[發明專利]一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410057955.0
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103794377B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 文貴華;顧軍;鄒志剛
• 申請（專利權）人: 南京大學昆山創新研究院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

????本發明涉及一種染料敏化太陽能電池的光陽極及其制備方法，屬于太陽能電池技術領域。

背景技術

太陽能作為一種新的可持續發展的清潔能源，且在目前不斷出現霧霾天氣的環境下，越來越受到人們的關注。在各種薄膜太陽能電池中，染料敏化太陽能電池以其制作工藝簡單、便于大規模生產、成本低廉等優點愈來愈受到廣泛重視。

染料敏化納米薄膜太陽能電池主要由以下幾個部分依次組成：導電玻璃（FTO）、納米TiO₂多孔膜、染料敏化層、電解質和對電極。在染料敏化太陽能電池中，多孔光陽極的性能對電池的性能的影響尤為重要，因此多年來關于光陽極的研究也越來越多。為實現盡可能多的吸附染料，同時實現與導電基底的牢固接觸，并實現電子從染料激發態到導電襯底的傳輸以及電解質中氧化還原電對的有效傳輸，多孔光陽極的制備技術方面的研究報道較多。

目前多孔光陽極基本為疊層結構，吸收層為粒徑較小的納米TiO₂，其對太陽光的利用率不是很高。

現有技術一：

專利申請號：200810150968.7

該專利闡述了一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法，采用DSSC光陽極的化學修飾法，提高染料對光陽極的敏化效果，進而提高電池轉換效率，具體方法采用納米SiO2對光陽極納米晶進行表面修飾，官能團化，增加染料的吸附量。

該制備技術的缺點：1、納米多孔膜的制備工藝復雜；2、通過表面修飾后，影響電池中電子的傳輸，使電池效率得不到提高，反而降低了效率；3、納米多孔膜中的顆粒粒徑較大，不能使顆粒間更加緊密的結合，且制備單層50μm的多孔膜很容易龜裂。

?現有技術二：

專利申請號：200510011523.7

該專利闡述了一種二氧化鈦納米晶光散射薄膜電極的制備方法。采用造孔劑與TiO₂小顆粒膠體混合的方法制備TiO₂漿料，并將TiO₂漿料涂敷在導電基底上，熱處理后即可制的TiO₂納米晶散射薄膜電極。該種納米晶散射薄膜具有隨機鑲嵌分布在薄膜材料中的幾百納米空氣大孔結構作為散射中心。

該制備技術的缺點：該技術只考慮了大顆粒多光的散射問題，忽略了DSSC光陽極上半導體納米多孔膜的主要作用是電子傳輸，以及染料吸附的作為，而不單單是一個對光的散射作用，因此該技術制備的電池效率很低，加入的有機高分子大顆粒物質將影響電子的傳輸性，以及光陽極對染料的吸附性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供了一種DSSC的光電轉換效率高的染料敏化太陽能電池光陽極；

本發明的另一目的是提供上述染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法；

本發明的又一目的是提供上述用于制備染料敏化太陽能電池光陽極的兩種漿料及其制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案來具體實現：

一種染料敏化太陽能電池光陽極，為5層疊層結構，依次為導電基體、第一致密層、傳輸層、第二致密層、散射層；所述傳輸層厚為10~14μm；所述散射層厚為8~10μm。

優選的，所述導電基體為FTO玻璃；所述第一致密層和第二致密層均為一層致密TiO₂膜；所述傳輸層為納米TiO₂多孔膜；所述散射層為含有納米級和微米級TiO₂顆粒的散射膜。

???上述的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，包括如下步驟：

1）導電基底的前處理

????先用玻璃清洗劑清洗，再用丙酮超聲清洗，乙醇超聲清洗，最后將導電基體用去離子水沖洗干凈，60℃烘干；

????2）第一致密層的形成

將清洗過的導電基體置于40mmol/L的TiCl₄水溶液中，70℃水浴處理10~30min，降至室溫，取出，用去離子水沖洗，烘干，即可在導電基體上形成一層致密的TiO₂薄膜；

????3）傳輸層的制備

在步驟2）中得到的覆有致密層的導電基底上，采用70T~200T網目的絲網印刷權利要求4所述的傳輸層漿料，再投入馬弗爐中進行高溫燒結，燒結曲線為：125℃→350℃→400℃→450℃，在450℃下保溫10~30min，即可；

????4）第二致密層的制備