CN102938329A - 一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法 - Google Patents

一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102938329A
CN102938329A CN2012104213900A CN201210421390A CN102938329A CN 102938329 A CN102938329 A CN 102938329A CN 2012104213900 A CN2012104213900 A CN 2012104213900A CN 201210421390 A CN201210421390 A CN 201210421390A CN 102938329 A CN102938329 A CN 102938329A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium oxide
preparation
dssc
inorganic
solar cell
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.)
Pending
Application number
CN2012104213900A
Other languages
English (en)
Inventor
王宁
陆川
杨奎
何泓材
陈海军
陈振威
朱家坤
罗斐斐
汪兴
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.)
Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
Original Assignee
Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
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 Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC filed Critical Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
Priority to CN2012104213900A priority Critical patent/CN102938329A/zh
Publication of CN102938329A publication Critical patent/CN102938329A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • 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)

Abstract

本发明公开了一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法，所述的无机敏化染料敏化太阳能电池包括透明导电基板、光敏化剂、含氧化还原电对的电解质溶液，所述的透明导电基板上设有自敏化氧化钛光阳极；所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法包括洁净的FTO导电玻璃基板处理、氧化钛浆料制备、在FTO导电玻璃基板涂一层氧化钛浆料、高温退火处理、氢化处理等步骤。本发明无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法可以防止出现量子点的团聚、实现自敏化在氧化钛表面的均匀覆盖、延长染料敏化太阳能电池的使用寿命。

