專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏太陽(yáng)能電池，具體是指一種無(wú)機(jī)自敏化染料敏化太陽(yáng)能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)是一種新型的太陽(yáng)能電池，由于具有成本低(約為硅電池成本的1/5 1/10)、理論轉(zhuǎn)換效率高、制備工藝簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是硅太陽(yáng)能電池最有力的競(jìng)爭(zhēng)者。DSSC主要由透明導(dǎo)電基板、二氧化鈦(TiO2)多孔納米晶薄膜、光敏化劑(染料)、電解質(zhì)溶液(含氧化還原電對(duì))和鍍有鉬金的對(duì)電極組成。其基本原理是染料敏化劑吸收光子能量，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，電子快速注入到Ti02導(dǎo)帶，然后經(jīng)Ti02薄膜傳遞到導(dǎo)電基板，再經(jīng)外電路傳遞到對(duì)電極，最后經(jīng)氧化還原電解質(zhì)回到染料基態(tài)，構(gòu)成循環(huán) 電池。目前DSSC電池所使用的染料主要有兩種有機(jī)配合物染料和無(wú)機(jī)量子點(diǎn)。有機(jī)配合物染料一起優(yōu)越的吸光性能，已受到人們的廣泛關(guān)注，目前高轉(zhuǎn)化效率的DSSC電池的敏化劑無(wú)一例外都是有機(jī)染料。但是有機(jī)染料由于自身容易受到氧化鈦光解，而嚴(yán)重影響DSSC電池的使用壽命，并且有機(jī)染料通常都很昂貴，制備困難。因此，無(wú)機(jī)量子點(diǎn)敏化，以其高穩(wěn)定性，不易光解，光電轉(zhuǎn)化效率高，廉價(jià)等特點(diǎn)逐漸受到各國(guó)科研工作者的重視。但是，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)量子點(diǎn)敏化，容易出現(xiàn)量子點(diǎn)團(tuán)聚等問(wèn)題，使得量子點(diǎn)要均勻覆蓋氧化鈦表面十分困難，嚴(yán)重影響了 DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種防止出現(xiàn)量子點(diǎn)的團(tuán)聚、實(shí)現(xiàn)自敏化在氧化鈦表面的均勻覆蓋、延長(zhǎng)染料敏化太陽(yáng)能電池的使用壽命的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池及制備方法。本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池，包括透明導(dǎo)電基板、光敏化劑、含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液，所述的透明導(dǎo)電基板上設(shè)有自敏化氧化鈦光陽(yáng)極。所述的含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液為含有€/Γ氧化還原電對(duì)的電解液。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下步驟第一步，準(zhǔn)備潔凈的FTO導(dǎo)電玻璃基板；第二步，制備氧化鈦漿料；第三步，采用刮涂法、絲網(wǎng)印刷法、噴涂法，在FTO導(dǎo)電玻璃基板涂一層氧化鈦漿料；第四步，對(duì)氧化鈦漿料經(jīng)高溫退火處理，形成氧化鈦多孔薄膜；第五步，將形成氧化鈦多孔薄膜的FTO導(dǎo)電玻璃基板放于爐中，在氫氣氣氛下高溫處理，使氫原子摻雜到氧化鈦的表層原子中，打破氧化鈦表層的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)，使其無(wú)序化，形成自敏化氧化鈦光陽(yáng)極；第六步，將以氫化處理后的氧化鈦多孔薄膜為光陽(yáng)極、含G/Γ的氧化還原電對(duì)的電解液為電解質(zhì)、涂鉬的FTO玻璃為對(duì)電解組裝成DSSC電池。所述的氧化鈦漿料的的制備包括有以上步驟(1)配制氧化鈦前驅(qū)體溶液；(2)將前驅(qū)體溶液放于水熱反應(yīng)釜中經(jīng)100 300°C反應(yīng)5 16h ; (3)經(jīng)過(guò)反復(fù)離心，清洗，分離出純凈的納米氧化鈦粉體；(4)將氧化鈦粉體制成氧化鈦漿料。步驟四中，將氧化鈦漿料放入馬弗爐中450°C退火30min，形成氧化鈦多孔薄膜。優(yōu)選地，步驟五中，將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在35(TC下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(5%H2+95%N2)，處理5h。優(yōu)選地，步驟五中，將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(10%H2+90%N2)，處理3h。
