CN102005308A - Ti（l-x）SnxO2太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Ti( l-x )SnxO2太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti( l-x )SnxO2纳米晶薄膜层和电解质溶液。对于用Ti( l-x )SnxO2纳米晶薄膜层制备的太阳能电池，目前还鲜有报道。该电池在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，其光电转换效率为1.64%；经TiCl4处理后，其光电转换效率可达3.95% 。

Description

Ti(l-x)SnxO2太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种Ti（l-x）SnxO2太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏电池将太阳能直接转换成电能实现光伏发电，大致已由单晶硅、多晶硅太阳能电池，GaAs、CdTe、CuInSe薄膜太阳能电池发展到染料敏化太阳能电池DSSC阶段。与传统的硅光伏电池依靠物理光电效应不同的是，DSSC则是通过光化学过程来实现光电转换，使太阳电池的光电转换材料不再局限于制备过程复杂、价格昂贵的高纯无机半导体材料。因此寻找低成本且性能优良的DSSC半导体材料成为染料敏化太阳能电池研究中重要的课题之一。目前广泛报道的半导体薄膜材料主要是纳米TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5等二元半导体氧化物，三元半导体如Zn2SnO4、Zn2TiO4、ZnGa2O4、SrTiO3等也被人们重视起来。但是，目前还未有Ti（l-x）SnxO 2纳米晶染料敏化太阳能电池的相关专利报道。
发明内容
[0003] 本发明的目的为提供了一种Ti（l-x）SnxO2太阳能电池及其制备方法，利用Ti（l-x）SnxO2纳米晶这种具有良好性能的半导体材料，吸附更多的染料，增加了光的利用率。
一种Ti（l-x）SnxO2太阳能电池，包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti（l-x）SnxO2纳米晶薄膜层和电解质溶液。
所述的Ti（l-x）SnxO2纳米晶的粒径在8-12nm。
所述的有机染料为D131，钌染料为N719，其摩尔配比为1:1-1:3。
该电池的制备方法为：
1）电极材料的制备方法：将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照（1- x ）：x 化学计量比溶于乙二醇中，其中0<x<1，溶质浓度为0.1-1摩尔/升，室温下磁力搅拌20-40分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180-220℃烘箱反应18-22小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8-14小时得到Ti（l - x）SnxO2纳米晶粉末；
2）染料敏化太阳能电池的组装：将制得的Ti（l-x）SnxO2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510-530℃焙烧1.5-2.5小时，重复印刷焙烧3-5次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1-1:3的混合染料中，12-24小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。
  本发明的优点在于：本发明首次提供了一种Ti（l-x）SnxO2纳米晶的太阳能电池及其制备方法，为染料敏化纳米晶太阳能电池发现了一种全新的电极材料。同时本发明利用简单的溶剂热法合成了粒径较小的Ti（l-x）SnxO2纳米晶，用此纳米晶作为染料敏化太阳能电池负极，以D131和N719混合染料为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，其光电转换效率为1.64%；经TiCl4处理后，其光电转换效率可达3.95%，具有较高的光电转化效率。
说明书附图
图1  加反射层和未加反射层的 (Ti0.5Sn0.5)O2 染料敏化纳米晶太阳能电池的I–V性能曲线。 
具体实施方式
一种Ti（l-x）SnxO2太阳能电池，包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti（l-x）SnxO2纳米晶薄膜层和电解质溶液。
所述的Ti（l-x）SnxO2纳米晶的粒径在8-12nm。
所述的有机染料为D131，钌染料为N719，其摩尔配比为1:1-1:3。
该电池的制备方法为：
1）电极材料的制备方法：将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照（1- x ）：x 化学计量比溶于10-25毫升的乙二醇中，其中0<x<1，溶质浓度为0.1-1摩尔/升，室温下磁力搅拌20-40分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180-220℃烘箱反应18-22小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8-14小时得到Ti（l - x）SnxO2纳米晶粉末；
2）染料敏化太阳能电池的组装：将制得的Ti（l-x）SnxO2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510-530℃焙烧1.5-2.5小时，重复印刷焙烧3-5次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1-1:3的混合染料中，12-24小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。
实施例1
   一种Ti0.5Sn0.5O2太阳能电池的制备方法为：
 1）电极材料的制备方法：将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照（1- 0.5 ）：0.5化学计量比溶于乙二醇中，溶质浓度为0.1摩尔/升，室温下磁力搅拌20分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180℃烘箱反应22小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8小时得到Ti0.5Sn0.5O2纳米晶粉末；
2）染料敏化太阳能电池的组装：将制得的Ti0.5Sn0.5O2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510℃焙烧2.5小时，重复印刷焙烧3次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1的混合染料中，12小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
 所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液0.05摩尔/升的碘单质，溶剂为液态乙腈。
实施例2
   一种Ti0.2Sn0.8O2太阳能电池的制备方法为：
  1）电极材料的制备方法：将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照（1- 0.8 ）：0.8化学计量比溶于乙二醇中，溶质浓度为1摩尔/升，室温下磁力搅拌40分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在220℃烘箱反应18小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥14小时得到Ti0.2Sn0.8O2纳米晶粉末；
2）染料敏化太阳能电池的组装：将制得的Ti0.2Sn0.8O2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在530℃焙烧1.5小时，重复印刷焙烧5次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:3的混合染料中，24小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
  所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液0.1摩尔/升的碘化锂，溶剂为液态乙腈。
实施例3
一种Ti0.7Sn0.3O2太阳能电池的制备方法为：
1）电极材料的制备方法：将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照（1- 0.3 ）：0.3 化学计量比溶于乙二醇中，溶质浓度为0.5摩尔/升，室温下磁力搅拌30分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在200℃烘箱反应20小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥10小时得到Ti0.7Sn0.3O2纳米晶粉末；
2）染料敏化太阳能电池的组装：将制得的Ti0.7Sn0.3O2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在520℃焙烧2.0小时，重复印刷焙烧4次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:2的混合染料中，20小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
   以上未提及部分与具体实施方式相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种Ti（l-x）SnxO2太阳能电池，其特征在于：所述的太阳能电池包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti（l-x）SnxO2纳米晶薄膜层和电解质溶液。
2.根据权利要求1所述的Ti（l-x）SnxO2太阳能电池，其特征在于：所述的Ti（l-x）SnxO2纳米晶的粒径在8-12nm。
3.根据权利要求1所述的Ti（l-x）SnxO2太阳能电池，其特征在于：所述的有机染料为D131，钌染料为N719，其摩尔配比为1:1-1:3。
4.一种Ti（l-x）SnxO2太阳能电池的制备方法，其特征在于：该电池的制备方法为：
1）电极材料的制备方法：将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照（1- x）：x 化学计量比溶于乙二醇中，其中0<x<1，溶质浓度为0.1-1摩尔/升，室温下磁力搅拌20-40分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180-220℃烘箱反应18-22小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8-14小时得到Ti（l - x）SnxO2纳米晶粉末；
2）染料敏化太阳能电池的组装：将制得的Ti（l-x）SnxO2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510-530℃焙烧1.5-2.5小时，重复印刷焙烧3-5次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1-1:3的混合染料中，12-24小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
5.根据权利要求4所述的Ti（l-x）SnxO2太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。
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