Description

一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池，具体是指一种无机自敏化染料敏化太阳能电池及其制备方法。 
背景技术
染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池，由于具有成本低（约为硅电池成本的1/5～1/10）、理论转换效率高、制备工艺简单等众多优点，被认为是硅太阳能电池最有力的竞争者。DSSC主要由透明导电基板、二氧化钛（TiO2）多孔纳米晶薄膜、光敏化剂（染料）、电解质溶液（含氧化还原电对）和镀有铂金的对电极组成。其基本原理是：染料敏化剂吸收光子能量，产生电子－空穴对，电子快速注入到TiO2导带，然后经TiO2薄膜传递到导电基板，再经外电路传递到对电极，最后经氧化还原电解质回到染料基态，构成循环电池。 
目前DSSC电池所使用的染料主要有两种：有机配合物染料和无机量子点。有机配合物染料一起优越的吸光性能，已受到人们的广泛关注，目前高转化效率的DSSC电池的敏化剂无一例外都是有机染料。但是有机染料由于自身容易受到氧化钛光解，而严重影响DSSC电池的使用寿命，并且有机染料通常都很昂贵，制备困难。因此，无机量子点敏化，以其高稳定性，不易光解，光电转化效率高，廉价等特点逐渐受到各国科研工作者 的重视。但是，传统的无机量子点敏化，容易出现量子点团聚等问题，使得量子点要均匀覆盖氧化钛表面十分困难，严重影响了DSSC的光电转化效率。 
发明内容
本发明的目的是提供一种防止出现量子点的团聚、实现自敏化在氧化钛表面的均匀覆盖、延长染料敏化太阳能电池的使用寿命的无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法。 
本发明可以通过以下技术方案来实现： 
本发明设计了一种无机敏化染料敏化太阳能电池，包括透明导电基板、光敏化剂、含氧化还原电对的电解质溶液，所述的透明导电基板上设有自敏化氧化钛光阳极。 
所述的含氧化还原电对的电解质溶液为含有 
Figure BDA00002320852500021
氧化还原电对的电解液。 
本发明设计了一种无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤： 
第一步，准备洁净的FTO导电玻璃基板； 
第二步，制备氧化钛浆料； 
第三步，采用刮涂法、丝网印刷法、喷涂法，在FTO导电玻璃基板涂一层氧化钛浆料； 
第四步，对氧化钛浆料经高温退火处理，形成氧化钛多孔薄膜； 
第五步，将形成氧化钛多孔薄膜的FTO导电玻璃基板放于炉中，在氢 气气氛下高温处理，使氢原子掺杂到氧化钛的表层原子中，打破氧化钛表层的规则排列结构，使其无序化，形成自敏化氧化钛光阳极； 
第六步，将以氢化处理后的氧化钛多孔薄膜为光阳极、含 
Figure BDA00002320852500031
的氧化还原电对的电解液为电解质、涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。所述的氧化钛浆料的的制备包括有以上步骤：（1）配制氧化钛前驱体溶液；（2）将前驱体溶液放于水热反应釜中经100～300℃反应5～16h；（3）经过反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛粉体；（4）将氧化钛粉体制成氧化钛浆料。 
步骤四中，将氧化钛浆料放入马弗炉中450℃退火30min，形成氧化钛多孔薄膜。 
优选地，步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理5h。 
优选地，步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（10%H2+90%N2），处理3h。 
优选地，步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理10h。 
本发明无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法采用先用水热法合成氧化钛纳米粉体，然后制成氧化钛浆料，再采用刮涂法、丝网印刷法、喷涂法等方法，在FTO玻璃涂一层氧化钛浆料，经退火后形成氧化钛多孔膜，之后再将这种氧化钛多孔薄膜放于管式炉中，在氢气气氛下高温处理，使 氢原子掺杂到氧化钛的表层原子中，打破氧化钛表层的规则排列结构，使其无序化。这种表层无序化结构可以有效的降低氧化钛的禁带宽度，使其在可见光区的吸光能力显著增强，达到自敏化的目的。然后在用含有 
Figure BDA00002320852500041
氧化还原电对的电解液组装成DSSC电池。氧化钛表面无序自敏化是一种新型的无机敏化思路，可以防止出现量子点的团聚，实现在氧化钛表面的均匀覆盖，延长DSSC的使用寿命。 
附图说明
附图1为无机敏化染料敏化太阳能电池制备方法处理流程图。 
具体实施方式
下面将结合说明书附图来对本发明作进一步描述： 
本发明公开了一种无机敏化染料敏化太阳能电池，包括透明导电基板、光敏化剂、含氧化还原电对的电解质溶液，所述的透明导电基板上设有自敏化氧化钛光阳极。所述的含氧化还原电对的电解质溶液为含有 
Figure BDA00002320852500042
氧化还原电对的电解液。 
如图1所示，本发明设计了一种无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤： 
第一步，准备洁净的FTO导电玻璃基板； 
第二步，制备氧化钛浆料； 
第三步，采用刮涂法、丝网印刷法、喷涂法，在FTO导电玻璃基板涂一层氧化钛浆料； 
第四步，对氧化钛浆料经高温退火处理，形成氧化钛多孔薄膜； 
第五步，将形成氧化钛多孔薄膜的FTO导电玻璃基板放于炉中，在氢气气氛下高温处理，使氢原子掺杂到氧化钛的表层原子中，打破氧化钛表层的规则排列结构，使其无序化，形成自敏化氧化钛光阳极； 
第六步，将以氢化处理后的氧化钛多孔薄膜为光阳极、含 
Figure BDA00002320852500051
的氧化还原电对的电解液为电解质、涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。所述的氧化钛浆料的的制备包括有以上步骤：（1）配制氧化钛前驱体溶液；（2）将前驱体溶液放于水热反应釜中经100～300℃反应5～16h；（3）经过反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛粉体；（4）将氧化钛粉体制成氧化钛浆料。 
本发明以氢化处理方法，实现氧化钛表面无序自敏化，有望简化DSSC的制备工艺，延长DSSC的使用寿命。具体实施例如下：
实施例1： 
1.配制氧化钛前驱体溶液； 
2.将前驱体溶液放于水热反应釜中经200℃反应12h； 
3.经过4次的反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛； 
