CN101354970A - 一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，把传统工艺中先对电池光阳极进行敏化处理再进行封装的工艺顺序进行了改进，首先将光阳极与对电极导电玻璃板采用低熔点玻璃粉浆对合预封装在一起，留出注入通道，然后通过注入通道再进行敏化，以及填充液态电解液，最后将注入通道密封。本发明工艺在不影响产品性能的基础上密封效果优良、制备工艺简单、器件寿命大幅度提高。

Description

一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法。
背景技术
染料敏化纳米晶太阳能电池以其廉价易得的原材料、简单易行的制作工艺和稳定的性能，成为人们研究的焦点。半导体材料纳米TiO2来源丰富、制备方便、价格低廉、稳定性强、对环境友好。电池制作的工艺，如大面积丝网印染技术或浸泡法，都是较为简单和成熟的工艺。在高温、入射光角度不理想、多云、光线较弱或非直射光等不利条件下，染料敏化纳米晶太阳能电池仍具有良好的性能。加上有机染料分子设计的高度灵活性和纳米半导体技术的不断创新，染料敏化纳米晶太阳能电池在提高电池性能和实用化方面，是目前最具潜力的一类。
染料敏化纳米晶太阳能电池主要采用含有I3 -/I-氧化还原电对的液体电解质，该类染料敏化纳米晶太阳能电池虽然具有较高的光电转换效率，但现有的制备工艺是先对电池的光阳极进行敏化处理再进行封装的，从而造成电池密装后液体电解质易泄漏，有机溶剂易挥发，在长期工作过程中性能下降，使用寿命缩短。传统工艺中先对电池光阳极进行敏化处理再进行封装的工艺。
发明内容
本发明的目的在于对上述传统液态染料敏化纳米晶太阳能电池工艺进行改进，提供了在一种在不影响产品性能的基础上密封效果优良、制备工艺简单的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)首先将由透明导电玻璃板和半导体纳米晶多孔薄膜组成的光阳极与对电极导电玻璃板采用低熔点玻璃粉浆对合预封装在一起，预封装时在光阳极及对电极的导电玻璃板分别设有一个或多个突出的注入通道；
(2)对预封装后电池通过注入通道，在压力下，采用N3染料对光阳极中的半导体纳米晶多孔薄膜进行敏化形成染料敏化层；
(3)对敏化后的预封装电池，通过注入通道，在压力下，采用碘化锂/碘液态电解液填充到电池中，形成电解质层；
(4)对突出的注入通道采用低熔点玻璃粉浆料堵封并局部瞬态烧结，或采用环氧树脂对其进行密封，从而完成染料敏化纳米晶太阳能电池的封装。
上述方法中，所述步骤(1)的预封装是采用丝网印刷机或涂敷机在光阳极和对电极玻璃板相向的边缘上涂敷低熔点玻璃粉浆料封装线，将光阳极与对电极玻璃板对合夹紧，在430-500℃的烧结温度下保温20-40分钟。所述步骤(2)的敏化方法是，将含有染料N3的乙醇溶液通过突出注入通道，在压力下，不间断地注入电池中，时间为10-24小时，之后在压力下注入乙醇洗去未吸附的染料分子、干燥。所述步骤(3)的碘化锂/碘的液态电解液为碘化锂与碘的碳酸丙烯酸酯溶液，其中碘化锂的浓度为0.5M，碘的浓度为0.05M。所述预封装以及封堵注入通道用的低熔点玻璃粉浆料，为有机溶剂与低熔点玻璃粉混合而成，其中的低熔点玻璃粉的热软化点温度为300～500℃，粒径为10-20um，热膨胀系数与透明导电玻璃板的热膨胀系数相匹配。所述半导体纳米晶多孔薄膜为二氧化钛薄膜或氧化锌薄膜。
本发明的有益效果是，把传统工艺中先对电池光阳极进行敏化处理再进行封装的工艺顺序颠倒，变为先封装再敏化。该工艺在不影响产品性能的基础上具有对液体电解质密封效果优良、电解质不易泄漏、制备工艺简单的特点，使太阳能电池器件寿命得以大幅度提高。
附图说明
图1为本发明染料敏化纳米晶太阳能电池封装结构示意图。图中：1、光阳极透明导电玻璃板；2、低熔点玻璃；3、对电极导电玻璃板；4、电解质(碘/碘化锂)；5、注入通道；6、半导体纳米晶多孔薄膜；7、染料敏化层。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)首先将由透明导电玻璃板1和厚度为1-50微米半导体纳米晶多孔薄膜6组成的光阳极与对电极导电玻璃板3采用低熔点玻璃粉浆对合预封装在一起，导体纳米晶多孔薄膜6可为二氧化钛薄膜或氧化锌薄膜；预封装时在光阳极及对电极的导电玻璃板1、3分别设有一个或多个突出的注入通道5；预封装采用丝网印刷机或涂敷机在光阳极和对电极玻璃板相向的边缘上涂敷低熔点玻璃粉浆料封装线，将光阳极与对电极玻璃板对合夹紧，在430-500℃的烧结温度下保温20-40分钟，在光阳极和对电极玻璃板之间形成低熔点玻璃2。低熔点玻璃粉浆料为乙基纤维素、松油醇与低熔点玻璃粉混合而成，其中的低熔点玻璃粉的热软化点温度为300～500℃，粒径为10-20um，热膨胀系数与透明导电玻璃板1、3的热膨胀系数相匹配。
(2)对预封装后电池通过注入通道5，在5×107Pa压力下，采用N3染料对光阳极中的二氧化钛纳米晶多孔薄膜6进行敏化形成染料敏化层7；敏化方法是，将含有染料N3的乙醇溶液通过突出注入通道5，在压力下，不间断地注入电池中，时间为10-24小时，之后在相同压力下注入乙醇洗去未吸附的染料分子、干燥。
(3)对敏化后的预封装电池，通过注入通道5，在1×107Pa压力下，采用碘化锂/碘液态电解液填充到电池中，形成电解质层4；碘化锂/碘的液态电解液为碘化锂与碘的碳酸丙烯酸酯溶液，其中碘化锂的浓度为0.5M，碘的浓度为0.05M。
(4)对突出的注入通道5采用步骤(1)的低熔点玻璃粉浆料堵封并局部瞬态烧结，或采用环氧树脂对其进行密封，从而完成染料敏化纳米晶太阳能电池的封装。

