CN101916669B - 染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，该方法包括如下步骤：将工作电极置于容器中；将容器抽至真空后注入染料溶液至覆盖工作电极；解除容器真空状态，保持工作电极浸在染料溶液中30分钟到36小时；取出工作电极，用清洗液对其表面进行清洗。本发明提高了染料的吸附量；不需要昂贵复杂的技术和设备；工艺简单，操作简便，对装置所处环境无特别要求。

Description

染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，特别是一种染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法。 
背景技术
染料敏化太阳能电池(DSSC)主要由纳米多孔半导体薄膜和导电衬底组成的工作电极、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极等几部分组成。工作电极通常由涂覆在导电衬底上的金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)纳米晶薄膜组成，然后将敏化染料吸附在半导体纳米晶多孔薄膜的表面。 
在染料敏化太阳能电池的工作机理中，染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态，处于激发态的染料分子产生电子并将电子注入半导体的导带中，然后输运到外电路形成电流。半导体纳米晶薄膜吸附的染料分子的数量直接影响了电池的电流密度。 
关于半导体纳米晶多孔膜的染料吸附，目前常用的方法是直接将工作电极在常压下浸入染料溶液中保持一定时间实现表面吸附。在吸附过程中，由于一部分残留空气会被溶液封闭在多孔膜的内部，导致这部分半导体纳米晶颗粒表面不能吸附染料，且多孔膜厚度越厚，这种现象越严重，这对电池的效率产生了不利的影响。 
发明内容
发明目的：针对上述现有染料敏化太阳能电池所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，即在真空辅助条件下进行染料吸附，从而提高半导体纳米晶薄膜的染料吸附量。 
技术方案：本发明所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，包括以下步骤： 
(1)将工作电极置于容器中； 
(2)将容器抽至真空后注入染料溶液至覆盖工作电极； 
(3)解除容器真空状态，保持工作电极浸在染料溶液中30分钟到36小时； 
(4)取出工作电极，用清洗液对其表面进行清洗。 
所述工作电极包括导电性基底和半导体纳米晶层，半导体纳米晶层为半导体纳米颗粒构成的多孔结构。 
所述染料为钌配合物。 
所述染料为有机染料。 
所述钌配合物为N3、N719。 
所述有机染料为D149、D190。 
所述清洗液可以为无水乙醇、丙酮或乙腈等不溶解燃料的常用有机溶剂。 
有益效果：本发明与现有技术相比：提高了染料的吸附量；不需要昂贵复杂的技术和设备；工艺简单，操作简便，对装置所处环境无特别要求。 
附图说明
图1为工作电极真空辅助条件下吸附染料的示意图； 
图2为真空辅助条件下吸附和非真空辅助条件下吸附情况下N719染料光吸收对比曲线图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 
实施例1：如图1所示，将厚度50μm TiO2纳米晶层工作电极置于四口开口瓶中，工作电极包括导电性基底4和半导体纳米晶层3，通过阀门2连接真空泵将四口开口瓶内部抽至真空并保持真空状态，将分液漏斗1中的N719染料溶液注入至覆盖工作电极，打开阀门2放入空气，24小时后取出工作电极，用无水乙醇清洗。 
实施例2：如图1所示，将厚度80μm SnO2纳米晶层工作电极置于四口开口瓶中，工作电极包括导电性基底4和半导体纳米晶层3，通过阀门2连接真空泵将四口开口瓶内部抽至真空并保持真空状态，将分液漏斗1中的N3染料溶液注入至覆盖工作电极，打开阀门2放入空气，36小时后取出工作电极，用丙酮清洗。 
实施例3：如图1所示，将厚度20μm ZnO纳米晶层工作电极置于四口开口瓶中，工作电极包括导电性基底4和半导体纳米晶层3，通过阀门2连接真空泵将四口开口瓶内部抽至真空并保持真空状态，将分液漏斗1中的D149染料溶液注入至覆盖工作电极，打开阀门2放入空气，12小时后取出工作电极，用无水乙醇清洗。 
实施例4：如图1所示，将厚度10μm TiO2纳米晶层工作电极置于四口开口瓶中，工作电极包括导电性基底4和半导体纳米晶层3，通过阀门2连接真空泵将四口开口瓶内部抽至真空并保持真空状态，将分液漏斗1中的D190染料溶液注入至覆盖工作电极，打开阀门2放入空气，40分钟后取出工作电极，用乙腈清洗。 
实施例5：如图1所示，将厚度40μm ZnO纳米晶层工作电极置于四口开口瓶中，工作电极包括导电性基底4和半导体纳米晶层3，通过阀门2连接真空泵将四口开口瓶内部抽至真空并保持真空状态，将分液漏斗1中的N719染料溶液注入至覆盖工作电极，打开阀门2放入空气，10小时后取出工作电极，用无水乙醇清洗。 
实施例6：方法同实施例5，将其中厚度40μm ZnO纳米晶层工作电极换为按1∶1比例配合的TiO2和ZnO纳米晶层工作电极，10小时换为20小时。 
实施例7：方法同实施例2，将其中厚度80μm SnO2纳米晶层工作电极换为按1∶2比例配合的SnO2和TiO纳米晶层工作电极。 
实施例8：方法同实施例1，将其中厚度50μm TiO2纳米晶层工作电极换为按1∶1∶1比例配合的SnO2、TiO和ZnO纳米晶层工作电极。 
通过上述实施例，可以得出以下结果，如图2所示，横坐标为光波长 
(Wavelength)，纵坐标为吸收度(Absorbance)，1为80μmTiO2半导体纳米晶工作电极A在真空辅助条件下吸附的染料对光的吸收度，2为同一TiO2半导体纳米晶工作电极A在常压下吸附的染料对光的吸收度。从图中可以看出，半导体纳米晶工作电极A在真空辅助条件下吸附的染料对光的吸收度明显高于其在常压下吸附的染料对光的吸收度，提高了染料的吸附量，不需要昂贵复杂的技术和设备，工艺简单，操作简便，对装置所处环境无特别要求。 

Claims (8)

1.一种染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：将工作电极在真空辅助条件下吸附染料，包括如下步骤：
(1)将工作电极置于容器中；
(2)将容器抽至真空后注入染料至覆盖工作电极；
(3)解除容器真空状态，保持工作电极浸在染料溶液中30分钟到36小时；
(4)取出工作电极，用清洗液对其表面进行清洗。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述步骤(1)中的工作电极包括导电性基底和半导体纳米晶层，半导体纳米晶层为半导体纳米颗粒构成的多孔结构。
3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述半导体纳米晶层工作电极的材料为：TiO2、SnO2和ZnO半导体纳米颗粒中的任意一种或几种的任意组合。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述步骤(2)中的染料为钌配合物。
5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述步骤(2)中的染料为有机染料。
6.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述钌配合物为N3、N719。
7.根据权利要求5所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述有机染料为D149、D190。
8.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池工作电极的染料吸附方法，其特征在于：所述步骤(4)中清洗液为无水乙醇或丙酮或乙腈。
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