CN102543467A - 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种染料敏化太阳能电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102543467A
CN102543467A CN2011104590095A CN201110459009A CN102543467A CN 102543467 A CN102543467 A CN 102543467A CN 2011104590095 A CN2011104590095 A CN 2011104590095A CN 201110459009 A CN201110459009 A CN 201110459009A CN 102543467 A CN102543467 A CN 102543467A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
tio
thin film
pipe array
array thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104590095A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102543467B (zh
Inventor
刘绍军
马清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201110459009.5A priority Critical patent/CN102543467B/zh
Publication of CN102543467A publication Critical patent/CN102543467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102543467B publication Critical patent/CN102543467B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池以及制备方法。本太阳能电池包括FTO玻璃对电极、移植于该导电玻璃上的具有高度结晶化和有序化的单相二氧化钛纳米管阵列、在纳米管阵列形成的TiO2纳米介孔薄膜及对太阳光具有高效吸收能力的染料等。在本发明中，通过在纳米管阵列表面复合一层具有较大表面积的TiO2介孔薄膜，从而能够显著地增加对染料的吸附能力并能获得对太阳光谱的高效吸收。本发明采用高度结晶化的锐钛矿纳米管阵列作为染料敏化太阳能电池光阳极材料，缩短了载流子在半导体中的传输路径并降低了电子的复合几率，从而有利于提高染料敏化太阳能电池的能量转换效率。

Description

一种染料敏化太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化钛纳米管染料敏化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近年来，能源问题越来越引起人们的关注。随着矿物燃料能源的日益枯竭，社会的发展迫切需要一种能够取代传统能源的高效和无污染的洁净能源。可利用的再生能源主要有风能、水能、地热、潮汐能以及太阳能，这其中，占地球总能量99％以上的太阳能，是一种取之不尽和用之不竭的清洁能源。
相比已商业化的工艺复杂和成本昂贵的硅太阳能电池，染料敏化太阳能电池(DSCC)所具有的廉价、高效、工艺简单、寿命长等优点而成为太阳能电池领域的研究热点。作为第三代太阳能电池，其最大优点在于廉价的原材料和简单的制作工艺。因此，染料敏化电池的制备成本仅相当于硅电池板的1/10且对光照条件要求不高。
染料敏化太阳能电池主要由透明导电玻璃基板、纳米二氧化钛或其它半导体氧化物多孔薄膜、染料、电解质及对电极组成。其基本工作原理是当能量低于半导体纳米TiO2禁带宽度但等于染料分子特征吸收波长的入射光照射在电极上时，吸附在电极表面染料分子中的电子受光子激发而注入到TiO2导电带，同时染料被氧化。注入到TiO2中的电子传输到导电玻璃基板后进入外电路，处于氧化态的染料从电解质中获得电子而还原成基态的同时，电解质氧化产生的电子扩散到对电极从而完成一个光电化学反应。吸附染料的TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、Al2O3等宽禁带半导体氧化物纳米材料是DSSC的核心部分。其中，纳米多晶TiO2由于具有大的可控表面结构的表面积和高电子传输性能而成为主要的研究对象，其结构和高结晶度是电池获得高能量转化效率的关键。
同时，太阳能电池吸收层厚度是由其所使用半导体的光吸收性能决定的，例如，为了吸收全波长的入射光且其中的入射光子不会因为透射而损失，就要求具有100μm厚的硅和1-3μm厚的砷化镓吸收层。同时，电池的光电转换效率很大程度上依赖于高纯材料以确保光子激发的载流子能有效地收集。这样由光吸收产生的载流子在到达外电路之前能够存活足够的时间和距离而不会导致电子空穴对复合产生热量。纳米结构的使用有很大机会摆脱传统太阳能电池使用高纯材料的限制并提供了一个很好的进行制备和设计太阳能量转换装置的机会。例如，它可以在垂直或正交于入射光子的方向收集载流子并能够使相对纯度较低的电池获得足够高的能量转换效率。
