CN101777428B - 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池对电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，包括如下步骤：(1)称取氯铂酸和异丙醇充分混合后制得溶液A；(2)称取乙基纤维素和松油醇充分混合制得溶液B；(3)将上述得到的溶液A和溶液B混合搅拌后，制成丝网印刷铂浆料；(4)取导电玻璃，并将上述铂浆料丝网印刷到导电玻璃上，后烘干烧结，从而得到初始的铂电极；(5)将上述初始的铂电极浸泡在TiCl4水溶液中，后取出冲洗干净，并在马弗炉内升温至(400-550)℃且保温(20-60)min，从而制得所需的对电极，由于本方法制得的对电极，比表面积大，且电池的转换效率高，有利于产业化发展。

Description

染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种太阳能电池，特别是一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。
【背景技术】
进入21世纪以来，人类面临的能源与环境问题日益突出。一方面是经济发展对能源的巨大需求，另一方面是煤、石油、天然气等积蓄了亿万年的传统化石能源经过数百年的巨大消耗已经不可逆转地走向枯竭，而且传统化石能源开发利用过程中会对生态环境产生严重危害。因此，这两大现实问题成为最近几年的关注焦点。
太阳能是地球上分布最广泛、资源量最大的绿色可再生能源，其与其它能源相比具有诸多优点，因此，成为能源开发的重点。
太阳能电池是将太阳能直接转换成电能的装置，按照太阳能电池的种类可分为硅晶圆式太阳能电池(silicon wafer-based solar cells)、薄膜式太阳能电池(thin-film solar cell)，以及染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSC)，其中硅晶圆式太阳能电池虽然转换效率高，但是，其工艺复杂、价格昂贵，且材料要求苛刻，因而难以普及；而染料敏化太阳能电池由于具有成本低、制程简单及可挠屈等特性，而逐渐成为市场主流产品之一。
染料敏化电池中，对电极主要用于传输电子和起催化作用，目前，最常用的对电极材料是铂材料，所述铂电极的制备方法包括热解法、电镀法，以及磁控溅射法等，其中热解法制备成本低、易于产业化、操作简单。但是随着大面积的电池的研究需要，实验室目前使用的方法显示出较大的弊端，主要表现在旋涂制备铂和滴加铂在导电玻璃上时，该过程载铂不能均匀，比表面积较小，所以电极的面电阻受影响，不适合产业化的发展也不能提高电池的转换效率。
鉴于以上问题，实有必要针对以上技术进行改进，以克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其比表面大，且电池的转化效率高。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，包括以下步骤：
第一步：按照质量比为(0.2-3)∶100将氯铂酸缓慢倒入装有异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，即制得溶液A，备用；
第二步：在80℃的水浴中，按照质量比为1∶(5-15)将乙基纤维素缓慢倒入装有松油醇的容器中，充分搅拌，直到出现半透明状白色颗粒，即制得载体B，备用；
第三步：按照质量比为1∶(2-4)取第一步得到的溶液A与第二步得到的载体B并混合，在水浴中加热搅拌15min，配置成丝网印刷铂浆料，备用；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗，并在红外灯下晾干
第五步：取200目的网版将第三步得到的铂浆料印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，然后在150℃烘干15min，再移转至马弗炉内在350℃保温60min，取出自然降温，即形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.04mol/L-1mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热至40-80℃，将第五步得到的初始的铂电极放到TiCl4的水溶液中浸泡0.5-20h，取出；B)用去离子水反复冲洗；C)在120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达400-550℃时保温20-60min，最后取出降温。
与现有技术相比，本发明染料敏化太阳能电池对电极的制备方法至少具有以下优点：由于本方法采用了丝网印刷，因此，可以制备大面积的电池，有利于产业化发展，且工艺成熟、成本低廉；再者，由于采用了腐蚀，因此，可以提高电极的比表面积，提高电池的转换效率；最后，由于TiCl4水解后产生的纳米颗粒沉积在铂表面，因此，进一步提供了电极的比表面积，使电解质可以充分地接触铂电极。。
【附图说明】
图1是组装到电池后电池的I-V曲线，其中，曲线1是本发明组装到电池中后电池的I-V曲线，曲线2是传统组装到电池后电池的I-V曲线；
【具体实施方式】
实施例一：
第一步：称量3克的氯铂酸，缓慢倒入装有100克异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，即制得溶液A1，备用；
第二步：在80℃的水浴中，将10克的乙基纤维素缓慢倒入装有50克松油醇的容器中，充分搅拌，直到出现半透明状白色颗粒，即制得载体B1，备用；
第三步：取10克第一步得到的溶液A1与20克第二步得到的载体B1混合，在水浴中加热搅拌15min，配置成丝网印刷铂浆料，备用；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将第三步得到的铂浆料印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，并在150℃烘干15min，然后移转至马弗炉内在350℃保温60min，再取出自然降温，即形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.04mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热至40℃，将第五步得到的初始的铂电极放到TiCl4的水溶液中浸泡0.5h，取出；B)用去离子水反复冲洗；C)在120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达400℃时保温60min，最后取出，降至常温即可。
实施例二：
第一步：称量0.2克的氯铂酸，并将其缓慢倒入装有100克异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，及即制得溶液A2。
第二步：称取乙基纤维素10克缓慢倒入装有150克松油醇的容器中，并在80℃的水浴中充分搅拌，直到出现半透明状无白色颗粒，即制得载体B2；
第三步：称取10克第一步得到的溶液A2和40克第二步得到的载体B2混合，加热搅拌15min后配置成丝网印刷铂浆料；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗干净，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将铂浆料印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，并在150℃烘干15min，然后在马弗炉内在550℃保温20min，再取出自然降温，从而形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.1mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热80℃，将第五步得到的初始的铂电极放到上述TiCl4的水溶液中浸泡20h后取出；B)用去离子水反复冲洗；C)120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达550℃时保温20min，最后取出降至常温，即可。
