CN102013329B - 一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种通过对染料敏化太阳能电池对电极非导电面进行处理从而提高太阳能电池光能转化率的方法。本发明是为了解决光入射后大部分光通过光阳极后直接透过铂对电极而没有充分的利用，造成光能损失的问题。本发明染料敏化太阳能电池包括导电透明基底的第一电极、设置在所述第一电极的一侧上的光吸收层、吸附于光吸收层表面的染料敏化剂、面对所述第一电极的第二电极，设置在所述第一电极和第二电极之间的电解液，在所述第二电极的非导电表面上涂履颜料形成光散射层。本发明适用于制备染料敏化太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种通过对染料敏化太阳能电池对电极非导电面进行处理从而提高太阳能电池光能转化率的方法。
背景技术
新能源取代传统能源发展趋势已不可避免，其中对太阳能的利用已成为新能源的发展热点，太阳能电池技术正步入高速发展阶段，薄膜电池由于其可以低成本大规模生产，可能成为下一代主要的太阳能电池技术。近二十年发展起来的第三代太阳能电池染料敏化太阳能电池与目前处于主导地位的晶体硅太阳能电池相比，其结构及生产工艺简单，易于大规模工业化生产；制备生产工艺中无毒无污染，且成本较低，制备电池能耗较少，能源回收周期短。
染料敏化太阳能电池借鉴于植物光合作用理念，实现光电转换。它是由纳米半导体多孔材料、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基材构成。染料分子通过吸收太阳能被激发，产生电子-空穴对即电子和激发态染料分子；电子迅速的被注入到半导体导带与空穴分离，空穴被传输至电解质内；通过导带后瞬间在导电基底富集，再经外线路传到对电极；失去电子处于被氧化的染料被电解质还原即空穴传递，回到原来的基态；被氧化的电解质在对电极处接受电子被还原，完成一次电路循环。
染料敏化太阳能电池理论光能转换率最大值为31％，但目前已文献报道的转换率仅达到12％左右，染料敏化太阳能电池对电极的电催化性能对整个电池的光电转化率有着重要的影响，现有的染料敏化太阳能电池的制备过程中使用透明导电玻璃做基底，对电极为铂电极，溅射的铂厚度只有几十纳米几乎透明，光入射后有相当大的一部分光通过光阳极后直接透过铂对电极而没有充分的利用，造成光能损失。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中，溅射的铂厚度几乎透明，光入射后大部分光通过光阳极后直接透过铂对电极而没有充分的利用，造成光能损失的问题，进而提供了一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法。
本发明的技术方案是：本发明的染料敏化太阳能电池包括导电透明基底的第一电极、设置在所述第一电极的一侧上的光吸收层、吸附于光吸收层表面的染料敏化剂、面对所述第一电极的第二电极，设置在所述第一电极和第二电极之间的电解液，在所述第二电极的非导电表面上涂履颜料形成光散射层。
进一步优选地，所述涂覆颜料是指将颜料通过丝网印刷或者喷涂的方法涂履于第二电极的非导电表面上。
所述丝网印刷是指利用丝网印刷法将颜料覆盖于所述第二电极的非导电表面上，烘干后形成厚度在10～50μm之间的光散射层。所述喷涂是指利用喷涂法将颜料均匀喷涂于所述第二电极的非导电表面上，烘干后形成厚度在10～50μm之间的光散射层。
进一步优选地，所述光吸收层为14～16μm的TiO2纳米透明层和400nm的TiO2散射层。
进一步优选地，所述颜料为白色或者黄色。
本发明具有以下有益效果：本发明使用不同颜色的颜料涂覆于染料敏化太阳能电池第二电极(对电极)导电玻璃基底的非导电表面形成厚度在10～50μm之间的光散射层，不但有效防止光透过电池，而且能够充分散射和吸收透过第一电极(光阳极)以及第二电极的光，从而提高太阳能电池的光利用率，实现光能转化率的提高。现有技术中有采用10～200nm的光反射层，但这种纳米级的膜层光散射能力较弱，不能较大幅度地提高透过染料电池的那部分剩余阳光的利用率。经过表面处理后的染料敏化太阳能电池，根据其丝印不同颜色的颜料其光能转化率明显地不同，其中白色颜料效果最佳，黄色颜料次之，光能转化率最高提高26％。其中喷涂白色颜料的太阳能电池效果最佳。
附图说明
通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1为本发明的染料敏化太阳能电池结构示意图；
附图标号说明：
1-第一电极，101-第一电极导电玻璃，102-掺氟SnO2导电层一，2-光吸收层，201-纳米透明TiO2膜层，202-TiO2散射层，4-电解质，5-染料敏化剂，3-第二电极，301-第二电极导电玻璃，302-掺氟SnO2导电层二，303-铂电极，304-光散射层。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，图1例示性地展示了本发明所述的染料敏化太阳能电池，它包括第一电极1(光阳极)，设置在第一电极1的一侧上的光吸收层2，吸附于光吸收层2表面的染料敏化剂5，相对第一电极1设置的第二电极3(对电极)，设置在第一电极1和第二电极3之间的电解液4，第一电极导电玻璃101的一侧溅射有掺氟SnO2导电层一102，光吸收层2由依次涂履于掺氟SnO2导电层一102上的纳米透明TiO2膜层201和TiO2散射层202构成，第二电极导电玻璃301的一侧依次溅射了掺氟SnO2导电层二302和铂电极303，第二电极3的非导电表面上(即第二电极导电玻璃301的另一侧，也是未溅射掺氟SnO2导电层二302和铂电极303的一侧)涂履有不同颜料形成的光散射层304。
