一種染料敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽(yáng)能電池，包括光電極、與光電極對(duì)置的對(duì)電極和保持在光電極與對(duì)電極之間的電解質(zhì)層，所述光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)設(shè)有防紫外線層。本發(fā)明提供的染料敏化太陽(yáng)能電池，通過防紫外線層能夠有效降低將太陽(yáng)光中的紫外線對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池劣化，提高染料敏化太陽(yáng)能電池耐久性，延長(zhǎng)染料敏化太陽(yáng)能電池的使用壽命，利于染料敏化太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
【專利說明】一種染料敏化太陽(yáng)能電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，尤其涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]作為代替化石燃料的能源，利用了太陽(yáng)光的太陽(yáng)能電池受到關(guān)注，人們對(duì)其進(jìn)行了各種研究。太陽(yáng)能電池是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電轉(zhuǎn)換裝置，由于以太陽(yáng)光作為能源，所以對(duì)地球環(huán)境的影響極小，可以得到更廣泛的普及。
[0003]近年來將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能的研究發(fā)展很快。應(yīng)用了由染料敏化的光感應(yīng)電子移動(dòng)的染料敏化型太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)，近年來作為代替硅
(Si)類太陽(yáng)能電池等的下一代太陽(yáng)能電池受到關(guān)注，并被廣泛地研究。染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)的優(yōu)點(diǎn)十分突出:1、制作簡(jiǎn)單，成本低；2、所使用的染料敏化劑可以在很低的光能量下達(dá)到飽和，因此可在各種光照條件下使用；3、可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作；4、可以制成透明的產(chǎn)品，應(yīng)用于門窗、屋頂以及汽車頂。因此它迅速成為世界各國(guó)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，取得了豐富的成果，掀起了各國(guó)研究DSSC太陽(yáng)能電池的熱潮。
[0004]染料敏化太陽(yáng)能電池作為第三代太陽(yáng)能電池，是目前最有潛力的硅太陽(yáng)能電池廉價(jià)替代物，它以廉價(jià)的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體制備成具有多孔結(jié)構(gòu)、高比表面積的納米晶薄膜，薄膜上吸附光敏染料， 并選用適當(dāng)?shù)难趸€原電解質(zhì)，利用染料來俘獲太陽(yáng)光。其工作原理為:染料分子在吸收了光子后躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中，電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中，處于氧化態(tài)的染料被電解質(zhì)還原再生，氧化態(tài)的電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子后被還原，從而完成一個(gè)循環(huán)。
[0005]但是在長(zhǎng)期光照下，由于太陽(yáng)光中的紫外會(huì)導(dǎo)致了染料敏化太陽(yáng)能電池劣化，從而使得光電轉(zhuǎn)化效率降低，染料敏化太陽(yáng)能電池耐久性降低，限制染料敏化太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服上述不足，提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池，能夠提高染料敏化太陽(yáng)能電池的耐久性。
[0007]本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽(yáng)能電池，包括光電極、與光電極對(duì)置的對(duì)電極和保持在光電極與對(duì)電極之間的電解質(zhì)層，所述光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)設(shè)有防紫外線層。
[0008]優(yōu)選地，所述防紫外線層選自具有防紫外線性能的玻璃、聚合物薄膜、涂料以及表面鍍膜中的至少一種。
[0009]優(yōu)選地，所述防紫外線層的可見光透過率為80%_100%，波長(zhǎng)為350nm以下的光線的透過率為0%。
[0010]優(yōu)選地，按距所述電解質(zhì)層由遠(yuǎn)至近的順序，所述光電極包括光電極透明基板和光電極膜，所述對(duì)電極包括對(duì)電極基板和對(duì)電極膜。[0011 ] 其中，所述防紫外線層覆蓋在所述光電極透明基板遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)上。
[0012]其中，所述光電極側(cè)透明基板可以為透明無(wú)機(jī)基板或透明塑料基板。
[0013]優(yōu)選地，所述透明無(wú)機(jī)基板為石英、藍(lán)寶石或玻璃等。
[0014]優(yōu)選地，所述透明塑料基板的組成材料選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺、聚砜和聚烯烴等中的至少一種。
[0015]其中，所述光電極膜為承載有敏化染料的半導(dǎo)體多孔膜。
[0016]優(yōu)選地，所述承載有敏化染料的半導(dǎo)體多孔膜中半導(dǎo)體材料可以為Ti02、Mg0、ZnO、SnO2, WO3> Fe203、ln203、Bi2O3, Nb2O5, SrTiO3, BaTiO3, ZnS, CdS, CdSe, CdTe, PbS、CuInS或InP等。
[0017]優(yōu)選地，承載在所述承載有敏化染料的半導(dǎo)體多孔膜上的敏化染料為釕聯(lián)吡啶絡(luò)合物。