作为TiO2的三种晶型之一，锐钛矿相由于具有而相对小的有效电子质量和相对大的比表面积而在染料敏化太阳能电池、光催化剂、光水解制氢等领域有很好的应用前景。作为TiO2的低温稳定相，锐钛矿相一般在500～600℃开始向金红石相发生不可逆转变。而为了获得高结晶度的锐钛矿相，通常需要对合成的纳米锐钛矿相在600℃或更高进行热处理。对于阳极氧化制备的TiO2纳米管阵列薄膜，与Ti基体同时退火晶化时将不可避免地在纳米管底部形成一层致密的氧化层，且随着退火温度的升高，源于氧化层的“吞噬效应”对TiO2纳米管阵列薄膜的结构产生了致命性的影响，并加速了锐钛矿相向金红石相的转变，因此不利于获得稳定的锐钛矿相TiO2纳米管阵列薄膜。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种能够提高对太阳光的吸收效率和电子的传输效率的染料敏化太阳能电池的结构并提供此种太阳能电池的制备工艺和方法。
在本申请中，术语“晶化”是指在一定温度下退火时TiO2纳米管从非晶态到结晶相的结构转化。术语“前驱体”指的是TiO2纳米管阵列薄膜未经退火晶化时的试样。术语“吞噬效应”指的是，当TiO2纳米管阵列薄膜连同Ti片基体在氧气气氛中一起退火时，由于基体中的Ti直接被氧气氧化而生成金红石相，随着退火温度的继续升高，金红石相晶粒将会直接吞并纳米管结构中的锐钛矿相晶粒而生成更大尺寸的金红石晶粒，从而导致纳米管结构的破坏和锐钛矿相向金红石相的转变。
本发明涉及一种具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池，包括由上而下依次层叠的对电极FTO导电玻璃、TiO2纳米介孔薄膜、TiO2纳米管阵列薄膜和光阳极FTO导电玻璃，以及灌注于TiO2纳米介孔薄膜与光阳极FTO导电玻璃之间的电解液和染料，还设有一设置于对电极FTO导电玻璃与光阳极FTO导电玻璃之间来与电极FTO导电玻璃与光阳极FTO导电玻璃共同形成一中空密闭空间的热封装膜。
结合本发明的优选实施例，上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池中，移植于FTO导电玻璃上的TiO2纳米管阵列薄膜为在Ti基板上通过阳极氧化法所制备得到。
结合本发明的优选实施例，上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池中，移植于FTO导电玻璃上的TiO2纳米管阵列薄膜为具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管。
结合本发明的优选实施例，上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池中，染料为0.5mM的N719染料。
本发明还涉及上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备工艺和方法，其包括以下步骤：
(1)提供一块导电玻璃，将该导电玻璃清洗备用；
(2)制备TiO2纳米管阵列薄膜，该TiO2纳米管阵列薄膜包括多个有序排列的TiO2纳米管；
(3)将该TiO2纳米管阵列薄膜移植于该导电玻璃上；
(4)在该TiO2纳米管阵列薄膜的该TiO2纳米管中形成TiO2纳米介孔薄膜；
(5)将步骤(4)中制备好的器件热处理且浸入染料中浸泡，制备该染料敏化太阳能电池的光阳极；
(6)提供一FTO玻璃对电极设置于该光阳极上方，并采用一热封装膜将该光阳极与该FTO玻璃对电极紧密封装，该热封装膜开设有一开口；
(7)将电解液通过该开口注灌注于步骤(6)中该光阳极与该FTO玻璃对电极之间的空隙，并采用AB胶封闭该开口，最终组装成该染料敏化太阳能电池。
根据本发明的优选实施例，上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备工艺和方法中，该TiO2纳米管阵列薄膜为具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管。
结合本发明的优选实施例，上述具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管的制备方法如下：
(1)将高纯Ti片裁剪为小片并在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别用超声波清洗15～30min，将清洗之后的Ti片在干燥箱中干燥备用；
(2)称取4～6gNH4F溶解到15～30ml去离子水中，用磁力搅拌器搅拌约15～30min使NH4F全部溶解，然后与470～485ml甲酰胺混合均匀得到电解液；
(3)将所述Ti片浸入到所述电解液中作为阳极，采用铂片电极作为对电极进行阳极氧化，在Ti片基体得到TiO2纳米管阵列薄膜前驱体；
(4)将所述TiO2纳米管阵列薄膜前驱体在无水乙醇中超声波处理5～15s，然后用去离子水清洗3～5次；
(5)将清洗之后的所述TiO2纳米管阵列薄膜前驱体干燥处理；
(6)将所述TiO2纳米管阵列薄膜前驱体从Ti基体上剥落；
(7)将所述剥落后的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体放入瓷方舟中，并用同样大小的瓷方舟盖住，然后将其进行退火处理。
本发明的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池通过采用具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列作为光阳极材料，与非晶体和金红石相比较，缩短了电子的传输路径，降低了电子空穴对的复合几率，从而提高了载流子传输效率，改善了太阳能电池的能量转化效率。而且，通过在纳米管阵列表面复合一层具有较大表面积的TiO2介孔薄膜，与传统TiO2纳米管内壁相比，具有更大的比表面积，从而能够显著地增加对染料具有强的吸附能力，使得染料敏化太阳能电池对太阳光具有更高效的吸收能力，有利于改善太阳能电池的能量转化效率。
附图说明
图1所示为本发明实施方式的染料敏化太阳能电池的立体分解示意图。
具体实施方式
