬元素制備的光陽極，雖然最終都改變了二氧化鈦能帶的位置，但是卻存在著如下缺點：摻雜量較少的時候?qū)Χ趸伳軒Ц淖冚^少，而摻雜量多的時候二氧化鈦納米晶的電子傳輸惡化，導(dǎo)致電池性能降低。因此對二氧化鈦納米晶進(jìn)行摻雜修飾等方法不能達(dá)到大幅度調(diào)整其能級結(jié)構(gòu)的目的，這種方法限制了低激發(fā)態(tài)染料在二氧化鈦光陽極上的應(yīng)用。

于是，研究工作者研發(fā)了新型二氧化錫光陽極，該光陽極具備較低的導(dǎo)電底能級，它適合低激發(fā)態(tài)染料的使用。但是二氧化錫具有低的導(dǎo)帶底能級以及大量的表面態(tài)，這兩個因素導(dǎo)致了二氧化錫光陽極用于染料敏化太陽能電池時開路電壓以及填充因子低，電池效率差，因此二氧化錫光陽極用于低激發(fā)態(tài)染料敏化太陽能電池中也存在著不足。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

1）純二氧化鈦光陽極的能級不能大幅度降低，從而限制了低激發(fā)態(tài)染料在染料敏化納米晶太陽能電池中的應(yīng)用；

2）純二氧化錫光陽極導(dǎo)帶能級低以及擁有大量的表面態(tài)，導(dǎo)致了二氧化錫光陽極用于染料敏化太陽能電池時開路電壓以及填充因子低，光電轉(zhuǎn)換效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供了一種低能級的染料敏化太陽能電池光陽極。

本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種低能級的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。

本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種低能級光陽極在太陽能電池上的應(yīng)用。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于：所述光陽極為Ti_xSn_1-xO₂納米晶光陽極，其中，x為0.03～0.9。

一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

1）制備Ti_xSn_1-xO₂納米粒子:

在澄清的0.02～0.5M的四氯化錫水溶液中加入氫氧化鈉，并攪拌均勻，氫氧化鈉與四氯化錫的摩爾比為20:1～1:2；之后加入異丙醇鈦的乙醇溶液，異丙醇鈦與四氯化錫的摩爾比為0.03:1～0.9:1；將上述混合物攪拌均勻后，放置于水熱反應(yīng)容器中，在150～230℃反應(yīng)6～24小時，取出并離心干燥；

2）制備Ti_xSn_1-xO₂納米粒子漿料：