CN101295586B - 一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用廉价的汞溴红染料制备纳米晶TiO2太阳能电池的原型器件的制作方法，其特征在于使用商业化TiO2纳米粉体，采用化学分数和粉末刮涂工艺制作多孔光电极，并用汞溴红染料制作光敏剂，制作出太阳能电池原型器件方法制作的。电池原型器件是由光阳极(包括透明导电玻璃、丝网印刷银电极、致密TiO2薄膜、纳米多孔TiO2厚膜、吸附于TiO2上的光敏化染料)、电解液(I2/I3 -电解液体系)、对电极(铂催化层、丝网印刷银电极、透明导电玻璃)、以及电极封装材料等构成。本发明可望在规模化太阳能光电利用、便携式电子设备的供/充电、及太阳能交通灯、庭院灯等广泛领域得到应用。

Description

一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法
技术领域
本发明涉及一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，属于半导体和太阳能光电领域。
背景技术
近年来频发的电、煤、油等常规能源危机使能源问题日益凸显为制约国家经济发展和居民日常生活的瓶颈。开发新型能源，摆脱能源短缺困扰，为经济发展寻求“新动力”，是当前我国能源发展的重要课题。在各种新能源中，太阳能是来源取之不尽、用之不竭的可再生能源，也是不会造成任何环境污染、不破坏生态环境的清洁能源，因而备受瞩目。
太阳能光伏发电是最重要的一种太阳能利用形式，其可持续发展在根本上取决于电池成本的降低。目前，单晶硅太阳电池虽因其高光电转换效率而成为光伏发电的主流，但由于使用高纯硅材料和复杂的半导体制造工艺，成本一直居高不下，难于在短期内与现有的常规能源进行竞争。因此，开发低造价、高性能的新型太阳电池，是打破这一僵局的重要途径。
染料敏化太阳电池(DSC)是一类新型的有机-无机复合薄膜电池，集成了当前最先进的纳米技术、表面、界面和半导体技术，是新型太阳电池领域的研究热点。DSSC相对于传统硅太阳电池的最大优势，是其低生产成本(仅为硅太阳电池的1/5～1/10)和高光电转换效率(实验室小面积电池最高效率11％)，因此未来发展潜力巨大。
在DSC研究中，廉价光敏化剂材料的探索以及纳米多孔光阳极膜的可控制备是两个重要的研究方向。
就光敏化剂而言，目前效率最好的染料为联吡啶钌系列染料(如瑞士solaronix公司生产的N3红色染料和N719黑色染料)，但由于使用稀有金属钌及合成复杂，其价格异常昂贵(2-5万元/克)，这在很大程度上限制了染料敏化电池的研究开发和应用。因此，采用廉价染料替代联吡啶钌系列染料，制作具有较高性能的廉价太阳能电池，将是今后一个时期内DSC领域发展的主要方向。
就纳米多孔光阳极而言，其可控制备问题一直是DSC领域悬而未决的技术难点。DSC光阳极的孔结构非常复杂，其厚度通常在10μm以上，构成薄膜的纳米粒子尺寸一般为15-30nm，膜层粗糙因子大于1000。要实现对如此复杂膜层的微观孔结构进行精确控制非常困难。目前的光阳极膜制备方法中，人们采用最多的是“粉末刮涂”和“丝网印刷”技术，而前者由于所需设备工艺简单、可重复性好等特点，而得到研究者较多的关注。Gratzel等报道的“粉末刮涂”技术是实验室制作光阳极的最常用方法。由于采用商业化TiO2纳米粉体作为原材料，该方法工艺比其他方法更为简单，膜层中TiO2晶粒的尺度控制性好，且易于制备较厚膜层(如10微米以上)。然而，该法采用物理机械方式对纳米颗粒进行分散，因此具有浆料搅拌时间长(约3小时)、水分易挥发、难于长期保存等缺点，在很大程度上限制了其应用。
本发明拟采用“化学分散方式”对TiO2纳米颗粒进行分散，透过调整浆料浓度和成孔剂的种类和掺量实现对阳极膜微观结构的更有效控制；使用由医用红药水提纯得到汞溴红作为光敏化剂。从而制作出太阳能电池原型器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，使用商业化TiO2纳米粉体，使用化学分散和粉末刮涂工艺制作纳米多孔光阳极；使用廉价的汞溴红染料作为光敏化剂，从而制作出太阳能电池原型器件。
本发明所制作的太阳能电池是由如下四部分构成：一、光阳极(包括阳极FTO透明导电玻璃、阳极银电极、致密TiO2薄膜、纳米多孔TiO2厚膜、吸附于TiO2上的光敏化染料)、二、电解液、三、对电极(阴极FTO透明导电玻璃、阴极刷银电极、铂催化层、小孔、四、电极封装材料(包括密封条、密封块)。
欲制作所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件，本发明的技术解决方案是：
1.原材料准备：
a.透明导电电极的选择和处理：选择氟掺杂氧化锡透明导电玻璃为电池的电极。其处理过程如下：首先以金刚石刀具对其进行切割，尺寸为2×3cm、2×5cm或其他尺寸；阳极电极和对电极所用的导电玻璃尺寸相同。以热的稀硫酸(约60℃)对其进行表面处理，然后在丙酮、乙醇和去离子水溶液中进行超声漂洗，经处理的电极置于真空干燥器中备用。
b.TiO2溶胶：以钛酸丁酯为前驱物，无水乙醇为溶剂，盐酸为催化剂，乙酰丙酮为络合剂，制备TiO2溶胶。溶胶中钛酸四丁酯与其它溶剂的体积比范围为0.1-0.5。具体方法可参考专利CN200510039171.6。
c.氯铂酸：称取一定量的氯铂酸溶解于异丙醇中，得澄清透明的桔黄色溶液。氯铂酸溶液的浓度为0.001-0.1mol/l。
d.电解液：本发明中选用的电解液为I2/I3 -体系，即为碘(I2)单质和碘元素的一价离子化合物的有机混合溶液，同时加入其它有机添加剂以强化电解液的空穴传输能力。碘元素的一价离子化合物可以为碘化钠、碘化钾、碘化锂等，有机溶剂可选择乙腈-碳酸丙烯酯(或乙腈-碳酸乙烯酯)混合溶液、甲氧基乙腈等，添加剂一般为4-叔丁基吡啶或N-甲基苯并咪唑。碘(I2)单质的浓度范围为0.001-0.1mol/l，碘元素的一价离子化合物的浓度范围为0.1-1mol/l，溶液中I3 -离子的浓度一般为I2浓度的1-10倍。当选择乙腈-碳酸丙烯酯(或乙腈-碳酸乙烯酯)复合溶剂时，复合溶剂中二者的比例范围为1∶10-10∶1(体积比)。
e.汞溴红染料溶液：本发明方法在于首先去除医用红药水(即汞溴红水溶液)中的水分，然后将所得汞溴红沉淀物溶解于无水乙醇，从而得到可用于敏化TiO2膜层的汞溴红染料溶液。汞溴红乙醇溶液的浓度为0.0001-0.001mol/l。
2.制备纳米多孔光阳极膜。
a.致密TiO2薄膜：采用旋涂技术利用高速匀胶台在阳极透明导电玻璃上制作致密TiO2薄膜，然后置于高温下进行热处理，得到透明的TiO2薄膜。匀胶台高速转速范围为1000-6000转/分钟，匀胶时间为10-60秒，热处理温度为450-550℃。
b.阳极银电极制作：利用丝网印刷机将商品化银浆印刷在已制作了薄膜的阳极透明导电玻璃上，银电极形状如附图3(b)所示，宽度为1-3mm。然后在高温下进行热处理，温度为450-550℃。
c.纳米多孔TiO2厚膜：首先采用化学分散方法对商业化TiO2纳米粉体进行分散，然后将配制的浆料以“粉末刮涂”法涂布在致密TiO2薄膜之上，至所需的厚度；最后在高温下对膜层进行热处理(温度为450-550℃)。具体方法为：取适量P-25型TiO2粉体，与去离子水和浓HNO3混合，在水浴条件下搅拌；再以旋转蒸发仪除去水分，得到表面吸附HNO3的TiO2纳米粉体。取上述粉体若干，加水、聚乙二醇、表面活性剂适量，在玛瑙研钵中研磨，得到分散均匀的TiO2浆料(浓度范围为0.1-1gTiO2/ml水)。以塑料胶带为垫片，借助玻璃棒将TiO2浆料涂覆在FTO衬底上。每一层涂好后，以电吹风吹干膜层水分，然后进行下一次涂覆。涂覆次数为5-20次。
d.汞溴红染料的敏化：将步骤c所得多孔膜趁热(温度约80-100℃)迅速放入汞溴红染料敏化溶液中，置于室温下放置8-36小时，或置于70℃烘箱中放置1-8小时。取出电极，以乙醇冲洗，备用。
制备的TiO2光阳极膜的膜层致密、均匀，呈纳米多孔结构，TiO2晶粒尺寸为20-30nm。
3.制备对电极。
a.阴极银电极制作：利用丝网印刷机将商品化银浆印刷在阴极透明导电玻璃(2)上，银电极的形状和制作工艺与阳极银电极相同。
b.铂催化层制作：采用旋涂技术利用高速匀胶台将制作好的氯铂酸溶液涂布在阴极透明导电玻璃上，然后置于高温下进行热处理，得到均匀的铂催化层。匀胶台高速转速范围为1000-6000转/分钟，匀胶时间为10-60秒，热处理温度为380-500℃，涂布次数为1-10次。
c.电极打孔：利用高速金刚石钻头在对电极上钻孔，其直径尺寸为3-5mm，孔的边缘与左侧(或右侧)银浆电极和中部银电极分别为1-5mm。。
4.电解液注入与电池封装
a.初步封装：利用杜邦沙林热熔膜的高温热熔特性进行电池的初步封装。将该热熔膜切成宽度为3-5mm，厚度为40-100um的条状(四条)，覆盖于阳极的银电极之上，再盖上对电极(具体位置参见附图3)，用铁夹夹紧固定，置于烘箱中(80-150℃)烘烤，持续时间2-60分钟。
b.电解液注入：将初步封装的电池取出，待其温度降至室温后，以滴管将配好的电解液沿对电极上的小孔注入电池内，并静置2-12小时，以使电解液充分扩散进入纳米多孔阳极。
c.最终封装：采用小块玻璃(普通玻璃，厚1毫米，尺寸略大于对电极的小孔)和环氧树脂对对电极的小孔进行封装。环氧树脂可采用市售AB胶、百得胶或其他各种类型的环氧树脂材料。
本发明的特点：
1.本发明的特征在于，采用“化学分散”与“粉末刮涂”相结合的技术，经多次浆料涂布制备TiO2纳米多孔膜层，与传统方法采用普通未处理纳米粉体或水热合成纳米粉体制作光阳极相比，本方法不仅可提高电极制作效率，降低器件成本，而且提高了对纳米多孔TiO2膜层微观结构的可控性。
2.本发明的特征在于，采用医用红药水经提纯制得的汞溴红染料作光敏化剂，可在保持较高光电转换效率的前提下，显著降低电池的制作成本。
3.采用如附图3所示的结构制作纳米晶TiO2太阳能电池，该结构中致密TiO2薄膜的旋涂制作方法，光阳极和对电极的银电极的形状及其丝网印刷制作工艺，铂催化层的旋涂制备技术，对电极上电解液注入小孔的制作工艺，电池的初步封装与最终封装工艺，均属于本发明的特点。
4.本发明的特征在于，采用碘(I2)单质和碘元素的一价离子化合物的有机混合溶液作电解液，有机溶剂选择乙腈-碳酸丙烯酯(或乙腈-碳酸乙烯酯)混合溶液、甲氧基乙腈，同时加入4-叔丁基吡啶或N-甲基苯并咪唑等添加剂以强化电解液的空穴传输能力。
5.表1给出了采用本发明方法制备的典型电池原型器件的性能。可以看出，氧化钛浆料的涂布次数(即光阳极膜的厚度)和烧结温度对电池性能影响显著。经12-15次涂布、500℃热处理得到的光阳极膜具有较优的电池性能(Voc～430mV；Isc～150-215μA)。需要说明的是，虽然从本发明效果来看，以汞溴红为敏化剂的太阳能电池性能尚无法与联吡啶钌染料N3或N719相比，这同汞溴红分子与TiO2晶粒的结合强度不如N3/N719-TiO2体系牢固有关。K.Hara的研究表明，汞溴红-ZnO光阳极体系(η＝2.52)可获得比汞溴红-TiO2体系(η＝1.44)更高的光电转换效率。因此，开发专门针对汞溴红等廉价染料的半导体光阳极体系，不失为规避昂贵的联吡啶钌染料、制作低成本染料敏化电池的有效途径。有望在规模化太阳能光电利用，便携式电子设备的供/充电及太阳能交通灯、庭院灯方面得到广泛应用。
附表1汞溴红敏化纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的性能
Figure S2008100387659D00061
附图说明
图1TiO2光阳极膜的断面扫描电镜照片。
图中，衬底-普通载玻片；浆料涂敷次数-5次；烧结温度-500℃。
图(a)为TiO2膜层断面(放大倍数5000倍)的扫描电镜照片，说明整个膜层致密、均匀，无孔洞或分层现象存在，膜厚约7微米。
图(b)为TiO2膜层断面(放大倍数100000倍)的扫描电镜照片，说明在纳米尺度，膜层呈现明显的纳米多孔结构特征，TiO2晶粒尺寸在20-30nm。
图2依据实施例1制备的汞溴红敏化TiO2光阳极膜的透过光谱。
(a)浆料涂敷次数为5次，(b)浆料涂敷次数为12次，(c)浆料涂敷次数为15次，烧结温度均为500℃
图3汞溴红敏化纳米晶TiO2太阳能电池的器件结构示意图和实物照片。
(a)器件结构示意图-剖面图；
(b)器件结构示意图-平面图；
其中1-阳极FTO透明导电玻璃；2-阴极FTO透明导电玻璃；3-阳极银电极；4-阴极银电极；5-电极保护层；6-致密TiO2薄膜；7-染料敏化的TiO2纳米颗粒；8-纳米多孔TiO2厚膜；9-密封条；10-电解液；11-铂催化层；12-密封块；13-对电极上的小孔。
(c)实物照片。
具体实施方式
实施例1：
1.原材料准备。
a.透明导电电极：选择尺寸为2×3cm的氟掺杂氧化锡透明导电玻璃为电池的电极。阳极电极和对电极所用的FTO玻璃尺寸相同。首先以热稀硫酸(60℃)浸泡电极30分钟，然后依次在丙酮、乙醇和去离子水溶液中进行超声漂洗20分钟。处理好的电极置于真空干燥器中备用。
b.TiO2溶胶：取15毫升钛酸四丁酯与一定量的乙酰丙酮混合，再加入40毫升无水乙醇，充分搅拌后得到淡黄色混合液A。将0.3毫升盐酸、10毫升去离子水与20毫升无水乙醇的混合液B，在剧烈搅拌下缓慢滴加入混合液A中，搅拌一段时间后得到透明的溶胶。
c.氯铂酸：称取2.05克氯铂酸溶解于250毫升异丙醇中，得澄清透明的桔黄色溶液。
d.电解液：称取碘化锂6.6925克，碘0.7614克，溶解于乙腈-碳酸丙烯酯的混合溶液100毫升，其中，乙腈与碳酸丙烯酯的体积比为6∶4。
e.汞溴红染料溶液：量取1毫升医用红药水(2％汞溴红水溶液)置于烧杯，在105℃烘箱中烘至水分全干，然后向烧杯中加入5毫升无水乙醇，得到浓度约0.0005mol/l的汞溴红乙醇溶液。
2.制备纳米多孔光阳极膜。
a.致密TiO2薄膜(6)：采用所述的TiO2溶胶在阳极透明导电玻璃上制作致密TiO2薄膜，然后置于高温下进行热处理，得到透明的TiO2薄膜。匀胶台转速4000转，匀胶时间为30秒，热处理温度为500℃。
b.阳极银电极(3)制作：利用丝网印刷机将商品化银浆印刷在已制作了薄膜的阳极透明导电玻璃(1)制作银电极，银电极形状如附图3(b)所示，宽度为2mm。然后在500℃下进行热处理，时间30分钟。
c.纳米多孔TiO2膜层：取P-25型TiO2纳米粉体3克，与去离子水60毫升和浓HNO30.5毫升混合，在水浴条件下搅拌8小时；再以旋转蒸发仪除去水分，得到表面吸附HNO3的TiO2纳米粉体。量取上述粉体0.8克，与4毫升水、0.25克聚乙二醇400、适量表面活性剂SDS混合，在玛瑙研钵中研磨30分钟，得到分散均匀的TiO2浆料。以塑料胶带为垫片，借助玻璃棒将TiO2浆料涂覆在FTO衬底上。每一层涂好后，以电吹风吹干膜层水分，然后进行下一次涂覆。涂覆次数为12次。
d.汞溴红染料的敏化：待步骤c所得多孔膜冷却至80℃，迅速放入前述制备的汞溴红染料敏化溶液中，置于室温下放置12小时。取出电极，以乙醇冲洗，备用。
3.制备对电极。
a.阴极银电极(4)制作：利用丝网印刷机将商品化银浆印刷在阴极透明导电玻璃(2)上，银电极的形状和制作工艺与阳极银电极(3)相同。
b.铂催化层(11)制作：采用0.02mol/l的氯铂酸异丙醇溶液为前驱液，以旋涂技术涂布在(2)上，然后将其置于390℃管式炉中进行热处理，得到铂催化层。匀胶台高速转速为1500转/分钟，匀胶时间为30秒，涂布次数为2次。
c.电极打孔：利用高速金刚石钻头在对电极上钻孔(13)，其直径尺寸为3mm，孔的边缘与左侧(或右侧)银浆电极和中部银电极分别为3mm。
4.电解液注入与电池封装
a.初步封装：将厚度为100um的杜邦沙林热熔膜切成宽度约3-5mm、长度约1.5cm的条状，覆盖于阳极的银电极之上，再盖上对电极(具体位置参加附图3)，用铁夹夹紧固定，置于100℃烘箱中烘烤5分钟。
b.电解液注入：将初步封装的电池取出且待其温度降至室温后，以滴管将配好的电解液沿对电极上的小孔注入电池内，静置2小时。
c.最终封装：采用尺寸为3.5×3.5mm、厚1mm的普通玻璃片(12)和环氧树脂对对电极的小孔进行最后封装。
实施例2：
1.原材料准备。
d.电解液(10)：称取碘化锂0.67克，碘1.27克，叔丁基吡啶3.38克，溶解于乙腈-碳酸丙烯酯的混合溶液100毫升，其中，乙腈与碳酸丙烯酯的体积比为4∶6。
e.汞溴红染料溶液：量取2毫升医用红药水(2％汞溴红水溶液)置于烧杯，在105℃烘箱中烘至水分全干，然后向烧杯中加入5毫升无水乙醇，得到浓度约0.001mol/l的汞溴红乙醇溶液。
2.制备纳米多孔光阳极膜。
c.纳米多孔TiO2膜层(8)：量取表面吸附HNO3的TiO2纳米粉体0.8克，与4毫升水、0.3克聚乙二醇10000、适量表面活性剂SDS混合，在玛瑙研钵中研磨30分钟，得到分散均匀的TiO2浆料。以塑料胶带为垫片，借助玻璃棒将TiO2浆料涂覆在FTO衬底上。每一层涂好后，以电吹风吹干膜层水分，然后进行下一次涂覆。涂覆次数为10次。
3.制备对电极。
b.铂催化层(11)制作：采用0.02mol/l的氯铂酸异丙醇溶液为前驱液，以旋涂技术涂布在阴极透明导电玻璃(2)上，然后将其置于390℃管式炉中进行热处理，得到铂催化层。匀胶台高速转速为1500转/分钟，匀胶时间为30秒，涂布次数为5次。其它步骤与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于包括以下四步：
A.原材料准备
a.透明导电电极的选择和处理：选择氟掺杂氧化锡透明导电玻璃为电池的电极，其处理过程是首先以金刚石刀具对其进行切割；阳极电极和对电极所用的导电玻璃尺寸相同；再以60℃的稀硫酸对表面进行处理，然后在丙酮、乙醇和去离子水溶液中进行超声漂洗；经处理的电极置于真空干燥器中备用；
b.溶胶：以钛酸四丁酯为前驱物，无水乙醇为溶剂，盐酸为催化剂，乙酰丙酮为络合剂，制备溶胶；溶胶中钛酸四丁酯与无水溶剂的体积比为0.1-0.5；
c.氯铂酸：称取一定量的氯铂酸溶解于异丙醇中，得澄清透明的桔黄色溶液，氯铂酸溶液的浓度为0.001-0.1mol/L；
d.电解液：选用的电解液为I2/I3 -体系，即为碘单质和碘元素的一价离子化合物的有机混合溶液，同时加入其它有机添加剂以强化电解液的空穴传输能力；所述的碘元素的一价离子化合物为碘化钠、碘化钾或碘化锂；所述有机混合溶液的有机溶剂为乙腈-碳酸丙烯酯的混合液、乙腈-碳酸乙烯酯的混合液或甲氧基乙腈；添加剂为4-叔丁基吡啶或N-甲基苯并咪唑；其中，碘单质的浓度范围为0.001-0.1mol/L，碘元素的一价离子化合物的浓度范围为0.1-1mol/L，溶液中I3 -离子的浓度为I2浓度的1-10倍；
e.汞溴红染料溶液：首先去除医用红药水，即汞溴红水溶液中的水分，然后将所得汞溴红沉淀物溶解于无水乙醇中，得到可用于敏化TiO2膜层的汞溴红染料溶液，汞溴红乙醇溶液的浓度为0.0001-0.001mol/L；
B.制备纳米多孔光阳极膜
a.致密TiO2薄膜：采用旋涂技术利用高速匀胶台在阳极透明导电玻璃上制作致密TiO2薄膜，然后置于高温下进行热处理，得到透明的TiO2薄膜，
匀胶台高速转速为1000-6000转/分钟，热处理温度为450℃-550℃；
b.阳极银电极(3)制作：利用丝网印刷机将商品化的银浆印刷在步骤a已制作了薄膜的阳极透明导电玻璃上，然后在高温下进行热处理，温度为450℃-550℃；
c.纳米多孔TiO2薄膜：首先采用化学分散方法对商业化TiO2纳米粉体进行分散，然后将配制的浆料以“粉末刮涂”法涂布在致密TiO2薄膜之上，涂敷5-20次至所需的厚度；最后在高温下对膜层进行热处理，热处理的温度为450℃-550℃；
d.汞溴红染料的敏化：将步骤c所得多孔膜在80-100℃温度下，迅速放入汞溴红染料敏化溶液中，置于室温下放置8-36小时，或置于70℃烘箱中放置1-8小时，取出电极，以乙醇冲洗，备用；
C.制备对电极
a.阴极银电极制作：利用丝网印刷机将商品化银浆印刷在阴极透明导电玻璃上，银电极的形状和制作工艺与阳极银电极相同；
b.铂催化层制作：采用旋涂技术利用高速匀胶台将制作好的氯铂酸溶液涂布在阴极透明导电玻璃上，然后置于高温下进行热处理，得到均匀的铂催化层；匀胶台高速转速范围为1000-6000转/分钟，热处理温度为380℃-500℃，涂布次数为1-10次；
c.电极打孔：利用高速金刚石钻头在对电极上钻孔，其直径尺寸为3-5mm，孔的边缘与左侧阴极银电极的距离或右侧阴极银电极的距离和中部阴极银电极的距离分别为1-5mm；
D.电解质注入与电池封装
a.初步封装：利用杜邦沙林热熔膜的高温热熔特性进行电池的初步封装，将该热熔膜切成宽度为3-5mm，厚度为40-100μm的条状，覆盖于阳极的银电极之上，再盖上对电极，用铁夹夹紧固定，置于烘箱中于80℃-150℃温度中烘烤，持续时间2-60分钟；
b.电解液注入：将初步封装的电池取出，且温度降至室温后，以滴管将配好的电解液沿对电极上的小孔注入电池内，并静置2-12小时，以使电解液充分扩散进入纳米多孔阳极；
c.最终封装：采用小块玻璃和环氧树脂将对电极的小孔进行封装。
2.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于步骤A原材料准备中d中所述的有机溶剂中乙腈与碳酸丙烯酯或乙腈与碳酸乙烯酯的体积比为1∶10～10∶1。
3.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于步骤B制备纳米多孔光阳极膜的a中所述的匀胶时间为10-60秒。
4.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于步骤B制备纳米多孔光阳极膜的b中银电极宽度为1-3mm。
5.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于步骤B制备纳米多孔光阳极膜的c中纳米多孔厚膜的制备是取适量P-25型TiO2粉体，与去离子水和浓HNO3混合，在水浴条件下搅拌；再以旋转蒸发仪除去水分，得到表面吸附HNO3的TiO2纳米粉体，加水、聚乙二醇、表面活性剂适量，在玛瑙研钵中研磨，得到分散均匀的TiO2浆料，浆料的浓度范围为0.1-1gTiO2/ml水，以塑料胶带为垫片，借助玻璃棒将TiO2浆料涂覆在FTO衬底上；每一层涂好后，以电吹风吹干膜层水分，然后进行下一次涂覆。
6.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于在步骤C制备对电极的b中所述的铂催化层匀胶时间为10-60秒。
7.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于在步骤D初步封装a中所述的条状热溶膜为四条。
8.按权利要求1所述的纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于所述的TiO2光阳极膜的膜层致密、均匀，呈纳米多孔结构，TiO2晶粒尺寸为20-30nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2006274546A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 3Gsolar Ltd Method for preparation of stable metal oxide nanoparticles suspensions