4.用上述制备氧化钛粉体，制备氧化钛浆料，采用刮涂法涂于FTO导电玻璃上； 
5.在马弗炉中450℃退火30min，制备出氧化钛多孔薄膜； 
6.将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理5h； 
7.将以氢化处理后的氧化钛多孔膜为光阳极，含 
Figure BDA00002320852500061
的氧化还原电对的电解液为电解质，涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。 
上述制备的染料敏化太阳能电池DSSC光电性能：在氙灯模拟的太阳光下进行测试，测试光强为标准光强AM1.5，采用电化学工作站进行I-V扫描，测试结果为：电池的开路电压达到了0.2V，短路电流密度达到4mA/cm2，光电转化效率接近1%。 
实施例2： 
1.配制氧化钛前驱体溶液； 
2.将前驱体溶液放于水热反应釜中经200℃反应12h； 
3.经过4次的反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛； 
4.用上述制备氧化钛粉体，制备氧化钛浆料，采用刮涂法涂于FTO导电玻璃上； 
5.在马弗炉中450℃退火30min，制备出氧化钛多孔薄膜； 
6.将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（10%H2+90%N2），处理3h； 
7.将以氢化处理后的氧化钛多孔膜为光阳极，含 
Figure BDA00002320852500062
的氧化还原电对的电解液为电解质，涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。 
上述制备的染料敏化太阳能电池DSSC光电性能：在氙灯模拟的太阳光下进行测试，测试光强为标准光强AM1.5，采用电化学工作站进行I-V扫描，测试结果为：电池的开路电压达到了0.2V，短路电流密度达到 4mA/cm2，光电转化效率接近1%。 
实施例3： 
1.配制氧化钛前驱体溶液； 
2.将前驱体溶液放于水热反应釜中经200℃反应12h； 
3.经过4次的反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛； 
4.用上述制备氧化钛粉体，制备氧化钛浆料，采用刮涂法涂于FTO导电玻璃上； 
5.在马弗炉中450℃退火30min，制备出氧化钛多孔薄膜； 
6.将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理10h； 
7.将以氢化处理后的氧化钛多孔膜为光阳极，含 的氧化还原电对的电解液为电解质，涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。 
上述制备的染料敏化太阳能电池DSSC光电性能：在氙灯模拟的太阳光下进行测试，测试光强为标准光强AM1.5，采用电化学工作站进行I-V扫描，测试结果为：电池的开路电压达到了0.22V，短路电流密度达到4.5mA/cm2，光电转化效率接近1%。 
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演 变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种无机敏化染料敏化太阳能电池，包括透明导电基板、光敏化剂、含氧化还原电对的电解质溶液，其特征在于：所述的透明导电基板上设有自敏化氧化钛光阳极。
2.根据权利要求1所述的无机敏化染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的含氧化还原电对的电解质溶液为含有
Figure FDA00002320852400011
氧化还原电对的电解液。
3.一种生产上述权利要求1或2所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，准备洁净的FTO导电玻璃基板；
第二步，制备氧化钛浆料；
第三步，采用刮涂法、丝网印刷法、喷涂法，在FTO导电玻璃基板涂一层氧化钛浆料；
第四步，对氧化钛浆料经高温退火处理，形成氧化钛多孔薄膜；
第五步，将形成氧化钛多孔薄膜的FTO导电玻璃基板放于炉中，在氢气气氛下高温处理，使氢原子掺杂到氧化钛的表层原子中，打破氧化钛表层的规则排列结构，使其无序化，形成自敏化氧化钛光阳极；
第六步，将以氢化处理后的氧化钛多孔薄膜为光阳极、含
Figure FDA00002320852400012
的氧化还原电对的电解液为电解质、涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。
4.根据权利要求3所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的氧化钛浆料的的制备包括有以上步骤：（1）配制氧化钛前驱体溶液；（2）将前驱体溶液放于水热反应釜中经100～300℃反应5～16h；（3）经过反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛粉体；（4）将氧化钛粉体制成氧化钛浆料。
5.根据权利要求4所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤四中，将氧化钛浆料放入马弗炉中450℃退火30min，形成氧化钛多孔薄膜。
6.根据权利要求4或5所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理5h。
7.根据权利要求4或5所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（10%H2+90%N2），处理3h。
8.根据权利要求4或5所述的无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理10h。
CN2012104213900A 2012-10-29 2012-10-29 一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法 Pending CN102938329A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104213900A CN102938329A (zh) 2012-10-29 2012-10-29 一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104213900A CN102938329A (zh) 2012-10-29 2012-10-29 一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102938329A true CN102938329A (zh) 2013-02-20