以下实施方式仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参阅图1，本发明实施方式的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池1，其组成部件包括FTO导电玻璃对电极6、移植于导电玻璃2上的TiO2纳米管阵列薄膜3、在该TiO2纳米管阵列3表面上形成的TiO2纳米介孔薄膜4、灌注于该TiO2纳米管阵列薄膜3与该FTO玻璃对电极6之间的电解液及吸附于TiO2纳米介孔薄膜3和TiO2纳米管阵列薄膜3表面的对太阳光具有高效吸收能力的染料敏化剂。
在上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池1中，TiO2纳米管阵列薄膜3优选为具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管。
本发明还提供一种上述具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池1的制备工艺和方法，其包括以下步骤：
步骤1：请参阅图1，提供一块导电玻璃2，将导电玻璃2分别在丙酮、乙醇和去离子水中各超声30分钟，并浸泡在无水乙醇中备用。本实施方式中，导电玻璃2优选为镀锌氧化铝导电玻璃(AZO)。
步骤2：制备TiO2纳米管阵列薄膜3。本实施方式中，TiO2纳米管阵列薄膜3通过在Ti基板上通过阳极氧化法所制备得到，具体方法为先在Ti片基体上生成TiO2纳米管阵列薄膜前驱体，将该TiO2纳米管阵列薄膜前驱体从Ti片基体上剥落，再将剥落后的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体进行退火处理，得到本实施方式中的TiO2纳米管阵列薄膜。在本实施方式中，TiO2纳米管阵列薄膜优选为具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管。
步骤3：将TiO2纳米管阵列薄膜3移植于上述导电玻璃2上。本实施方式中，TiO2纳米管阵列薄膜3通过TiO2溶胶与导电玻璃2连接。其具体实施过程为：称取一定量钛酸四正丁酯溶于无水乙醇，磁力搅拌使其充分混合后加入二乙醇胺和聚乙二醇-2000并磁力搅拌60min，然后缓慢滴加去离子水，搅拌1h使其充分水解反应制得一定粘度的TiO2溶胶，然后用滴管移取适量上述TiO2溶胶于导电玻璃上并迅速将TiO2纳米管阵列薄膜置于溶胶之上，室温自然干燥。
步骤4：在TiO2纳米管阵列薄膜3的表面复合一层具有较大表面积的TiO2纳米介孔薄膜4。本实施方式中，TiO2纳米介孔薄膜4通过将该TiO2纳米管阵列薄膜3浸渍于步骤3制备的一定粘度的TiO2溶胶中，并以一定的提拉速度提拉得到。
步骤5：制备染料敏化太阳能电池的光阳极。将步骤4中制备好的整体器件放入马弗炉中450℃烧结30min，然后降温到80℃左右取出，立即浸入染料中浸泡24h。取出后用乙醇洗去表面残留的染料，晾干，即得到所制备的染料敏化太阳能电池的光阳极。本实施方式中，染料为0.5mM的N719无水乙醇溶液。
步骤6：初步封装染料敏化太阳能电池。提供一厚度为180um的热封装膜5，该热封装膜5上开设有一个方形孔51用于容纳上述TiO2纳米管阵列薄膜3和TiO2纳米介孔薄膜4，该热封装膜5的一侧还开设有一个开口52用于后续灌注电解液；再将一镀有Pt薄膜的FTO玻璃对电极6盖设于该热封装膜5远离该TiO2纳米管阵列薄膜3的一端。将前述所制得的整体器件夹紧并放入鼓风干燥箱中于130℃热处理大约3min，使该光阳极、热封装膜5及FTO玻璃对电极6紧密连接。
步骤7：灌注电解液及最终封装染料敏化太阳能电池。采用真空灌注方法将KI/I2电解液通过开口52灌注于该光阳极与该FTO玻璃对电极6之间的空隙，灌注完成后，采用AB胶封闭该开口52，最终组装成染料敏化太阳能电池。
本发明的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池及其制备方法，由于采用了具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管作为光阳极材料，与非晶体和金红石相比较，缩短了电子的传输路径，降低了电子空穴对的复合几率，从而提高了载流子传输效率，改善了太阳能电池的能量转化效率。另外，本发明中通过在TiO2纳米管阵列薄膜表面复合一层具有较大表面积的TiO2纳米介孔薄膜，与传统TiO2纳米管内壁相比，本发明中的TiO2纳米介孔薄膜具有更大的比表面积，从而在步骤5中显著地增加了TiO2纳米管阵列薄膜及TiO2纳米介孔薄膜对染料的吸附能力，使得染料敏化太阳能电池对太阳光具有更高效的吸收能力，有利于改善太阳能电池的能量转化效率。
在上述具有复合纳米结构染料敏化太阳能电池及其制备方法中，所优选的具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管可以采用如下实施例进行制备。
实施例1
在本实施例中，具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高纯Ti片裁剪为20mm×10mm的小片；
(2)将步骤(1)中得到的小片在丙酮中超声波清洗15min，然后在无水乙醇中超声波清洗15min，最后用去离子水冲洗3～5次，将清洗之后的Ti片在干燥箱中干燥备用；
(3)称取5.55gNH4溶解到15ml去离子水中，用磁力搅拌器搅拌15min使NH4F全部溶解，然后与485ml甲酰胺混合均匀得到电解液；
(4)在室温条件下Ti片作为阳极浸入步骤(3)配置的电解液中，对电极采用同样尺寸的铂片作为阴极，进行阳极氧化，在Ti片基体得到TiO2纳米管阵列薄膜前驱体。本实施例中，阳极氧化电压为20V，时间为9h；
(5)将步骤(4)中得到的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体在无水乙醇中超声波清洗5～10s，然后用无水乙醇冲洗3～5次；
(6)将超声波清洗后的试样在恒温鼓风干燥箱中于85℃干燥1h；
(7)将TiO2纳米管阵列薄膜前驱体从Ti片基体上剥落；
(8)将剥落后的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体放入瓷方舟中，并用同样大小的瓷方舟盖住，然后在管式炉中进行退火处理。在本实施例中，退火处理温度为700℃，保温时间为1h，退火气氛为99.99％的高纯氧气气氛，升温速率为1℃/min，降温速率为5℃/min。
实施例2
在本实施例中，单相锐钛矿纳米管的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)～步骤(7)与实施方式1相同，步骤(8)为：将剥落后的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体放入瓷方舟中，并用同样大小的瓷方舟盖住，然后在管式炉中进行退火处理。在本实施方式中，退火处理温度为750℃，保温时间为1h，退火气氛为99.99％的高纯氧气气氛，升温速率为1℃/min，降温速率为5℃/min。
实施例3
在本实施例中，单相锐钛矿纳米管的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)～步骤(7)与实施例1相同，步骤(8)为：将剥落后的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体放入瓷方舟中，并用同样大小的瓷方舟盖住，然后在管式炉中进行退火处理。在本实施方式中，退火处理温度为800℃，保温时间为1h，退火气氛为99.99％的高纯氧气气氛，升温速率为1℃/min，降温速率为5℃/min。
在本发明的具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管的制备方法中，通过将阳极氧化制备的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体从Ti片基体上剥落，成功消除了Ti基体在退火过程中所产生的“吞噬效应”以及由此导致的TiO2纳米管阵列薄膜结构的破坏和晶型的转变。而且在对TiO2纳米管阵列薄膜前驱体进行退火处理过程中，由于锐钛矿纳米管管壁内在成核过程中所产生的拉应力效应，增大了锐钛矿相向金红石相转变的临界尺寸，有效抑制了锐钛矿相向金红石相的转变以及由此相转变所导致的纳米管结构的破坏，且完好的保持了TiO2纳米管阵列薄膜的纳米管结构，从而得到了具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列薄膜。而采用具有高度结晶化、有序化和结构稳定性的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列作为光阳极材料，与非晶体和金红石相比较，缩短了电子的传输路径，降低了电子空穴对的复合几率，从而提高了载流子传输效率，改善了太阳能电池的能量转化效率。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括由上而下依次层叠的对电极FTO导电玻璃、TiO2纳米介孔薄膜、TiO2纳米管阵列薄膜和光阳极FTO导电玻璃、吸附于TiO2纳米介孔薄膜和TiO2纳米管阵列薄膜表面的染料敏化剂以及灌注于TiO2纳米介孔薄膜与对电极FTO导电玻璃之间的电解液，还设有一设置于对电极FTO导电玻璃与光阳极FTO导电玻璃之间来与电极FTO导电玻璃与光阳极FTO导电玻璃共同形成一中空密闭空间的热封装膜。
2.根据权利要求1所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池，其特征在于：移植于FTO导电玻璃上的TiO2纳米管阵列薄膜为在Ti基板上通过阳极氧化法所制备得到。
3.根据权利要求1所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池，其特征在于：移植于FTO导电玻璃上的TiO2纳米管阵列薄膜为具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管阵列薄膜。
4.根据权利要求1所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池，其特征在于：染料敏化剂为联吡啶钌配合物N719的无水乙醇溶液，其浓度为0.5mM。
5.根据权利要求1所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的热封装膜的一侧还开设有一个用于灌注电解液的开口。
6.一种具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备工艺和方法，其包括以下步骤：
(1)取一FTO导电玻璃，将所述的FTO导电玻璃清洗备用；
(2)制备TiO2纳米管阵列薄膜，所述的TiO2纳米管阵列薄膜包括多个有序排列的TiO2纳米管；
(3)将步骤(2)中制备的TiO2纳米管阵列薄膜移植于步骤(1)中清洗备用的导电玻璃上；
(4)在TiO2纳米管阵列薄膜上形成TiO2纳米介孔薄膜；
(5)将步骤(4)中制备好的部件进行热处理并浸入染料敏化剂中浸泡，制备染料敏化太阳能电池的光阳极；
(6)提供另一FTO导电玻璃来作为对电极并设置于该光阳极上方，并采用一热封装膜将步骤(5)中所制备的光阳极与对电极紧密封装，该热封装膜开设有一开口；
(7)将电解液通过该开口注灌注于步骤(6)中光阳极与对电极FTO导电玻璃之间的空隙，并采用AB胶封闭该开口，最终组装成染料敏化太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的TiO2纳米管阵列薄膜为具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管阵列薄膜。
