[發明專利]一種提高染料敏化太陽能電池穩定性的光陽極修飾方法

有效

• 申請號: 201510503840.4
• 申請日: 2015-08-17
• 公開（公告）號: CN105161306B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 郝遠強;張銀堂;朱旭;劉寶霞;常竹;崔亞麗;徐茂田
• 申請（專利權）人: 商丘師范學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種染料敏化太陽能電池光陽極的修飾改性方法。

背景技術

由于傳統常規能源的日益耗竭和環境問題加劇，因此亟待開發清潔的可再生能源來滿足人類與日俱增的能源需求。光伏電池是一種重要的可再生能源形式。但目前的光伏發電主要是利用硅基電池組，但是此類電池對材料的要求較苛刻，從而造成了較高的制作成本。染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells, DSSCs)是一種新型的太陽能電池，具有成本較低，易于制作，結構可調控性強等具多優點，被認為具有極大的潛在可能來替代傳統光伏電池。

除效率方面的因素外，穩定性是制約染料敏化太陽能電池實際應用的另一個關鍵因素。目前該類電池中常用的工作電極是吸附有染料分子后的二氧化鈦涂覆的導電玻璃。因此染料分子在二氧化鈦界面上的穩定性對電池的長時間使用起著至關重要的作用。目前該類電池使用多為含釕配合物染料，染料分子常常靠羧基的較弱二齒橋鍵吸附在二氧化鈦表面，但該模式吸附的釕染料在空氣中很不穩定，容易脫附溶解于電解質中，特別是在有水存在的條件下該問題愈發明顯。目前主要采取對染料分子的化學修飾來增強其在二氧化鈦表面的吸附能力，如引入磷酸基團，或通過共價鍵(如酰胺鍵，硅氧鍵)將染料分子鏈接在二氧化鈦表面。但該類方法中會涉及復雜的染料合成過程，而且改變染料分子的化學結構可能會有損其光電性能，如光電子注入效率，對光的吸收能力的等等。因此，涉及開發簡單有效的方法來提高光電極的穩定性，以及染料敏化太陽能的使用壽命是非常必要的。

發明內容

對于上述情況，本發明的目的是提供一種能有效地提高染料敏化太陽能電池穩定性的光陽極表面修飾處理方法。

為實現本發明目的，本發明以水熱法合成一維結構二氧化鈦納米線陣列，以其為染料負載材料，在吸附染料后用硅烷化處理二氧化鈦表面，在二氧化鈦納米線上形成均勻的硅烷化保護層，阻止染料分子從界面上脫附下來，從而大大提高二氧化鈦光陽極的穩定性。具體技術方案如下：

第一步，將摻氟氧化錫導電玻(FTO)基底洗滌進行預處理，加入前驅體溶液，120-220 ^oC溫度下水熱法反應，反應結束，冷卻，取出FTO基底，經洗滌、煅燒，得到一維結構二氧化鈦納米線；

所述前驅體溶液由以下組分以摩爾比組成：有機溶劑：鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦中的一種或兩種 ：無機酸=30 : 0.5-2 ：2-5。

所述有機溶劑選苯、甲苯、二甲苯、環己烷中的一種；

所述無機酸選鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、硫酸、硝酸中的一種或幾種；

第二步，將上述合成的二氧化鈦納米線在含釕絡合物染料的乙醇溶液中浸泡，使之吸附上染料分子。

第三步，將吸附染料后的二氧化鈦納米線陣列置于密閉反應器中，通入氮氣，控制相對濕度為5%-20%，加入硅烷化試劑，反應結束，經沖洗，得到改性的染料敏化太陽能電池的光陽極。

所述的硅烷化試劑的結構通式如下：

其中R1、R2各自獨立選自氫、氯、C_{1 ~ 3}的烷基、OC_{1 ~ 3}的烷氧基，且R1、R2不同時相同，優選三氯甲基硅烷。

硅烷化反應濕度優選10%–20%間，反應時間控制在5 min – 100 min，硅烷化試劑的用量在0.1 mL – 1 mL。

本發明創新點在于：1、采用水熱法制備出一維結構二氧化鈦納米線陣列，正是基于一維有序結構的二氧化鈦納線陣列基底為硅烷化試劑的均勻擴散和反應聚合提供了開放用有利的場所，成使硅烷化試劑在二氧化鈦表面形成均勻的修飾層，有效地阻止染料分子在二氧化鈦界面上的脫附，大大提高了二氧化鈦光陽極的穩定性。2、加入無機酸提高了反應速率。

與傳統提高染料敏化太陽能電池相比，本發明具有以下優點，

1. 本發明采用氣相擴散水解聚合反應實現硅烷化過程，工藝簡單，成本低廉，無需對染料分子的結構進行改變。

2. 本發明制備的光陽極能有效延長染料敏化太陽能電池的使用壽命，光電測試表明，經過該方法處理后的光陽極的在空氣中長時間存放后，仍能保持其原有的光電性能。該方法可廣泛地應用于染料敏化太陽光陽極的表面改性修飾，來提高其穩定性。

附圖說明

圖1為 本發明制備的一維結構二氧化鈦納米線掃描電鏡圖。

圖2為本發明硅烷化修飾的過程圖。