Claims (7)

1、一种染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)首先将由透明导电玻璃板和半导体纳米晶多孔薄膜组成的光阳极与对电极导电玻璃板采用低熔点玻璃粉浆对合预封装在一起，预封装时在光阳极及对电极的导电玻璃板分别设有一个或多个突出的注入通道；
(2)对预封装后电池通过注入通道，在107Pa压力下，采用N3染料对光阳极中的半导体纳米晶多孔薄膜进行敏化形成染料敏化层；
(3)对敏化后的预封装电池，通过注入通道，在107Pa压力下，采用碘化锂/碘液态电解液填充到电池中，形成电解质层；
(4)对突出的注入通道采用低熔点玻璃粉浆料堵封并局部瞬态烧结，或采用环氧树脂对其进行密封，从而完成染料敏化纳米晶太阳能电池的封装。
2、根据权利要求1所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的预封装是采用丝网印刷机或涂敷机在光阳极和对电极玻璃板相向的边缘上涂敷低熔点玻璃粉浆料封装线，将光阳极与对电极玻璃板对合夹紧，在430-500℃的烧结温度下保温20-40分钟。
3、根据权利要求1所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的敏化方法是，将含有染料N3的乙醇溶液通过突出注入通道，在压力下，不间断地注入电池中，时间为10-24小时，之后在压力下注入乙醇洗去未吸附的染料分子、干燥。
4、根据权利要求1所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的碘化锂/碘的液态电解液为碘化锂与碘的碳酸丙烯酸酯溶液，其中碘化锂的浓度为0.5M，碘的浓度为0.05M。
5、根据权利要求1或2所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述预封装以及封堵注入通道用的低熔点玻璃粉浆料，为有机溶剂乙基纤维素或松油醇与低熔点玻璃粉混合而成，其中的低熔点玻璃粉的热软化点温度为300～500℃，粒径为10-20um，热膨胀系数与透明导电玻璃板的热膨胀系数相匹配。
6、根据权利要求1-4之一所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述半导体纳米晶多孔薄膜为二氧化钛薄膜或氧化锌薄膜。
7、根据权利要求5所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述半导体纳米晶多孔薄膜为二氧化钛薄膜或氧化锌薄膜。
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