[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410702847.4
• 申請(qǐng)日: 2014-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN104465111A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐立丹;王冰;彭淑靜;王建中;齊錦剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01G9/042;H01G9/048
• 代理公司: 錦州遼西專利事務(wù)所 21225
• 代理人: 李輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能以其清潔和永久性的優(yōu)勢(shì)日益受到研究者的重視，是極具潛力的新型能源。而制約太陽(yáng)能電池應(yīng)用的主要問(wèn)題是太陽(yáng)能電池制作成本高。染料敏化太陽(yáng)能電池制備工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境要求不高、易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本太陽(yáng)能電池生產(chǎn)，因此染料敏化太陽(yáng)能電池研究已成為當(dāng)今世界光伏技術(shù)研究開發(fā)工作的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

典型的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池是平板型的三明治結(jié)構(gòu)，主要由光陽(yáng)極（覆蓋一層染料分子的半導(dǎo)體多孔膜）、光陰極（鍍有鉑膜的導(dǎo)電玻璃）和電解質(zhì)三部分組成。其中光陽(yáng)極的作用是通過(guò)吸附在半導(dǎo)體表面的染料分子吸收太陽(yáng)光，電子從染料的最高占據(jù)軌道(HOMO)激發(fā)到最低未占軌道(LUMO)，激發(fā)態(tài)的電子迅速注入半導(dǎo)體導(dǎo)帶中，經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體膜到達(dá)導(dǎo)電玻璃基體，進(jìn)入外電路。因此光陽(yáng)極是染料分子的支撐和吸附載體，同時(shí)也是載流子的傳輸和分離的載體，是染料敏化太陽(yáng)能電池的最關(guān)鍵部分。采用一維TiO2納米陣列作為太陽(yáng)能染料敏化電池的光陽(yáng)極材料，電子在垂直于導(dǎo)電基底的單晶陣列結(jié)構(gòu)中傳輸具有極高的傳輸速率和最低損耗，能夠減少電子傳輸時(shí)間，有利于提高電池轉(zhuǎn)化效率。然而整齊的一維納米陣列的致密度較低，染料吸附面積較小，不利于太陽(yáng)光吸收，降低了太陽(yáng)能電池的功率輸出，因此，增加納米陣列的致密度是目前提高染料敏化太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高納米棒的生長(zhǎng)密度，提高染料吸附的表面積，提高光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法，其具體步驟如下：

（1）制備絨面碳膜

以FTO導(dǎo)電玻璃作為基片，清洗后，用厚度為0.1mm～0.3mm帶有圓孔狀篩網(wǎng)的擋膜覆蓋在基片表面，采用直流磁控濺射方式，以純度≥99.99%高純石墨為靶材，在基片覆蓋擋片一側(cè)沉積厚度為150nm～200nm的碳沉積層，其中，濺射腔的真空度為3×10^-4?～7×10^-4?Pa，充入純度為99.99%的氬氣為反應(yīng)氣，沉積時(shí)的工作氣壓為0.5Pa～0.6?Pa，濺射功率為40?W～60W，濺射時(shí)間為40min～60min；濺射完成后，將覆蓋在FTO導(dǎo)電玻璃上的擋膜取下，得到絨面碳膜；

（2）配制反應(yīng)溶液

將鹽酸用水稀釋作為溶劑，向溶劑中加入鈦酸四正丁酯，攪拌至混合溶液變?yōu)橥该鳎玫椒磻?yīng)溶液；所述反應(yīng)溶液中鈦酸四正丁酯的濃度為1.6%～1.8%，其中鹽酸與水的質(zhì)量比為1:1～1:1.2；

（3）脈沖電磁場(chǎng)處理

將步驟（1）制備好絨面碳膜的FTO玻璃放入反應(yīng)釜中，具有絨面碳膜的一面朝向下方放置，將步驟（2）配制好的反應(yīng)溶液注入反應(yīng)釜中，用電脈沖發(fā)生器對(duì)反應(yīng)釜中的反應(yīng)體系施加電脈沖磁場(chǎng)處理，脈沖時(shí)間為5?min～8min，脈沖電壓為700?V～900V，脈沖頻率為6?Hz～9Hz；處理后將反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為160℃～180℃，反應(yīng)時(shí)間為8h～10h，在絨面碳膜表面生長(zhǎng)一層TiO₂納米棒陣列，降溫至室溫后取出FTO導(dǎo)電玻璃，用去離子水沖洗3次～5次，烘干，得到染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極。

所述圓孔狀篩網(wǎng)的擋片的圓孔間距為3μm～5μm，圓孔直徑為10μm～30μm。

所述擋膜的材質(zhì)為塑料或紙質(zhì)。

反應(yīng)溶液的注入量為反應(yīng)釜容積的60%～70%。

所述FTO導(dǎo)電玻璃厚度為3?mm～5mm。

清洗基片時(shí)，先在丙酮中超聲清洗，再在無(wú)水乙醇中超聲清洗，最后用去離子水沖洗干凈，烘干。

本發(fā)明的有益效果：

在磁控濺射過(guò)程中，碳原子沉積在圓孔內(nèi)，由于碳原子在襯底上擴(kuò)散，所得碳薄膜出現(xiàn)連續(xù)島狀結(jié)構(gòu)；并在絨面碳膜襯底上生長(zhǎng)TiO2納米棒陣列，不僅能夠提高納米棒的生長(zhǎng)密度，提高染料吸附的表面積，而且TiO2納米棒陣列生長(zhǎng)在凹凸不平的絨面碳膜上，增加了光的散射，提高太陽(yáng)光的吸收，此外石墨是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，有利于電子的傳輸。因此可以提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。采用脈沖電磁場(chǎng)輔助水熱合成方法在絨面碳膜襯底上生長(zhǎng)TiO₂納米棒陣列，納米棒尺寸小，直徑為70?nm～80nm，致密度高而且附著力好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖；