CN101515504A - 染料敏化太阳能电池的导电玻璃 - Google Patents

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孙岳明
宋铂
王育乔
奚俊婷
蒋银花
吴小娟
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Abstract

一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层，在导电玻璃层的上表面，从下至上依次设有低电阻栅电极和致密二氧化钛阻隔膜层，致密二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝，该种电池的性能接近小面积电池的性能，且低电阻栅不易被电解液氧化和腐蚀，同时工艺简化，成本较低，上述导电玻璃适用于大面积染料敏化太阳能电池。

Description

染料敏化太阳能电池的导电玻璃
一、技术领域
本发明属于导电玻璃工艺技术领域，特别涉及一种适用于大面积染料敏化太阳能电池的导电玻璃。
二、背景技术
染料敏化太阳能电池是一种新型非晶硅太阳能电池，其有比硅太阳能电池更廉价，更环保的优势，但是由于光阳极完全暴露于电解液中，Ti02和导电玻璃基底上的光生电子会与电解液中的I3 -发生复合形成暗反应，从而降低光电转换效率，同时随着电池面积逐渐增大，电池的伏安特性发生了明显的变化，其与小电池相比，填充因子和光电转换效率大大减小，主要原因是导电玻璃的表面电阻的影响，即电子传输路程太长，从而导致电子在传输过程中的损耗增大。
三、发明内容
技术问题：
本发明的目的在于提供一种既可以减少染料敏化太阳能电池电子损耗、可使电子定向移动，同时可提高大面积染料敏化太阳能电池的光电转换效率的导电玻璃。
技术方案：本发明的技术解决方案为：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层，在导电玻璃层的上表面，从下至上依次设有低电阻栅电极和致密二氧化钛阻隔膜层，致密二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝，
其中，上述低电阻栅电极选用有机低电阻金属浆料为材料，采用丝网印刷法印刷于导电玻璃层的上表面，为网状形貌。
制备所述染料敏化太阳能电池的导电玻璃的方法，包括以下步骤：取导电玻璃，在导电玻璃的上表面采用丝网印刷法印刷低电阻栅电极，然后采用溅射法、电化学沉积法、沉积法、甩膜法、拉膜法在低电阻栅电极上覆盖一层致密的二氧化钛前体，然后450℃烧结，使低电阻栅电极外部形成致密的二氧化钛阻隔层膜。
有益效果：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层，在导电玻璃层的上表面，从下至上依次设有低电阻栅电极和致密二氧化钛阻隔膜层，致密二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝。低电阻栅电极的出现，减小电子传输路径的电阻，使得电池的性能接近小面积电池的性能；致密的二氧化钛阻隔膜的出现阻止导电玻璃基底上的光生电子和电解液中I3 -的复合；同时由于将低电阻栅布于致密二氧化钛层以下，避免了低电阻栅于电解液的接触，从而避免了低电阻栅被电解液氧化和腐蚀，保护了低电阻栅电极；同时省去了以往在不过低电阻栅以后还要再刷高分子涂层保护膜的步骤，简化了工艺，降低了成本。上述导电玻璃适用于大面积染料敏化太阳能电池。
本发明中，低电阻栅选用有机低电阻金属浆料为材料，采用丝网印刷法，印刷于底板玻璃的上表面，为网状形貌。染料敏化太阳能电池在应用中如硅电池一样是由单个工作的染料敏化太阳能电池串并联组成，以满足所需的电流电压要求，因而线路连接工艺复杂，低电阻栅的材料选用与玻璃粘附性较好的有机低电阻金属浆料，例如银浆、铝浆或铜浆。低电阻栅电极的印刷采用丝网印刷法，低电阻栅可以根据所需连接的要求，直接在网版上绘制出不同的镂空的丝网，直接刷涂，使设计性与可操作性的差距大大较低，基本可实现复杂电路的简单刻版并直接印刷。
制备本发明所述染料敏化太阳能电池的导电玻璃的方法包括以下步骤：取导电玻璃，在导电玻璃的上表面采用丝网印刷法印刷低电阻栅电极，然后，采用溅射法、电化学沉积法、沉积法、甩膜法、拉膜法在低电阻栅电极上覆盖一层致密的二氧化钛前体，然后450℃烧结，使低电阻栅电极外部形成致密的二氧化钛阻隔层膜。磁控溅射法的特点是工艺控制性好，可在大面积基体上均匀成膜，阻隔膜层致密均匀，可以大规模工业化生产，但对设备要求严格，成本较高；电化学沉积法特点是薄膜所需工业化设备简单，工艺周期短，原材料价格低廉，可以大规模工业化生产，阻隔膜层致密，均匀度一般；沉积法的特点，不需要仪器设备，工艺周期短，原材料价格低廉，可以大规模工业化生产，阻隔膜层致密，但均匀度较差；甩膜法的特点，不适合工业化生产，但所得阻隔膜层致密均匀，较适合小规模生产，工艺周期短，原材料价格低廉；拉膜法的特点制品均匀性较好，阻隔膜层致密，所需工业化设备简单，工艺周期短，原材料价格低廉，可以大规模工业化生产。
四、附图说明
图1是大面积染料敏化太阳能电池的导电玻璃的结构示意图。
五、具体实施方式
以下实施例为本发明的一些举例，不应被看做是对本发明的限定。
实施例1：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层，其特征在于在所述导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层之间设有低电阻栅电极，且二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝。
其中：导电玻璃层为FTO导电玻璃。
低电阻栅电极：以中温银浆为材料，采用丝网印刷法，一次印刷于FTO玻璃的上表面，低电阻栅印刷成网状形貌。印刷方法为：采用JG6080丝网印刷机，300目丝网，印刷后在450℃下烧结半小时，制成低电阻栅，所制得的低电阻栅线宽为0.5mm。
二氧化钛阻隔膜层：致密的二氧化钛薄膜。溅射法制备：用粉末工艺烧结成TiO2固体靶材(抽测靶体密度99.5％)，采用国产JGC-40SY型500W磁控溅射镀膜机。射频溅射镀膜工艺参数如下：本底真空度小于1X10-3Pa，溅射功率为100W，基片温度为300℃，靶材到已布低电阻电栅导电玻璃基片的距离是8cm，溅射，即可。
实施例2：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层，其特征在于在所述导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层之间设有低电阻栅电极，且二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝。
其中：导电玻璃层为FTO导电玻璃。
低电阻栅电极：以中温银浆为材料，采用丝网印刷法，一次印刷于底板FTO玻璃的上表面，低电阻栅印刷成网状形貌。印刷方法为：采用JG6080丝网印刷机，300目丝网，印刷后在450℃下烧结半小时，制成低电阻栅，所制得的低电阻栅线宽为0.5mm。
二氧化钛阻隔膜层：致密的二氧化钛薄膜，电化学沉积法制备：取TiCl3溶液逐滴滴入去离子饱和氮气水溶液配置0.1M的TiCl3溶液，放入锌粉少量，用氨水调节PH值至2.1-2.7之间，插入已布低电阻电栅导电玻璃基片为阳极，对电极选用铂电极，两电极间距为2mm-5mm，电压调至1.2V，充氮保护，时间为10-20分钟(根据所需阻隔层厚度，本实例选时15分钟)，取出导电玻璃，用去离子水冲洗，烘干，450℃烧结。即可。
实施例3：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层，其特征在于在所述导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层之间设有低电阻栅电极，且二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝。
其中：导电玻璃层为FTO导电玻璃。
低电阻栅电极：以中温银浆为材料，采用丝网印刷法，一次印刷于底板FTO玻璃的上表面，低电阻栅印刷成网状形貌。印刷方法为：采用JG6080丝网印刷机，300目丝网，印刷后在450℃下烧结半小时，制成低电阻栅，所制得的低电阻栅线宽为0.5mm。
二氧化钛阻隔膜层：致密的二氧化钛薄膜，沉积法制备：配置新鲜TiCl4溶液为5mM，将已布低电阻电栅导电玻璃基片浸没其中，转移至70℃烘箱，保温30分钟，取出烘干，450℃烧结，即可。
