[發(fā)明專利]一種制備染料敏化太陽能電池光陽極的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310536385.9
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103594247A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 時方曉;陳美多;高旭
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽建筑大學(xué)
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備染料敏化太陽能電池光陽極的方法。

背景技術(shù)

自從1991年，瑞士化學(xué)家Michael?Gr?tzel運(yùn)用納米技術(shù)第一次制備獲得染料敏化太陽能電池（DSSC）以來，由于它簡單的制作工藝、相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率以及其僅為單晶硅電池1/5的低廉的成本等優(yōu)點迅速成為廣大科學(xué)家及科學(xué)工作者的研究熱點與重點。染料敏化太陽能電池由光陽極，染料敏化劑，電解質(zhì)及對電極組成；目前染料敏化太陽能電池在光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性、耐久性等方面尚存在不足。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有染料敏化太陽能電池光陽極在技術(shù)上存在的問題，本發(fā)明提供一種制備染料敏化太陽能電池光陽極的方法，通過靜電霧化在導(dǎo)電玻璃表面噴鍍兩層不同粒度的二氧化鈦多孔膜，使其能有效利用光能，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的制備染料敏化太陽能電池光陽極的方法按以下步驟進(jìn)行：

1、將納米晶二氧化鈦、成膜劑、表面活性劑加入到乙酰丙酮中，其中納米晶二氧化鈦的加入量按每10mL乙酰丙酮加入1~2g納米晶二氧化鈦，成膜劑和表面活性劑的加入量按納米晶二氧化鈦:成膜劑:表面活性劑的重量比為1:（0.4~0.6）:?（0.4~0.65）；然后攪拌均勻，制成底層涂膜材料；

2、將底層涂膜材料通過靜電噴鍍在導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面噴鍍形成底層涂膜；然后置于馬弗爐中，在450±10℃燒結(jié)1~2h，隨爐冷卻至常溫，制成帶有底層涂膜的導(dǎo)電玻璃；底層涂膜的厚度為80~120μm；

3、將二氧化鈦顆粒、成膜劑、表面活性劑加入到乙酰丙酮中，其中二氧化鈦顆粒的加入量按每10mL乙酰丙酮加入1~2g二氧化鈦顆粒，成膜劑和表面活性劑的加入量按二氧化鈦顆粒:成膜劑:表面活性劑的重量比為1:（0.4~0.6）:?（0.4~0.65）；然后攪拌均勻，制成頂層涂膜材料；

4、將頂層涂膜材料通過靜電噴鍍在導(dǎo)電玻璃的底層涂膜上噴鍍形成頂層涂膜；然后置于馬弗爐中，在450±10℃燒結(jié)1~2h，隨爐冷卻至常溫，制成帶有頂層涂膜和頂層涂膜的染料敏化太陽能電池光陽極；其中頂層涂膜的厚度為140~160μm。

上述的成膜劑為聚乙烯吡咯烷酮或乙基纖維素。

上述的表面活性劑為十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉或聚丙烯酰胺。

上述方法中，進(jìn)行底層涂膜的靜電噴鍍時，控制底層涂膜材料的流速為0.4~0.6?mL/min，控制霧化電壓為4.3~4.5?kV。

上述方法中，進(jìn)行頂層涂膜的靜電噴鍍時，控制頂層涂膜材料的流速為0.8~1.2?mL/min，控制霧化電壓為4.6~4.8?kV。

上述的納米晶二氧化鈦的粒度為20±1nm。

上述的二氧化鈦顆粒的粒度為80~130nm。

靜電霧化自動噴鍍加工平臺是由靜電霧化裝置和數(shù)控精密定位平臺相結(jié)合的裝置，可以通過數(shù)控裝置實現(xiàn)噴頭的自動噴涂，本發(fā)明將靜電霧化裝置的噴頭固定在精密定位平臺的導(dǎo)軌上從而實現(xiàn)靜電霧化技術(shù)的自動噴涂加工效果，用以制備大面積DSSC的TiO₂薄膜，是一種制作簡單且可行的大面積DSSC生產(chǎn)方法。

?靜電霧化是流體在高壓電場下，靜電力克服液體表面張力，從而導(dǎo)致液體破碎為微小霧滴的現(xiàn)象；由于靜電霧化具有霧滴粒徑調(diào)節(jié)方便，可以產(chǎn)生各種不同尺度的、單分散的液滴以及霧場穩(wěn)定、均勻等重要特點，目前已廣泛應(yīng)用于納米薄膜制備、農(nóng)業(yè)、質(zhì)譜分析等領(lǐng)域。靜電霧化現(xiàn)象早在1745年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，而對靜電霧化機(jī)理的系統(tǒng)研究則是從20世紀(jì)初開展起來的；靜電霧化技術(shù)由于良好的應(yīng)用前景，近年來受到了廣泛的重視和研究。

在靜電霧化中，通常是利用在充滿電荷的良好的液體材料和反電極之間建立一個靜電力場，將具有一定體積的液體分子破碎，使之成為由許多微小顆粒組成的液滴群，經(jīng)過力的相互作用，最終得到更小的液滴分子群，液體從毛細(xì)管出口噴出，然后沉積在襯底表面，經(jīng)歷多次霧化，從而在襯底表面上產(chǎn)生大小為十幾微米到上百微米均勻分布的顆粒。在靜電噴鍍的過程中，電荷注入到制備好的液態(tài)材料中，由于靜電力和液體表面張力相互作用，在噴嘴處形成了泰勒錐（Taylor?cone）；由于液體的傳導(dǎo)率有限，充滿電荷的液滴在泰勒錐的頂部分散開同時滴落到目標(biāo)物表面上。

在底層涂膜和頂層涂膜采用不同的噴鍍流速是因為：當(dāng)噴鍍頂層薄膜時，其原料為大顆粒二氧化鈦，若流速較慢，漿料在針管中很快離析，顆粒下沉；采用不同的霧化電壓是因為底層與頂層漿料的濃度不同。