[0018]優(yōu)選地，所述對(duì)電極膜的組成材料選自鉬、金、碳或?qū)щ娦跃酆衔铩?br> [0019]優(yōu)選地，所述電解質(zhì)層中的電解質(zhì)溶液為氧化還原電對(duì)系統(tǒng)，其中，氧化還原電對(duì)可以為 r/I3-、Br7Br2、醌 / 氫醌、SCN7 (SCN)2、Fe2+/Fe3+ 或 Cu+/Cu2+ 等。
[0020]其中，在對(duì)電極側(cè)透明基板上的設(shè)有電解質(zhì)溶液注入孔，在將電解質(zhì)溶液注入到兩電極之間之后，所述電解質(zhì)溶液注入孔被密封。
[0021]本發(fā)明提供的染料敏化太陽(yáng)能電池，通過防紫外線層能夠有效降低將太陽(yáng)光中的紫外線對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池劣化，提高染料敏化太陽(yáng)能電池耐久性，延長(zhǎng)染料敏化太陽(yáng)能電池的使用壽命，利于染料敏化太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為市售標(biāo)準(zhǔn)Z907染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；
圖3為實(shí)施例1中所用市售防紫外線玻璃的光透過率曲線；
圖4為實(shí)施例1和對(duì)照例的電流密度-電壓曲線圖；
圖5為實(shí)施例1的光老化加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖6為實(shí)施例2中所用市售防紫外線聚合物薄膜的光透過率曲線；
圖7為實(shí)施例2和對(duì)照例的電流密度-電壓曲線圖；
圖8為實(shí)施例2的光老化加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖9為實(shí)施例3中所用市售防紫外線涂料的光透過率曲線；
圖10為實(shí)施例3和對(duì)照例的電流密度-電壓曲線圖；
圖11為實(shí)施例3的光老化加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖12為實(shí)施例4中所用防紫外線表面鍍膜的光透過率曲線；
圖13為實(shí)施例4和對(duì)照例的電流密度-電壓曲線圖；
圖14為實(shí)施例4的光老化加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖15為對(duì)照例的光老化加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面參照附圖，結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以更好地理解本發(fā)明。[0024]本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池包括光電極、與光電極對(duì)置的對(duì)電極和保持在光電極與對(duì)電極之間的電解質(zhì)層5，其中，所述光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)設(shè)有防紫外線層6。
[0025]按距電解質(zhì)層5由遠(yuǎn)至近的順序，光電極包括光電極透明基板I和光電極膜2，對(duì)電極包括對(duì)電極基板3和對(duì)電極膜4。
[0026]對(duì)照例
1.染料溶液的制作
把市售標(biāo)準(zhǔn)Z907染料(化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖2所示)提純后，溶于乙腈:叔丁醇=1:1的溶劑中，配成0.4mmol/L的染料溶液。
[0027]2.光電極制作
把顆粒直徑為20nm的市售TiO2漿料用絲網(wǎng)印刷方法涂布在FTO導(dǎo)電玻璃表面，放在馬弗爐中在500°C下燒結(jié)2小時(shí)，得到20 μ m的TiO2膜。TiO2電極在染料溶液中浸泡2天。
[0028]3.對(duì)電極制作
市售的導(dǎo)電聚合物用絲網(wǎng)印刷方法涂布在鈦對(duì)電極基板上，放在馬弗爐中在300°C下燒結(jié)0.5小時(shí)，冷卻至室溫。
[0029]4.電池制作
把光電極和對(duì)電極用熱熔膠接合，注入電解液，制得染料敏化太陽(yáng)能電池。
[0030]實(shí)施例1
1.染料溶液的制作
把市售標(biāo)準(zhǔn)Z907染料(化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖2所示)提純后，溶于乙腈:叔丁醇=1:1的溶劑中，配成0.4mmol/L的染料溶液。
[0031]2.光電極制作
把顆粒直徑為20nm的市售TiO2漿料用絲網(wǎng)印刷方法涂布在FTO導(dǎo)電玻璃表面，放在馬弗爐中在500°C下燒結(jié)2小時(shí)，得到20 μ m的TiO2膜。TiO2電極在染料溶液中浸泡2天。
[0032]3.對(duì)電極制作
市售的導(dǎo)電聚合物用絲網(wǎng)印刷方法涂布在鈦對(duì)電極基板上，放在馬弗爐中在300°C下燒結(jié)0.5小時(shí)，冷卻至室溫。
[0033]4.電池制作
把光電極和對(duì)電極用熱熔膠接合，注入電解液，在光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)上覆蓋一層市售防紫外線玻璃制得染料敏化太陽(yáng)能電池，其中，經(jīng)檢測(cè)，該市售防紫外線玻璃的可見光透過率為90%，波長(zhǎng)為366納米的光線透過率為0%，波長(zhǎng)為389納米的光線透過率為50%，如圖3所示。
[0034]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖4所示，電壓和電流并未發(fā)生明顯變化，說明實(shí)施例1所得染料敏化太陽(yáng)能電池的初始性能與對(duì)照例相同。
[0035]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行光老化加速實(shí)驗(yàn)，對(duì)照例的電池效率在IOOh后降到了 0，如圖15所示，而本實(shí)施例的電池效率的初始效率為6.74%，IOOh后為6.19%，500h后為4.29%，如圖5所示，說明本實(shí)施例所得染料敏化太陽(yáng)能電池的耐久性更高，使用壽命更長(zhǎng)。
[0036]實(shí)施例2
制備工藝同實(shí)施例1，其不同之處在于在光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)上覆蓋一層市售防紫外線聚合物薄膜，經(jīng)檢測(cè)，該市售防紫外線聚合物薄膜的可見光透過率為91%，波長(zhǎng)為372納米的光線透過率為0%，波長(zhǎng)為391納米的光線透過率為50%，如圖6所示。