優(yōu)選地，步驟五中，將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在3 5(TC下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(5%H2+95%N2)，處理10h。本發(fā)明無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池及制備方法采用先用水熱法合成氧化鈦納米粉體，然后制成氧化鈦漿料，再采用刮涂法、絲網(wǎng)印刷法、噴涂法等方法，在FTO玻璃涂一層氧化鈦漿料，經(jīng)退火后形成氧化鈦多孔膜，之后再將這種氧化鈦多孔薄膜放于管式爐中，在氫氣氣氛下高溫處理，使氫原子摻雜到氧化鈦的表層原子中，打破氧化鈦表層的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)，使其無(wú)序化。這種表層無(wú)序化結(jié)構(gòu)可以有效的降低氧化鈦的禁帶寬度，使其在可見(jiàn)光區(qū)的吸光能力顯著增強(qiáng)，達(dá)到自敏化的目的。然后在用含有g(shù)/Γ氧化還原電對(duì)的電解液組裝成DSSC電池。氧化鈦表面無(wú)序自敏化是一種新型的無(wú)機(jī)敏化思路，可以防止出現(xiàn)量子點(diǎn)的團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)在氧化鈦表面的均勻覆蓋，延長(zhǎng)DSSC的使用壽命。


附圖I為無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池制備方法處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池，包括透明導(dǎo)電基板、光敏化劑、含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液，所述的透明導(dǎo)電基板上設(shè)有自敏化氧化鈦光陽(yáng)極。所述的含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液為含有霉#1_氧化還原電對(duì)的電解液。如圖I所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下步驟第一步，準(zhǔn)備潔凈的FTO導(dǎo)電玻璃基板；第二步，制備氧化鈦漿料；第三步，采用刮涂法、絲網(wǎng)印刷法、噴涂法，在FTO導(dǎo)電玻璃基板涂一層氧化鈦漿料；第四步，對(duì)氧化鈦漿料經(jīng)高溫退火處理，形成氧化鈦多孔薄膜；第五步，將形成氧化鈦多孔薄膜的FTO導(dǎo)電玻璃基板放于爐中，在氫氣氣氛下高溫處理，使氫原子摻雜到氧化鈦的表層原子中，打破氧化鈦表層的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)，使其無(wú)序化，形成自敏化氧化鈦光陽(yáng)極；第六步，將以氫化處理后的氧化鈦多孔薄膜為光陽(yáng)極、含Ι /Π的氧化還原電對(duì)的電解液為電解質(zhì)、涂鉬的FTO玻璃為對(duì)電解組裝成DSSC電池。所述的氧化鈦漿料的的制備包括有以上步驟(1)配制氧化鈦前驅(qū)體溶液；(2)將前驅(qū)體溶液放于水熱反應(yīng)釜中經(jīng)100 300°C反應(yīng)5 16h ; (3)經(jīng)過(guò)反復(fù)離心，清洗，分離出純凈的納米氧化鈦粉體；(4)將氧化鈦粉體制成氧化鈦漿料。本發(fā)明以氫化處理方法，實(shí)現(xiàn)氧化鈦表面無(wú)序自敏化，有望簡(jiǎn)化DSSC的制備工藝，延長(zhǎng)DSSC的使用壽命。具體實(shí)施例如下實(shí)施例I :
I.配制氧化鈦前驅(qū)體溶液；2.將前驅(qū)體溶液放于水熱反應(yīng)釜中經(jīng)200°C反應(yīng)12h ；3.經(jīng)過(guò)4次的反復(fù)離心，清洗，分離出純凈的納米氧化鈦；4.用上述制備氧化鈦粉體，制備氧化鈦漿料，采用刮涂法涂于FTO導(dǎo)電玻璃上；5.在馬弗爐中450°C退火30min，制備出氧化鈦多孔薄膜；6.將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(5%H2+95%N2)，處理5h ；7.將以氫化處理后的氧化鈦多孔膜為光陽(yáng)極，含《 /Γ的氧化還原電對(duì)的電解液為電解質(zhì)，涂鉬的FTO玻璃為對(duì)電解組裝成DSSC電池。上述制備的染料敏化太陽(yáng)能電池DSSC光電性能在氙燈模擬的太陽(yáng)光下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)AMl. 5，采用電化學(xué)工作站進(jìn)行I-V掃描，測(cè)試結(jié)果為電池的開(kāi)路電壓達(dá)到了 O. 2V，短路電流密度達(dá)到4mA/cm2，光電轉(zhuǎn)化效率接近1%。實(shí)施例2 L配制氧化鈦前驅(qū)體溶液；2.將前驅(qū)體溶液放于水熱反應(yīng)釜中經(jīng)200°C反應(yīng)12h ；3.經(jīng)過(guò)4次的反復(fù)離心，清洗，分離出純凈的納米氧化鈦；4.用上述制備氧化鈦粉體，制備氧化鈦漿料，采用刮涂法涂于FTO導(dǎo)電玻璃上；5.在馬弗爐中450°C退火30min，制備出氧化鈦多孔薄膜；6.將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(10%H2+90%N2),處理3h ；7.將以氫化處理后的氧化鈦多孔膜為光陽(yáng)極，含 /Γ的氧化還原電對(duì)的電解液為電解質(zhì)，涂鉬的FTO玻璃為對(duì)電解組裝成DSSC電池。上述制備的染料敏化太陽(yáng)能電池DSSC光電性能在氙燈模擬的太陽(yáng)光下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)AMl. 5，采用電化學(xué)工作站進(jìn)行I-V掃描，測(cè)試結(jié)果為電池的開(kāi)路電壓達(dá)到了 O. 2V，短路電流密度達(dá)到4mA/cm2，光電轉(zhuǎn)化效率接近1%。實(shí)施例3 I.配制氧化鈦前驅(qū)體溶液；2.將前驅(qū)體溶液放于水熱反應(yīng)釜中經(jīng)200°C反應(yīng)12h ；3.經(jīng)過(guò)4次的反復(fù)離心，清洗，分離出純凈的納米氧化鈦；4.用上述制備氧化鈦粉體，制備氧化鈦漿料，采用刮涂法涂于FTO導(dǎo)電玻璃上；