实施例4：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层，其特征在于在所述导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层之间设有低电阻栅电极，且二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝。
其中：导电玻璃层为FTO导电玻璃。
低电阻栅电极：以中温银浆为材料，采用丝网印刷法，一次印刷于底板FTO玻璃的上表面，低电阻栅印刷成网状形貌。印刷方法为：采用JG6080丝网印刷机，300目丝网，印刷后在450℃下烧结半小时，制成低电阻栅，所制得的低电阻栅线宽为0.5mm。
二氧化钛阻隔膜层：致密的二氧化钛薄膜，甩膜法制备：用乙醇溶液配置0.1M的钛酸正丁酯溶液，将已布低电阻电栅导电玻璃基片至于3000转每分钟的匀胶机上，以10秒每滴的速度逐滴滴入已配溶液，90秒后停机，取出烘干，450℃烧结，即可。
实施例5：
一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层，其特征在于在所述导电玻璃层和二氧化钛阻隔膜层之间设有低电阻栅电极，且二氧化钛阻隔膜层将低电阻栅电极与外界环境隔绝。
其中：导电玻璃层为FTO导电玻璃。
低电阻栅电极：以中温银浆为材料，采用丝网印刷法，一次印刷于底板FTO玻璃的上表面，低电阻栅印刷成网状形貌。印刷方法为：采用JG6080丝网印刷机，300目丝网，印刷后在450℃下烧结半小时，制成低电阻栅，所制得的低电阻栅线宽为0.5mm。
二氧化钛阻隔膜层：致密的二氧化钛薄膜，拉膜法制备：用乙醇溶液配制0.1M的钛酸正丁酯溶液，将已布低电阻电栅导电玻璃基片垂直插入，以1mm每秒的速度缓慢拉出，转移至70℃烘箱，烘干，反复3-4次，450℃烧结，即可。
实施例6
下表是实施例1-5所制得的玻璃，与未布阻隔层和低电阻栅导电玻璃制得的染料敏化太阳能电池光电转化率对比(测试所采用的光源为美国Newport公司的Oriel91192型模拟太阳光，经AM1.5专用滤光片滤光后二次反射到其下方，形成8inch×10inch光斑，辐射强度由AV2495型光功率计测定为1000W/m2。所测电池为7根1cm×10cm染料敏化太阳能电池。)
 所用玻璃基底   光电转化率
 未布阻隔层和低电阻栅导电玻璃   2.37％
 实施例1溅射法制得的导电玻璃   5.43％
 实施例2电化学沉积法制得的导电玻璃   5.23％
 实施例3沉积法制得的导电玻璃   4.86％
 实施例4甩膜法制得的导电玻璃   4.98％
 实施例5拉膜法制得的导电玻璃   5.20％

Claims (5)

1.一种染料敏化太阳能电池的导电玻璃，包括导电玻璃层(1)，其特征在于在导电玻璃层(1)的上表面，从下至上依次设有低电阻栅电极(2)和致密二氧化钛阻隔膜层(3)，致密二氧化钛阻隔膜层(3)将低电阻栅电极(2)与外界环境隔绝。
2.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的导电玻璃，其特征在于所述低电阻栅电极(2)选用有机低电阻金属浆料为材料。
3.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的导电玻璃，其特征在于所述低电阻栅电极(2)采用丝网印刷法印刷于导电玻璃层(1)的上表面。
4.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的导电玻璃，其特征在于所述低电阻栅电极(2)为网状形貌。
5.制备权利要求1所述染料敏化太阳能电池的导电玻璃的方法，其特征在于包括以下步骤：取导电玻璃(1)，在导电玻璃(1)的上表面采用丝网印刷法印刷低电阻栅电极(2)，然后采用溅射法、电化学沉积法、沉积法、甩膜法或拉膜法在低电阻栅电极(2)上覆盖一层致密的二氧化钛前体，然后450℃烧结，使低电阻栅电极(2)外部形成致密的二氧化钛阻隔层膜。
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