[發(fā)明專利]染料敏化太陽能電池的光陽極及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310126423.3 | 申請日： | 2013-04-12 |
| 公開（公告）號： | CN103198924A | 公開（公告）日： | 2013-07-10 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 楊振忠;李焦麗;程文廣 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院化學(xué)研究所 |
| 主分類號： | H01G9/042 | 分類號： | H01G9/042;H01G9/20 |
| 代理公司： | 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245 | 代理人： | 關(guān)暢 |
| 地址： | 100080 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 染料 太陽能電池 陽極 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于能源材料領(lǐng)域，涉及一種染料敏化太陽能電池的光陽極及其制備方法。
背景技術(shù)
染料敏化太陽電池主要是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池，相對于通常使用的晶體硅太陽能電池，其主要優(yōu)勢是：原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對簡單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢，同時(shí)所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，部分材料可以得到充分的回收，對保護(hù)人類環(huán)境具有重要的意義。自從1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M.教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在該技術(shù)上去的突破以來，人們發(fā)現(xiàn)了染料敏化太陽能電池在太陽能開發(fā)和利用方面的巨大潛力，歐、美、日等發(fā)達(dá)國家投入大量資金研發(fā)。該電池的關(guān)鍵部件為半導(dǎo)體電極。這種半導(dǎo)體電極一般是由半導(dǎo)體納米顆粒組成。電荷在這種半導(dǎo)體納米顆粒之間傳導(dǎo)的傳輸電阻較大，這阻礙了該電池在光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。作為一項(xiàng)面向未來的新技術(shù)，染料敏化太陽能電池中所使用的納米級多孔氧化鈦活性層一般僅有5-20μm厚。在染料敏化太陽能電池中，受到光激發(fā)的光敏染料產(chǎn)生超快速光生電子，并將電子注入到氧化鈦的導(dǎo)帶，而在隨后的染料再生過程中，將光生空穴經(jīng)氧化鈦傳導(dǎo)至電流收集器從而完成光電轉(zhuǎn)換的全過程。在這一過程中，氧化鈦活性層是一種關(guān)鍵的電荷傳導(dǎo)物質(zhì)，顯然，制備高質(zhì)量的氧化鈦層是開發(fā)染料敏化太陽能電池的一個(gè)重要方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種染料敏化太陽能電池的光陽極及其制備方法。
本發(fā)明提供的太陽能電池的光陽極，由下至上依次包括導(dǎo)電鍍層和金屬氧化物多孔膜層；
其中，構(gòu)成所述金屬氧化物多孔膜層的材料選自下述金屬元素的氧化物中至少一種：Ti、Zn、Sn和Nb；
構(gòu)成所述導(dǎo)電鍍層的材料選自氟摻雜氧化錫(Fluorine?doped?tin?oxide，F(xiàn)TO)和銦錫金屬氧化物(Indium?Tin?Oxides，ITO)中的至少一種。
上述光陽極也可只由上述兩層組成。
所述金屬氧化物多孔膜層的厚度為6-40μm，具體為5μm、6μm、10μm或5-10μm、6-10μm或5-6μm；
孔的直徑為2-50nm，具體為20nm；
孔隙率為30-60％，具體為30％、40％或30-40％；
所述導(dǎo)電鍍層的厚度為400-1000nm，具體為600nm。
本發(fā)明提供的制備所述光陽極的方法，包括如下步驟：
1)將多孔膜進(jìn)行不破壞其結(jié)構(gòu)的表面處理后，得到表面處理后的多孔膜；
2)將前驅(qū)體化合物和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑于乙醇中混勻進(jìn)行醇解反應(yīng)，得到溶膠；
3)取部分步驟2)所得溶膠浸泡步驟1)所得表面處理的多孔膜0.5-24小時(shí)，得到浸泡后的多孔膜；
4)取部分步驟2)所得溶膠涂覆在導(dǎo)電玻璃上，得到涂覆有溶膠的導(dǎo)電玻璃；
5)將步驟3)所得浸泡后的多孔膜鋪展在步驟4)所得涂覆有溶膠的導(dǎo)電玻璃上，除去多余溶膠后，室溫靜置，煅燒，自然冷卻至室溫，得到所述光陽極。
上述方法所述步驟1)中，構(gòu)成所述多孔膜的材料選自聚丙烯、聚乙烯、聚酰亞胺和聚碳酸酯中的至少一種；
所述多孔膜的厚度為10μm-60μm，具體為25μm、10μm、10-25μm；孔的直徑為10nm-500nm，具體為100nm；孔隙率為30-60％，具體為40％；
所述步驟1)表面處理的方式為氧等離子體處理或表面化學(xué)改性處理；
所述氧等離子體處理中，功率為10-30W，具體為18W，時(shí)間為10-120秒，具體為30秒；
所述表面化學(xué)改性處理中，所用改性劑選自乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一種；改性時(shí)間為2-12小時(shí)，具體為8小時(shí)；溫度為40-90℃，具體為70℃。
所述步驟2)中，前驅(qū)體化合物選自下述金屬元素的鹽和酯中至少一種：Ti、Zn、Sn和Nb，具體選自四氯化鈦、鈦酸正丁酯、鄰苯二甲酸二鋅酯、錫酸酯和鈮酸鹽中的至少一種；
所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑為嵌段共聚物，具體為聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物F127(EO106PO70EO106)和P123(EO20PO70EO20)中的至少一種；
所述嵌段共聚物的重均分子量為分別為10500-12500g/mol和5000-6800g/mol；
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