8.根据权利要求6所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的TiO2纳米管阵列薄膜与FTO导电玻璃通过TiO2溶胶-凝胶连接。
9.根据权利要求6所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的TiO2纳米介孔薄膜是采用TiO2溶胶-凝胶提拉法而形成。
10.根据权利要求6所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将高纯Ti片裁剪为小片并依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别用超声波清洗15～30min，将清洗之后的Ti片在干燥箱中干燥备用；
(2)称取4～6gNH4F溶解到15～30ml去离子水中，用磁力搅拌器搅拌约15～30min使NH4F全部溶解，然后与470～485ml甲酰胺混合均匀得到电解液；
(3)将所述Ti片浸入到所述电解液中作为阳极，采用铂片电极作为对电极进行阳极氧化，在Ti片基体得到TiO2纳米管阵列薄膜前驱体；
(4)将所述TiO2纳米管阵列薄膜前驱体在无水乙醇中超声波处理5～15s，然后用去离子水清洗3～5次；
(5)将清洗之后的所述TiO2纳米管阵列薄膜前驱体干燥处理；
(6)将所述TiO2纳米管阵列薄膜前驱体从Ti基体上剥落；
(7)将所述剥落后的TiO2纳米管阵列薄膜前驱体放入瓷方舟中，并用同样大小的瓷方舟盖住，然后将其进行退火处理。
11.根据权利要求10所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管薄膜的制备方法的步骤(3)中进行阳极氧化时施加的电压为20V恒电压，阳极氧化时间为9h。
12.根据权利要求10所述的具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管薄膜的制备方法的步骤(7)中的退火处理温度为700℃～800℃，保温时间为1h，退火气氛为99.99％的高纯氧气气氛，升温速率为1℃/min，降温速率为5℃/min。
CN201110459009.5A 2011-12-31 2011-12-31 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法 Expired - Fee Related CN102543467B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110459009.5A CN102543467B (zh) 2011-12-31 2011-12-31 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110459009.5A CN102543467B (zh) 2011-12-31 2011-12-31 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102543467A true CN102543467A (zh) 2012-07-04
CN102543467B CN102543467B (zh) 2014-12-10

Family

ID=46350109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110459009.5A Expired - Fee Related CN102543467B (zh) 2011-12-31 2011-12-31 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102543467B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104576063A (zh) * 2013-10-21 2015-04-29 河南科技大学 一种染料敏化太阳能电池
CN107623131A (zh) * 2016-07-14 2018-01-23 中国科学院大连化学物理研究所 基于铂或铂合金纳米管的膜电极的制备及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101154691A (zh) * 2006-09-29 2008-04-02 韩国电子通信研究院 染料敏化的太阳能电池及其制备方法
CN101774539A (zh) * 2010-02-09 2010-07-14 中国科学院上海技术物理研究所 二氧化钛纳米管和纳米晶组成的纳米复合薄膜的制备方法
CN101840794A (zh) * 2009-03-13 2010-09-22 株式会社Dms 染料敏化太阳能电池的制造方法及制造装置
CN101857966A (zh) * 2009-03-19 2010-10-13 北京大学 一种自支撑TiO2纳米管阵列薄膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101154691A (zh) * 2006-09-29 2008-04-02 韩国电子通信研究院 染料敏化的太阳能电池及其制备方法
CN101840794A (zh) * 2009-03-13 2010-09-22 株式会社Dms 染料敏化太阳能电池的制造方法及制造装置
CN101857966A (zh) * 2009-03-19 2010-10-13 北京大学 一种自支撑TiO2纳米管阵列薄膜及其制备方法
