CN102034615B - 一种设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下工艺步骤：(a)清洗；(b)制备TiO2纳米透明层；(c)制备TiO2光散射层；(d)形成光阳极；(e)粘合反射层；(f)电极对接封装；(g)注入电解质；(h)密封电解质注入口，制得太阳能电池。该发明制备的染料敏化太阳能电池可以完全反射透过电池对电极的光，有效的抑制光能损失，提高光能利用率，进而提高电池的光能转化率。而且本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，不会影响整个太阳能电池的制备工艺。
Description
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种对电极上设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法。
背景技术
自1991年瑞士洛桑联邦理工学院教授Michael
在Nature杂志报道了第三代太阳能电池-染料敏化太阳能电池(DSSC)制备方法以及其7.1-7.9％光能转化率后，引起国内外相关学者的高度重视。与其他太阳能电池相比，DSSC具有简单的制备工艺，低廉的制造价格，无毒无污染的制备材料等优势。其光能转化率也在逐年增长，据报道称，目前Michael
实验组制备的DSSC光能转化率已经超过12％，而且稳定性、效率仍有很大的提升空间，其产业化、实用化的目标已越来越近。
纳米晶染料敏化太阳能电池是以纳米TiO2多孔膜作为工作电极，以钌配合物或纯有机染料作为光敏化染料，以氧化还原对作为电解质，铂膜作为对电极以及导电基材组装而成。光照后，染料分子受激发释放电子-空穴对，由于染料最低未占轨道与TiO2导带能级相近，电子被注入到TiO2导带并富集于导电基材表面由外电路引出，被激发的染料在电解质中还原，电解质失去的电子通过外电路得以补偿形成电流循环。
目前制备的DSSC常使用导电玻璃(FTO)做基底，其光透过率超过75％，TiO2工作电极以及铂对电极均属纳米级膜层厚度具有高度透明性，使用的电解质多为液态电解质使得封装而成的电池具有较高的光透过性，Kang M G等人(Kang M G， Park N G，Park Y J et al.Solar energy materialssolar cells，75，475)对DSSC光透过率进行测试发现在可见光范围其透过率超过60％。染料敏化太阳能电池的这种高透明性可以使染料与更多的光子接触，释放更多的电子，但光由工作电极入射后便直接透过铂对电极，造成严重的光能损失，抑制了光电流的进一步增长以及光能转化率的提高。因此，设有光反射层的染料敏化太阳能电池就可以重复利用入射的光能，有效地减少光能损失。
发明内容
本发明的目的是一种设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法，以提高太阳能电池的光利用率，从而实现光能转化率的提高。
本发明的技术方案是：
一种设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法专利中，光反射层采用粘接全反射镜的方式制得，这种染料敏化太阳能电池的制备包括如下工艺步骤：
(a)清洗：清洗导电玻璃；
(b)制备TiO2纳米透明层：采用丝网印刷法将TiO2料浆涂覆于导电玻璃表面制备TiO2纳米透明层；
(c)制备TiO2光散射层：在所述TiO2纳米透明层上再丝印一层TiO2光散射层；
(d)形成光阳极：在气氛炉内热处理后，使用TiCl4溶液处理所述导电玻璃，经烘干、烧结后制得光阳极；
(e)粘接全反射镜、电极对接封装：在烘箱内120℃下将全反射镜粘合于对电极表面作为光反射层；将粘合有全反射镜的对电极与所述光阳极对接，使用沙林膜进行封装；
(f)：注入电解质：在真空环境中，注入电解质；
(g)密封电解质注入口：使用沙林膜密封电解质注入口，制得太阳能电池。
进一步优选地，所述电解质为I-1/I3 -1氧化还原对。
进一步优选地，在步骤(a)清洗导电玻璃后，将处理后的导电玻璃进行烧结处理，使用气氛炉在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。
本发明具有以下有益效果：本发明在染料敏化电池的制备过程中结合染料敏化电池封装技术直接将全反射镜粘合于对电极表面从而在对电极表面形成了光反射层。该发明制备的染料敏化太阳能电池可以完全反射透过电池对电极的光，有效的抑制光能损失，提高光能利用率，进而提高电池的光能转化率。而且本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，不会影响整个太阳能电池的制备工艺。