Family

ID=47697219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104213900A Pending CN102938329A (zh) 2012-10-29 2012-10-29 一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102938329A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151176A (zh) * 2013-03-08 2013-06-12 厦门大学 一种三维球状锐钛矿型TiO2光阳极的制备方法
CN111504890A (zh) * 2020-04-28 2020-08-07 烟台大学 一种钛白粉耐候性的快速检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102024569A (zh) * 2010-09-29 2011-04-20 大连七色光太阳能科技开发有限公司 一种太阳能电池电解质及其应用
CN102163502A (zh) * 2010-12-28 2011-08-24 福州大学 一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法
CN102603542A (zh) * 2012-03-02 2012-07-25 河北联合大学 一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的糖类修饰的三苯胺有机空穴传输材料
CN102631909A (zh) * 2012-04-13 2012-08-15 山东大学 表面氢化的二氧化钛纳米线微球光催化材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102024569A (zh) * 2010-09-29 2011-04-20 大连七色光太阳能科技开发有限公司 一种太阳能电池电解质及其应用
CN102163502A (zh) * 2010-12-28 2011-08-24 福州大学 一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法
CN102603542A (zh) * 2012-03-02 2012-07-25 河北联合大学 一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的糖类修饰的三苯胺有机空穴传输材料
CN102631909A (zh) * 2012-04-13 2012-08-15 山东大学 表面氢化的二氧化钛纳米线微球光催化材料及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151176A (zh) * 2013-03-08 2013-06-12 厦门大学 一种三维球状锐钛矿型TiO2光阳极的制备方法
CN111504890A (zh) * 2020-04-28 2020-08-07 烟台大学 一种钛白粉耐候性的快速检测方法
CN111504890B (zh) * 2020-04-28 2022-11-22 烟台大学 一种钛白粉耐候性的快速检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101901693A (zh) 石墨烯复合染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法
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
CN101510470B (zh) 一种非晶硅太阳能电池与染料敏化电池叠层结构
Hu et al. Low temperature fabrication of ZnO compact layer for high performance plastic dye-sensitized ZnO solar cells
CN102074374B (zh) 掺杂染料敏化太阳电池光阳极、其制备方法及其应用
CN101567268B (zh) 一种三元双层二氧化钛膜的制备方法
Yugis et al. Review on metallic and plastic flexible dye sensitized solar cell
CN103915260A (zh) 柔性钛基染料敏化太阳能电池模块、制作方法和电源
CN104332315A (zh) 量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备方法
Cho et al. The effect of a sol-gel formed TiO2 blocking layer on the efficiency of dye-sensitized solar cells
CN103151175A (zh) 硫化镉量子点敏化分枝状二氧化钛纳米棒阵列电极及其制备方法和用途
CN101752104A (zh) 用四氨基酞菁锰敏化的TiO2纳米晶薄膜的染料敏化太阳能电池的制备方法
JP2013539168A (ja) 色素増感太陽電池の対電極及びその製造方法
Nursam et al. Analysis of Catalytic Material Effect on the Photovoltaic Properties of Monolithic Dye-sensitized Solar Cells
CN100541822C (zh) 一种纳米晶薄膜的染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN105280822A (zh) 适于生产的低成本太阳能电池结构
CN102938329A (zh) 一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法
CN105304818A (zh) 一种高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
Liu et al. TiO2 nanotube arrays and TiO2-nanotube-array based dye-sensitized solar cell
KR101177716B1 (ko) 이중 코팅 금속 기판을 이용한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
CN105280389A (zh) 染料敏化太阳能电池的制备方法
KR101192981B1 (ko) 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
Huynh et al. Preparation of TiO 2 thin film using modified doctor-blade method for improvement of dye-sensitized solar cell
Passoni et al. Multi-layered hierarchical nanostructures for transparent monolithic dye-sensitized solar cell architectures
Effendi et al. Studies on graphene zinc-oxide nanocomposites photoanodes for high-efficient dye-sensitized solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20160921

C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned