本申請涉及染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種包含二氧化鈦空心球結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池。
背景技術(shù)：
能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，目前，主要依賴石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源，但傳統(tǒng)能源的有限性及開發(fā)過程中帶來的環(huán)境問題日益嚴重，嚴重制約了經(jīng)濟和社會的發(fā)展。而太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，其能很好的滿足人類對能源的需求，但是就目前太陽能電池高成本一直是太陽能電池推廣使用的瓶頸，也是太陽能電池能否大范圍推廣使用的先決條件。
染料敏化太陽能電池(dssc)，以其原材料豐富、成本低、無毒、相對簡單的制作工藝等優(yōu)點，吸引了學(xué)界、工業(yè)界的廣泛關(guān)注，目前，所見最多的是基于tio2薄膜的小面積染料敏化太陽能電池，影響dssc光電轉(zhuǎn)換效率的因素有很多，其中包括光陽極、對電極、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、電池封裝等，特別是光陽極，對電池的光電轉(zhuǎn)換效率有著至關(guān)重要的影響。為了改善光陽極，人們一直在探索不同的途徑，其中包括制備不同形貌的納米材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種包含二氧化鈦空心球結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池，以解決上述提出問題。
本發(fā)明的實施例中提供了一種包含二氧化鈦空心球結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池，包括光陽極、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)和對電極，該光陽極包括fto基底、zno微球?qū)雍蛅io2空心球?qū)?，其中，該zno微球?qū)釉O(shè)于fto基底表面，該tio2空心球?qū)釉O(shè)于zno微球?qū)颖砻妗?/p>
本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：
本發(fā)明的染料敏化太陽能電池包括光陽極、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)和對電極，該光陽極包括fto基底、zno微球?qū)雍蛅io2空心球?qū)樱渲?，該zno微球?qū)釉O(shè)于fto基底表面，該tio2空心球?qū)釉O(shè)于zno微球?qū)颖砻?；在上述zno微球、tio2空心球的協(xié)同作用下，使得本申請的光陽極在染料吸附性能、比表面積、光散射性能、電子傳輸性能方面均有較大的提高，有效提高了光電轉(zhuǎn)換效率。
本申請附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。
附圖說明
利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
圖1是本發(fā)明染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1-光陽極，3-氧化還原電解質(zhì)，4-對電極，11-fto基底，12-zno微球?qū)樱?3-tio2空心球?qū)印?/p>
具體實施方式
這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
本申請的實施例涉及一種包含二氧化鈦空心球結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池，該染料敏化太陽能電池包括光陽極1、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)3和對電極4，其中，該光陽極1包含二氧化鈦空心球結(jié)構(gòu)。
對電極4是在fto基底的上表面印刷有鉑；染料敏化劑為n719釕染料；氧化還原電解質(zhì)3的組份為0.6mol/l的1-丁基-3-甲基咪唑碘鹽、0.03mol/l的碘、0.5mol/l的叔丁基吡啶、0.1mol/l的硫氰酸胍、0.05mol/l的碘化鋰的乙腈溶液。