CN101774539A (zh) * 2010-02-09 2010-07-14 中国科学院上海技术物理研究所 二氧化钛纳米管和纳米晶组成的纳米复合薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马清等: "电解液中甲酰胺浓度对阳极氧化制备 TiO2 纳米管阵列形貌和光催化性能的影响", 《中国有色金属学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104576063A (zh) * 2013-10-21 2015-04-29 河南科技大学 一种染料敏化太阳能电池
CN107623131A (zh) * 2016-07-14 2018-01-23 中国科学院大连化学物理研究所 基于铂或铂合金纳米管的膜电极的制备及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN102543467B (zh) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xie et al. Preparation of coaxial TiO2/ZnO nanotube arrays for high-efficiency photo-energy conversion applications
CN101521114B (zh) 染料敏化太阳能电池叠层光阳极膜的制备方法
Sedghi et al. Influence of TiO2 electrode properties on performance of dye-sensitized solar cells
Liu et al. Composite photoanodes of Zn2SnO4 nanoparticles modified SnO2 hierarchical microspheres for dye-sensitized solar cells
US20090114278A1 (en) Dye-sensitized solar cell and fabrication method thereof
CN102332355B (zh) 一种染料敏化太阳能电池中二氧化钛纳米膜的制备工艺
CN101814375A (zh) 一种氮掺杂二氧化钛纳米线电极的制备方法
CN101916670A (zh) 一种TiO2纳米花薄膜光阳极及其制备方法
WO2004059783A1 (ja) 色素増感型光電変換装置およびその製造方法
Tyagi et al. Mesoporous ZnO/TiO2 photoanodes for quantum dot sensitized solar cell
Wang et al. Three-dimensional double deck meshlike dye-sensitized solar cells
Sedghi Effect of multi walled carbon nanotubes as counter electrode on dye sensitized solar cells
Li et al. Improved performance of dye-sensitized solar cell based on TiO2 photoanode with FTO glass and film both treated by TiCl4
Atabaev Stable HTM-free organohalide perovskite-based solar cells
Ren et al. A comparative study on indoline dye-and ruthenium complex-sensitized hierarchically structured ZnO solar cells
KR101172361B1 (ko) 염료감응 태양전지용 광전극의 제조방법
Cai et al. TiO2 coated SnO2 nanosheet films for dye-sensitized solar cells
Yeoh et al. Investigation on the thickness effect of TiO2 photo-anode on dye-sensitized solar cell performance
CN102543467B (zh) 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法
Hu et al. TiO2 nanotube arrays composite film as photoanode for high‐efficiency dye‐sensitized solar cell
CN105895376A (zh) 一种氧化钇复合有序二氧化钛光阳极及制备和应用
Liu et al. TiO2 nanotube arrays and TiO2-nanotube-array based dye-sensitized solar cell
Jonathan et al. Photovoltaic perfomance of dye sensitized solar cells using natural dyes extracted from bougainvillea flower and mango leaves
CN102568852A (zh) 基于三维石墨烯的光伏电池及其制备方法
CN102683032A (zh) 叶片状二氧化钛纳米阵列薄膜电极制备及其在染料敏化太阳电池中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141210

Termination date: 20151231

EXPY Termination of patent right or utility model