[0037]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖7所示，電壓和電流并未發(fā)生明顯變化，說明實(shí)施例1所得染料敏化太陽(yáng)能電池的初始性能與對(duì)照例相同。
[0038]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行光老化加速實(shí)驗(yàn)，對(duì)照例的電池效率在IOOh后降到了 0，而本實(shí)施例的電池效率的初始效率為6.80%, IOOh后為6.24%，500h后為
4.30%，如圖8所示，說明本實(shí)施例所得染料敏化太陽(yáng)能電池的耐久性更高，使用壽命更長(zhǎng)。
[0039]實(shí)施例3
制備工藝同實(shí)施例1，其不同之處在于在光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)上涂覆一層市售防紫外線涂料，經(jīng)檢測(cè)，該市售防紫外線涂料的可見光透過率為90%，波長(zhǎng)為372納米的光線透過率為0%，波長(zhǎng)為399納米的光線透過率為50%，如圖9所示。
[0040]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖10所示，電壓和電流并未發(fā)生明顯變化，說明實(shí)施例1所得染料敏化太陽(yáng)能電池的初始性能與對(duì)照例相同。
[0041]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行光老化加速實(shí)驗(yàn)，對(duì)照例的電池效率在IOOh后降到了 0，而本實(shí)施例的電池效率的初始效率為6.72%，IOOh后為6.20%, 500h后為4.31%，如圖11所示，說明本實(shí)施例所得染料敏化太陽(yáng)能電池的耐久性更高，使用壽命更長(zhǎng)。
[0042]實(shí)施例4
制備工藝同實(shí)施例1，其不同之處在于在光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)上覆蓋一層防紫外線表面鍍膜，經(jīng)檢測(cè)，該表面鍍膜的可見光透過率為90%，波長(zhǎng)為376納米的光線透過率為0%，波長(zhǎng)為396納米的光線透過率為50%，如圖12所示。
[0043]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖13所示，電壓和電流并未發(fā)生明顯變化，說明實(shí)施例1所得染料敏化太陽(yáng)能電池的初始性能與對(duì)照例相同。
[0044]對(duì)所得染料敏化太陽(yáng)能電池性能進(jìn)行光老化加速實(shí)驗(yàn)，對(duì)照例的電池效率在IOOh后降到了 0，而本實(shí)施例的電池效率的初始效率為6.80%, IOOh后為6.23%, 500h后為4.32%，如圖14所示，說明本實(shí)施例所得染料敏化太陽(yáng)能電池的耐久性更高，使用壽命更長(zhǎng)。
[0045]表1實(shí)施例1-4和對(duì)照例的染料敏化太陽(yáng)能電池的初始性能表征結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括光電極、與光電極對(duì)置的對(duì)電極和保持在光電極與對(duì)電極之間的電解質(zhì)層，其中，所述光電極遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)設(shè)有防紫外線層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述防紫外線層選自具有防紫外線性能的玻璃、聚合物薄膜、涂料以及表面鍍膜中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述染料敏 化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述防紫外線層的可見光透過率為80%-100%，波長(zhǎng)為350nm以下的光線的透過率為0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，按距所述電解質(zhì)層由遠(yuǎn)至近的順序，所述光電極包括光電極透明基板和光電極膜，所述對(duì)電極包括對(duì)電極基板和對(duì)電極膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述防紫外線層覆蓋在所述光電極透明基板遠(yuǎn)離電解質(zhì)層的一側(cè)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述光電極透明基板為透明無(wú)機(jī)基板或透明塑料基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述透明無(wú)機(jī)基板為石英、藍(lán)寶石或玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述透明塑料基板的組成材料選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺、聚砜和聚烯烴中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述光電極膜為承載有敏化染料的半導(dǎo)體多孔膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述載有敏化染料的半導(dǎo)體多孔膜中半導(dǎo)體材料為 TiO2、MgO、ZnO、SnO2、WO3、Fe2O3、In203、Bi203、Nb2O5、SrTiO3、BaTiO3、ZnS, CdS, CdSe, CdTe, PbS, CuInS 或 InP。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述載有敏化染料的半導(dǎo)體多孔膜中的染料為釕聯(lián)吡啶絡(luò)合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述對(duì)電極膜的組成材料選自鉬、金、碳或?qū)щ娦跃酆衔铩?br> 【文檔編號(hào)】H01G9/20GK103903865SQ201210581749
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】李勇明, 楊松旺, 陳宗琦, 沈滬江, 劉巖 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所