下面，对本发明所述的一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法进行一个详细的描述。
实施例一：
步骤一：对第一电极导电玻璃101进行表面清洗，将其在超声清洗器内依次使用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗10分钟，在烘干箱内烘干后置于浓度为40mmol/L的TiCl4溶液中浸泡，水浴加热至70℃下浸泡30分钟后，取出烘干；
步骤二：将经步骤一处理后的第一电极导电玻璃101进行第一次热处理，将其置于气氛炉内，在325℃下保温5～10分钟后升至375℃保温5～10分钟，再升温到450℃保温10～15分钟，最后将温度升至500℃并保温10～15分钟，并对其一侧溅射掺氟SnO2导电层一102得到第一电极1；
步骤三：将已配制好的25nm TiO2料浆涂覆于第一电极1的掺氟SnO2导电层102一的上表面，通过均化、干燥工艺形成厚度为14～16μm的纳米透明TiO2膜层201，在纳米透明TiO2膜层201之上再丝网印刷一层400nm TiO2散射层202形成光吸收层2；
步骤四：将经步骤三处理后的第一电极1置于40mmol/L的TiCl4溶液中浸泡并烘干，进行第二次热处理，即将第一电极1置于气氛炉内450℃下保温30分钟；
步骤五：将第二电极导电玻璃301的一侧依次溅射了掺氟SnO2导电层二302和铂电极303得到的第二电极3与第一电极1对接，使用沙林膜进行封装，在真空环境中，注入电解质4，即I-1/I3 -1氧化还原对，使用沙林膜密封电解质注入口，制得染料敏化太阳能电池；
步骤六：将颜料制浆，如在白色颜料中添加稀释剂松香水，按4∶1～7∶1比例混合，将制浆的不同颜料丝网印刷到经步骤五得到的第二电极3的非导电表面上，控制丝印次数，其中每刷一次依次经过丝印、均化、干燥过程，并置于热风烘干箱内，在70℃下烘干24小时得到光散射层304，颜料膜层(即光散射层304)厚度调整在10-50μm内。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于步骤六中使用喷枪，将不同颜色的颜料均匀地喷涂于经步骤五得到的第二电极3的非导电表面上，如白色涂料需要使用白色颜料与稀释剂松香水按比例2∶1-5∶1调配，并置于热风烘箱内，在70℃下烘干24小时得到光散射层304，经过反复的喷涂和湿料的固化烘干使喷涂膜层(即光散射层304)厚度控制在10-50μm。
需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，所述染料敏化太阳能电池包括导电透明基底的第一电极(1)、设置在所述第一电极(1)的一侧上的光吸收层(2)、吸附于光吸收层(2)表面的染料敏化剂(5)、面对所述第一电极(1)的第二电极(3)，设置在所述第一电极(1)和第二电极(3)之间的电解液(4)，其特征在于：在所述第二电极(3)的非导电表面上涂履颜料形成光散射层(304)。
2.根据权利要求1所述的一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，其特征在于：所述涂覆颜料是指将颜料通过丝网印刷或者喷涂的方法涂履于第二电极(3)的非导电表面上。
3.根据权利要求2所述的一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，其特征在于：所述丝网印刷是指利用丝网印刷法将颜料覆盖于所述第二电极(3)的非导电表面上，烘干后形成厚度在10～50μm之间的光散射层(304)。
4.根据权利要求2所述的一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，其特征在于：所述喷涂是指利用喷涂法将颜料均匀喷涂于所述第二电极(3)的非导电表面上，烘干后形成厚度在10～50μm之间的光散射层(304)。
5.根据权利要求1所述的一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，其特征在于：所述光吸收层(2)为14～16μm的TiO2纳米透明层(201)和400nm的TiO2散射层(202)。
6.根据权利要求1所述的一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法，其特征在于：所述颜料为白色或者黄色。
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