US8168463B2 (en) * 2008-10-17 2012-05-01 Stion Corporation Zinc oxide film method and structure for CIGS cell
KR101303450B1 (ko) * 2009-06-25 2013-09-05 엘지디스플레이 주식회사 염료 감응 태양전지 및 그 제조방법
CN101872685B (zh) * 2010-05-17 2012-06-27 河北工业大学 固态染料敏化纳米晶微晶硅复合薄膜太阳电池及其制备方法
CN102347091B (zh) * 2010-07-26 2013-03-27 比亚迪股份有限公司 一种复合银粉及其制备方法和含有该复合银粉的导电银浆
CN102103930B (zh) * 2010-11-02 2012-07-11 河北工业大学 由微晶硅层为入射层的复合薄膜太阳电池及其制备方法
CN103871746B (zh) * 2014-03-17 2017-07-14 常州大学 一种基于不同形态纳米金的敏化太阳能电池
CN104282847B (zh) * 2014-09-05 2017-04-12 石家庄铁道大学 一种可扰式钙钛矿型有机卤化物薄膜太阳能电池光阳极制备方法
CN105185594A (zh) * 2015-09-22 2015-12-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种染料敏化太阳能电池阳极衬底预处理溶胶以及制备方法和应用
CN106098385B (zh) * 2016-06-28 2018-09-28 郑州大学 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
CN109887754B (zh) * 2019-03-04 2021-08-20 东莞理工学院 单原子Pt对电极及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007149677A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Seiko Epson Corp 電気化学セル構造および製作方法
CN101058483A (zh) * 2007-04-06 2007-10-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种制备纳米多孔氧化钛厚膜的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007149677A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Seiko Epson Corp 電気化学セル構造および製作方法
CN101058483A (zh) * 2007-04-06 2007-10-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种制备纳米多孔氧化钛厚膜的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘兆阅 等.汞溴红敏化TiO2纳米多孔膜电极的光电化学性质研究.《高等学校化学学报》.2003,第24卷(第5期),全文. *
高相东,李效民,于伟东,邱继军,甘小燕.纳米多孔TiO2厚膜的制备及其汞溴红敏化光电化学性能.《无机材料学报》.2007,第22卷(第6期),摘要,正文第2.1节. *

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