[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910610354.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN110364363B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈海浪;彭智杰;李珊珊;龔炳泉;包政律;關(guān)明云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01G9/052;H01G9/035
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 陳麗萍

本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，通過(guò)改進(jìn)光陽(yáng)極制備方法，使其進(jìn)行活化和染料敏化，使制得的活化光陽(yáng)極具有較低的電阻、較高的染料吸附率，使可供反應(yīng)的活性位點(diǎn)增多，并形成了理想的多孔薄膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且膜的厚度可控，在6?12μm厚度范圍內(nèi)的膜擁有較好的電荷傳輸性能和較高的染料負(fù)載量；改進(jìn)電解質(zhì)配方，配置簡(jiǎn)單高效，具有優(yōu)秀的電子傳輸能力，可以進(jìn)行高效的還原再生；電池組裝簡(jiǎn)單高效。本發(fā)明方法通過(guò)進(jìn)行電解質(zhì)的改進(jìn)與光陽(yáng)極制備方法的改進(jìn)能夠有效提高太陽(yáng)能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率，至少提高了25.5％，并在一定程度上提高了染料的吸附率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法。

背景技術(shù)

典型的染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)器件包括光陽(yáng)極、染料敏化劑、電解質(zhì)和對(duì)電極四個(gè)部分組成，四部分功能各不相同，整個(gè)電池呈三明治結(jié)構(gòu)。DSSC將光吸收過(guò)程與電子收集過(guò)程分開，即分別由敏化劑和介孔氧化物半導(dǎo)體基底來(lái)完成。電池基底通常是有二氧化鈦納米晶燒結(jié)在一起形成介孔氧化物半導(dǎo)體層；敏化劑是染料分子吸附在納米晶薄膜表面上的單層染料分子。在光照下，敏化在TiO₂半導(dǎo)體上的染料分子吸收太陽(yáng)光，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，它以非常快的速率注入到較低能級(jí)的半導(dǎo)體導(dǎo)帶中，然后電子流經(jīng)外電路產(chǎn)生電流，并流到對(duì)電極；而氧化態(tài)染料分子會(huì)被電解液中的氧化還原電對(duì)還原再生，使其回到基態(tài)，氧化態(tài)的電解質(zhì)擴(kuò)散到對(duì)電極然后被電子還原，由此完成了一個(gè)光電化學(xué)反應(yīng)的循環(huán)。

從目前的研究結(jié)果來(lái)看，納米尺寸的TiO₂不僅性能優(yōu)異而且具有較好的穩(wěn)定性，是目前綜合性能最好的光陽(yáng)極材料，但目前納米結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極的發(fā)展仍然處于初級(jí)階段；染料敏化劑種類繁多，高性能的染料敏化劑是提高電池性能的關(guān)鍵；貴金屬鉑有良好的導(dǎo)電性和催化性能，是最常用的對(duì)電極；在電解質(zhì)方面，現(xiàn)階段電解質(zhì)分為液態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)，目前最成熟的電解質(zhì)體系是碘電對(duì)液態(tài)體系，它擴(kuò)散速度快，滲透性好，具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但液態(tài)電解質(zhì)最大的缺點(diǎn)是不夠穩(wěn)定，易泄露、揮發(fā)、有腐蝕性，而采用準(zhǔn)固態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，也只能在一定程度上提高DSSC的穩(wěn)定性，但是大部分電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍低于含液態(tài)電解質(zhì)的電池。

如何高效制備染料敏化太陽(yáng)能電池并提高光電轉(zhuǎn)換效率對(duì)新能源的研究有很重要的意義，需要綜合考慮染料、半導(dǎo)體納米晶、電解質(zhì)對(duì)電極的能級(jí)匹配以及相互作用對(duì)電池性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高含單分子染料的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，而從光陽(yáng)極的制備工藝和電解質(zhì)的配方工藝出發(fā)，提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，本發(fā)明方法可將含單分子卟啉染料YD2-O-C8的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從7.42％提高至9.31％。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下步驟：

(1)光陽(yáng)極的制備：所述光陽(yáng)極按順序依次包括FTO導(dǎo)電玻璃基底、透明層、散射層，將所述透明層和散射層制成透明層漿料和散射層漿料，將所述透明層漿料和散射層漿料分別通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方法印刷到干凈的FTO導(dǎo)電玻璃基底上，形成一層6-12微米的薄膜，由此制得光陽(yáng)極；

(2)光陽(yáng)極的活化：將所述光陽(yáng)極進(jìn)行升溫程序燒結(jié)，然后使用四氯化鈦水溶液在70-90℃下浸泡至少30min，取出后洗滌，晾干后在至少480℃下進(jìn)行煅燒至少30min，制得活化光陽(yáng)極；

(3)染料的敏化：將染料敏化劑溶于有機(jī)溶劑中，超聲處理至少10min，然后加入所述活化光陽(yáng)極進(jìn)行浸泡2-12h，使染料敏化劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)吸附在活化光陽(yáng)極的表面，浸泡結(jié)束洗滌，烘干，制得染料敏化后的活化光陽(yáng)極，備用；