实施例三：
第一步：称量1克的氯铂酸，并将其缓慢倒入装有100克异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，及即制得溶液A3。
第二步：称取乙基纤维素10克缓慢倒入装有100克松油醇的容器中，并在80℃的水浴中充分搅拌，直到出现半透明状无白色颗粒，即制得载体B3；
第三步：称取10克第一步得到的溶液A3与30克第二步得到的载体B3混合，加热搅拌15min后配置成丝网印刷铂浆料；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗干净，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将铂浆料印刷到第四步的FTO导电玻璃上，并在150℃烘干15min，然后在马弗炉内在500℃保温30min，再取出自然降温，从而形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.08mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热60℃，将第五步得到的铂电极放到该TiCl4的水溶液中浸泡1h后取出；B)用去离子水反复冲洗；C)120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达500℃时保温30min，最后取出降至常温，即可。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，包括以下步骤：
第一步：按照质量比为(0.2-3)∶100将氯铂酸缓慢倒入装有异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，即制得溶液A，备用；
第二步：在80℃的水浴中，按照质量比为1∶(5-15)将乙基纤维素缓慢倒入装有松油醇的容器中，充分搅拌，直到出现半透明状白色颗粒，即制得载体B，备用；
第三步：按照质量比为1∶(2-4)混合第一步得到的溶液A与第二步得到的载体B，并在水浴中加热搅拌15min，配置成丝网印刷铂浆料，备用；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将第三步得到的铂浆料印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，然后在150℃烘干15min，再移转至马弗炉内在350℃保温60min，取出自然降温，即形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.04mol/L-1mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热至40℃-80℃，将第五步得到的初始的铂电极放到TiCl4的水溶液中浸泡0.5-20h，取出；B)用去离子水反复冲洗；C)在120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达400-550℃时保温20-60min，最后取出降温。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：将3g的氯铂酸缓慢倒入装有100g的异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，即制得溶液A，备用；
第二步：在80℃的水浴中，将10g的乙基纤维素缓慢倒入装有50g松油醇的容器中，充分搅拌，直到出现半透明状白色颗粒，即制得载体B，
备用；
第三步：按照质量比为1∶2混合第一步得到的溶液A与第二步得到的载体B，在水浴中加热搅拌15min，配置成丝网印刷铂浆料，备用；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将第三步得到的铂浆料丝网印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，然后在150℃烘干15min，再移转至马弗炉内在350℃保温60min，取出自然降温，即形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.04mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热至40℃，将第五步得到的初始的铂电极放到TiCl4的水溶液中浸泡0.5h，取出；B)用去离子水反复冲洗；C)在120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达350℃时保温60min，最后取出降温。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：将0.2g氯铂酸缓慢倒入装有100g异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，即制得溶液A，备用；
第二步：在80℃的水浴中，将10g乙基纤维素缓慢倒入装有150g松油醇的容器中，充分搅拌，直到出现半透明状白色颗粒，即制得载体B，备用；
第三步：取10g第一步得到的溶液A与40g第二步得到的载体B混合，并在水浴中加热搅拌15min，配置成丝网印刷铂浆料，备用；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将第三步得到的铂浆料丝网印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，然后在150℃烘干15min，再移转至马弗炉内在550℃保温20min，取出自然降温，即形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.1mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热至80℃，将第五步得到的初始的铂电极放到TiCl4的水溶液中浸泡20h，取出；B)用去离子水反复冲洗；C)在120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达550℃时保温20min，最后取出降温。
4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：将1g氯铂酸缓慢倒入装有100g异丙醇的容量瓶中，超声波分散15min，再进行磁子搅拌15min，直至没有固体颗粒为止，分散均匀后封口存放，即制得溶液A，备用；
第二步：在80℃的水浴中，将10g乙基纤维素缓慢倒入装有100g松油醇的容器中，充分搅拌，直到出现半透明状白色颗粒，即制得载体B，备用；
第三步：取10g第一步得到的溶液A与30g第二步得到的载体B，在水浴中加热搅拌15min，配置成丝网印刷铂浆料，备用；
第四步：取FTO导电玻璃，并依次用含有洗洁精的去离子水和丙酮或乙醇超声波清洗，再用去离子水淋洗，并在红外灯下晾干；
第五步：取200目的网版将第三步得到的铂浆料丝网印刷到第四步得到的FTO导电玻璃上，然后在150℃烘干15min，再移转至马弗炉内在500℃保温30min，取出自然降温，即形成初始的铂电极；
第六步：A)取浓度为0.08mol/L的TiCl4水溶液，水浴加热至60℃，将第五步得到的初始的铂电极放到TiCl4的水溶液中浸泡1h，取出；B)用去离子水反复冲洗；C)在120℃烘干；D)移转至马弗炉，马弗炉以5℃/min的速率升温，当温度达500℃时保温30min，最后取出降温。
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