該光陽極1包括fto基底11、zno微球?qū)?2和tio2空心球?qū)?3，其中，該zno微球?qū)?2設(shè)于fto基底11表面，該tio2空心球?qū)?3設(shè)于zno微球?qū)?2表面，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在該光陽極1中，包括tio2空心球?qū)?3，其中，該tio2空心球?qū)?3厚度為30μm，tio2空心球直徑為10μm，該tio2空心球是以花粉為模板制備的，該tio2空心球的球殼層是由tio2納米晶團聚而成。
本申請的光陽極中，不同于一般情況下的tio2顆粒，而采用tio2空心球結(jié)構(gòu)，在該tio2空心球中，其以花粉為模板制備，因此，其球殼層表面表現(xiàn)為類似花粉的開放的孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且該球殼層是由tio2納米晶團聚而成，在該種結(jié)構(gòu)下，其除了具有較大的比表面積能夠吸附較多的染料外，還能夠有效提高光的散射性能。
在該光陽極1中，在fto基底11和tio2空心球?qū)?3之間還設(shè)有zno微球?qū)?2，該zno微球?qū)?2厚度為30μm，該zno微球的直徑為2μm，上述的zno微球是由zno納米顆粒團聚而成的，該zno納米顆粒直徑為30nm。
本申請的光陽極中，不同于一般情況下的tio2顆粒，在fto基底和tio2空心球?qū)又g設(shè)有zno微球?qū)?，氧化鋅是一種具有多種功能的半導(dǎo)體材料，其在氣體傳感器、場致電子發(fā)射等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，將氧化鋅材料與二氧化鈦材料結(jié)合作為光陽極材料的技術(shù)方案不多，本申請中，由于氧化鋅與二氧化鈦具有相似的禁帶寬度和電子親和性，tio2空心球與zno微球結(jié)合，使得染料的吸附大大增加。
在上述zno微球、tio2空心球的協(xié)同作用下，使得本申請的光陽極在染料吸附性能、比表面積、光散射性能、電子傳輸性能方面均有較大的提高，有效提高了光電轉(zhuǎn)換效率。
本申請所述染料敏化太陽能電池的制備過程如下：
a、制備zno微球?qū)?/p>
a1、將500ml的甲醇溶液和8g的二水乙酸鋅在磁力攪拌下攪拌均勻；
a2、然后將清洗干凈的fto基底放入該甲醇溶液中，導(dǎo)電面朝上，恒溫60℃反應(yīng)24h，然后將fto基底取出，清洗、干燥；
a3、將該fto基底在350℃下煅燒70min，升溫速率為6℃/min，煅燒后自然降溫，在fto基底上得到zno微球?qū)樱?/p>
b、制備tio2空心球
b1、首先，篩選出直徑10μm的油菜花花粉，取6g用酒精漂洗、干燥；
b2、然后，向150ml的去例子水中加入3g的ti(so4)2，攪拌20min，再向上述去離子水中加入0.42g的氟化銨和1.2g的尿素，攪拌30min，再向上述去離子水中加入6g花粉，攪拌10min，然后將上述去離子水轉(zhuǎn)移到水熱釜中，將其在180℃水熱反應(yīng)15h，反應(yīng)結(jié)束后，收集水熱釜中白色沉淀，并將其清洗干凈，在干燥箱中80℃下干燥10h后得到tio2空心球；
c、制備光陽極
c1、取上述得到的tio2空心球2g，松油醇7g，10％的乙基纖維素乙醇溶液9g，將上述物質(zhì)放入30ml的無水乙醇溶液中，不斷磁力攪拌，直至乙醇揮發(fā)變?yōu)檎承詽{料，得到tio2空心球漿料；
c2、取少量tio2空心球漿料涂覆在a3中得到的fto基底表面，晾干，然后將該fto基底在馬弗爐中退火1h，退火溫度為440℃，然后再在480℃退火1h，其中升溫速率均為1℃/min，退火結(jié)束后，得到本申請的光陽極；
d、吸附染料
將制備好的上述光陽極放入50mmol/ln719釕染料的無水乙醇溶液中浸泡24h，取出后用無水乙醇洗去表面殘留的染料敏化劑，吹干后避光保存；
e、制備對電極
在事先打過一個小孔并清洗干凈的fto基底上印刷一層鉑漿料，在馬弗爐中420℃下燒結(jié)30min，得到負載有鉑電極的對電極；
f、封裝
將上述得到的吸附有染料的光陽極與對電極對疊，封裝，注入電解液，封住小孔，組裝成染料敏化太陽能電池。
采用keithley2400數(shù)字電源表和太陽光模擬器(光源500w的氙燈，am＝1.5)測試得到的電池1～3的i-v特征曲線，從測試結(jié)果中得到染料電池的開路電壓voc為0.97v，短路電流密度jsc為20.04ma/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率η為11.5％，可以看到，本申請的染料敏化太陽能電池中，表現(xiàn)較好的光電轉(zhuǎn)換效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳方式，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。