5.在馬弗爐中450°C退火30min，制備出氧化鈦多孔薄膜；6.將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(5%H2+95%N2)，處理IOh ；7.將以氫化處理后的氧化鈦多孔膜為光陽(yáng)極，含「的氧化還原電對(duì)的電解液為電解質(zhì)，涂鉬的FTO玻璃為對(duì)電解組裝成DSSC電池。上述制備的染料敏化太陽(yáng)能電池DSSC光電性能在氙燈模擬的太陽(yáng)光下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)AMl. 5，采用電化學(xué)工作站進(jìn)行I-V掃描，測(cè)試結(jié)果為電池的開(kāi)路電壓達(dá)到了 O. 22V，短路電流密度達(dá)到4. 5mA/cm2，光電轉(zhuǎn)化效率接近1%。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說(shuō)明書(shū)附圖所示和以上所述而順暢地實(shí)施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的·技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池，包括透明導(dǎo)電基板、光敏化劑、含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液，其特征在于所述的透明導(dǎo)電基板上設(shè)有自敏化氧化鈦光陽(yáng)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于所述的含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液為含有氧化還原電對(duì)的電解液。
3.—種生產(chǎn)上述權(quán)利要求I或2所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 第一步，準(zhǔn)備潔凈的FTO導(dǎo)電玻璃基板； 第二步，制備氧化鈦漿料； 第三步，采用刮涂法、絲網(wǎng)印刷法、噴涂法，在FTO導(dǎo)電玻璃基板涂一層氧化鈦漿料； 第四步，對(duì)氧化鈦漿料經(jīng)高溫退火處理，形成氧化鈦多孔薄膜； 第五步，將形成氧化鈦多孔薄膜的FTO導(dǎo)電玻璃基板放于爐中，在氫氣氣氛下高溫處理，使氫原子摻雜到氧化鈦的表層原子中，打破氧化鈦表層的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)，使其無(wú)序化，形成自敏化氧化鈦光陽(yáng)極； 第六步，將以氫化處理后的氧化鈦多孔薄膜為光陽(yáng)極、含ii/Γ的氧化還原電對(duì)的電解液為電解質(zhì)、涂鉬的FTO玻璃為對(duì)電解組裝成DSSC電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述的氧化鈦漿料的的制備包括有以上步驟(I)配制氧化鈦前驅(qū)體溶液；(2 )將前驅(qū)體溶液放于水熱反應(yīng)釜中經(jīng)100 300°C反應(yīng)5 16h ; (3)經(jīng)過(guò)反復(fù)離心，清洗，分離出純凈的納米氧化鈦粉體；(4)將氧化鈦粉體制成氧化鈦漿料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于步驟四中，將氧化鈦漿料放入馬弗爐中450°C退火30min，形成氧化鈦多孔薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于步驟五中，將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(5%H2+95%N2 )，處理5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于步驟五中，將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(10%H2+90%N2),處理3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于步驟五中，將所制備的氧化鈦多孔膜放于管式爐中，在350°C下，再以400mL/min的速度通入氫氣流(5%H2+95%N2 )，處理IOh。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池及制備方法，所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池包括透明導(dǎo)電基板、光敏化劑、含氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)溶液，所述的透明導(dǎo)電基板上設(shè)有自敏化氧化鈦光陽(yáng)極；所述的無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池的制備方法包括潔凈的FTO導(dǎo)電玻璃基板處理、氧化鈦漿料制備、在FTO導(dǎo)電玻璃基板涂一層氧化鈦漿料、高溫退火處理、氫化處理等步驟。本發(fā)明無(wú)機(jī)敏化染料敏化太陽(yáng)能電池及制備方法可以防止出現(xiàn)量子點(diǎn)的團(tuán)聚、實(shí)現(xiàn)自敏化在氧化鈦表面的均勻覆蓋、延長(zhǎng)染料敏化太陽(yáng)能電池的使用壽命。
文檔編號(hào)H01G9/20GK102938329SQ201210421390
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者王寧, 陸川, 楊奎, 何泓材, 陳海軍, 陳振威, 朱家坤, 羅斐斐, 汪興 申請(qǐng)人:東莞電子科技大學(xué)電子信息工程研究院