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；
图2为本发明中粘设有全反射镜的对电极剖面图。
附图标号说明：
1-导电玻璃非导电面、2-掺氟SnO2导电层、3-透明纳米TiO2层、4-TiO2散射层、5-染料、6-电解质、7-对电极、8-光反射层、9-沙林膜、10-电解质注入孔。
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、图2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整体结构，包括导电玻璃非导电面1、溅射的掺氟SnO2导电层2、纳米透明TiO2膜层3、400nm TiO2散射层4、染料5、电解质I-1/I3 -1氧化还原对6、对电极7，设置在导电玻璃非导电面1的光反射层8，以及用于封装的沙林膜9。
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：
(a)清洗：清洗导电玻璃；在超声清洗器内依次使用去离子水、无水乙醇、丙酮清洗10分钟，于烘箱内烘干；配制40mM TiCl4溶液，浸泡导电玻璃(FTO)，并于70℃下处理30分钟后烘干；
将处理后的FTO进行烧结处理，使用气氛炉在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；
(b)制备TiO2纳米透明层：利用丝网印刷法，将已配制好的25nm TiO2料浆涂覆于FTO表面形成TiO2纳米透明层3，通过均化、干燥工艺控制其厚度为14～16μm；
(c)制备TiO2光散射层：在TiO2纳米透明层之上再丝印一层400nmTiO2光散射层4；
(d)形成光阳极：第二次使用40mM TiCl4溶液处理FTO，烘干后进行第二次热处理，在气氛炉内450℃下保温30分钟，制备出光阳极；
(e)真空蒸镀：在真空蒸镀设备中，调节真空度≥10-5torr，控制蒸镀时间在对电极非导电表面镀一层铝镜面光反射层；为提高铝镜面与导电玻璃的结合力，蒸镀后经过烧结工艺，即在石英管式炉中550℃下热处理30-60分钟；
(f)电极对接封装：将镀有铝镜面光反射层的对电极与所述光阳极对接，使用沙林膜进行封装；
(g)注入电解质：在真空环境中，注入电解质6，电解质6为I-1/I3 -1氧化还原对；
(h)密封电解质注入口：使用沙林膜密封电解质注入口10，制得太阳能电池。
实施例二：
本实施例与实施例一在步骤a～d完全相同，不同之处在于：
(e)粘接全反射镜、电极对接封装：在烘箱内120℃下将全反射镜粘合于对电极表面作为光反射层；将粘合有全反射镜的对电极与所述光阳极对接，使用沙林膜进行封装；
(f)：注入电解质：在真空环境中，注入电解质6，电解质6为I-1/I3 -1氧化还原对；
(g)密封电解质注入口：使用沙林膜密封电解质注入口10，制得太阳能电池。
两实施例制备的染料敏化太阳能电池均可以完全反射透过电池对电极的光，有效的抑制光能损失，提高光能利用率，进而提高电池的光能转化率。
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 (3)
1.一种设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(a)清洗：清洗导电玻璃；
(b)制备TiO2纳米透明层：采用丝网印刷法将TiO2料浆涂覆于导电玻璃表面制备TiO2纳米透明层；
(c)制备TiO2光散射层：在所述TiO2纳米透明层上再丝印一层TiO2光散射层；
(d)形成光阳极：在气氛炉内热处理后，使用TiCl4溶液处理所述导电玻璃，经烘干、烧结后制得光阳极；
(e)粘接全反射镜、电极对接封装：在烘箱内120℃下将全反射镜粘合于对电极表面作为光反射层；将粘合有全反射镜的对电极与所述光阳极对接，使用沙林膜进行封装；
(f)注入电解质：在真空环境中，注入电解质；
(g)密封电解质注入口：使用沙林膜密封电解质注入口，制得太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电解质为I-1/I3 -1氧化还原对。
3.根据权利要求1所述的设有光反射层的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：在步骤(a)清洗导电玻璃后，将处理后的导电玻璃进行烧结处理，使用气氛炉在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。
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