[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽能電池復合光陽極及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410064105.3
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103871748A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 田建華;廖文明;單忠強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發(fā)明涉及可再生能源技術領域，更詳細地，涉及一種染料敏化太陽能電池復合光陽極及其制作方法。

背景技術

隨著石油危機的不斷加速，人們對能源需求的不斷增加，太陽能作為一種取之不盡用之不竭的能源，備受人們關注。太陽能電池作為一種可以直接將太陽能轉換為電池的一種裝置，一直是科學界廣泛研究的熱門課題。從硅基太陽能電池到后來的高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池和銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，直到1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學院（EPFL）教授在該研究領域中取得了突破性進展，他們將高比表面積的納米多孔TiO₂電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平板電極引入到染料敏化太陽能電池的研究中，并取得了7.1%的光電轉換效率。目前，該課題組在弱光條件下已將電池效應突破到13.1%，在1個太陽光條件下已經(jīng)超過12%，是一種極具發(fā)展前景的太陽能電池。

TiO₂納米粒子具有顆粒尺寸小，高比表面積等優(yōu)點，一方面有利于電子傳輸，另一方面有利于染料吸附。然而，納米粒子也存在著缺陷，結構無序，大量的捕集點，長的轉移距離等因素，從而導致電極易出現(xiàn)電荷重組，電池轉換效率下降。針對于TiO₂納米粒子的缺點，導電碳材（石墨烯或碳納米管等）等被積極地引入光陽極中進行研究，提高電荷的傳輸過程。

然而，石墨烯等導電碳材不易被普通的溶劑（水，乙醇等）均勻分散，這導致其在應用過程中存在著極大的限制。針對導電碳材不易在普通溶劑中均勻分散的缺點，本發(fā)明采用聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等高粘度親水性液體聚合物作為一種分散劑，同時作為漿料的分散劑，這樣可以減少其他表面活性劑的引入，對電極的表面結構和活性產(chǎn)生的影響，并據(jù)此提出了一種染料敏化太陽能電池復合光陽極及其制作方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于染料敏化太陽能電池的復合結構光陽極及制備方法，該復合結構光陽極是由導電碳材和多晶納米顆粒材料復合而成。采用高粘度親水性液體聚合物作為導電碳材（石墨烯或碳納米管等）的一種分散劑，如液體聚乙二醇（PEG200～PEG800），聚乙烯吡咯烷酮等。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種用于染料敏化太陽能電池的復合結構光陽極，采用二氧化鈦、石墨烯為電極材料，以PEG200～PEG800的高粘度親水性液體聚合物聚乙二醇作為分散劑，以聚乙二醇PEG20000作為電極的固化劑。

本發(fā)明用于染料敏化太陽能電池的復合結構光陽極的制備方法，包括如下步驟：

1）將石墨烯與親水性液體聚合物PEG200～PEG800聚乙二醇中超聲0.5h～24h，使得材料充分分散，形成石墨烯分散液的濃度為0.01mg/ml～10mg/ml。

2）采用分子量為20000的聚乙二醇PEG20000作為電極的固化劑，添加水作為PEG20000的溶劑，水在液體中的體積比v/v5%～50%，攪拌溶解；然后按電極所需石墨烯的量移取步驟1）中的導電碳材分散液；固相石墨烯含量為0.010%～0.040%，液相PEG20000含量為5%～20%，同時加入PEG200～PEG800作為漿料的分散劑，使PEG在液體中的總比例為50%～95%，將尺寸為10～200nm的TiO₂納米材料在上述混合液體中超聲0.5h～6h，然后攪拌0.5h～24h形成粘稠性的漿料，使復合材料均勻地分散于漿料中；

3）將步驟2）得到的物質均勻的涂覆于導電基底上；

4）將刮涂好的極片擱置于空氣中10h～72h去除水份，使得電極材料形成一種膠狀膜；進行電極燒結，獲得的復合光陽極薄膜；同時有利于電極膜在燒結過程中不易發(fā)生皸裂；

5）將復合光陽極薄膜浸泡于染料溶液中浸泡后形成電極膜。

所述的步驟3）中采用刮涂法、懸浮法、絲網(wǎng)印刷法或噴涂法涂覆。

所述的步驟4）電極燒結，采用空氣氣氛下燒結，或采用保護氣氛下燒結。

所述的步驟5）不同類型的染料需要的溶劑/濃度/時間等都不相同，難以全部概括。用N719、N3染料時，將復合光陽極薄膜浸泡于10^-5～10^-3mol/L?N719、N3染料的乙腈溶液或乙醇溶液浸泡4h～72h形成電極膜。