CN103093966A - 一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法 - Google Patents

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宋端鸣
朱磊
宋昌斌
赵宇龙
顾修全
顾永琴
蔺旭鹏
朱强强
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Abstract

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法，该制备方法主要包括光阳极制备、对电极制备及染料敏化太阳能电池组装。该染料敏化太阳能电池新结构的制备方法制作工艺简单，光电转化效率较高，将透过电池未被吸收利用的太阳光反射回去再次被电池吸收利用，节能环保，适合较大规模的产业化生产。

Description

一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制备方法，尤其是可以有效提高光电转化效率的一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法。
背景技术
为了应对日益严重的能源和环境危机，人类将目光投向了清洁可再生的太阳能电池研究上。 1991 年，瑞士洛桑 M. Grätzel 教授取得了染料敏化太阳能电池领域的重大突破，促进了染料敏化太阳能电池的发展。染料敏化太阳能电池是一种新型绿色能源，成本仅为传统太阳能电池的十分之一。染料敏化太阳能电池由附着染料的阳极、电解液和载有催化剂的对电极三部分组成。目前染料敏化太阳能电池光电转化效率仍然较低，很难实现产业化生产。
发明内容
为了克服现有的染料敏化太阳能电池光电转化效率低的问题，本发明提供一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法，该染料敏化太阳能电池新结构的制备方法制作工艺简单，光电转化效率较高，将透过电池未被吸收利用的太阳光反射回去再次被电池吸收利用，节能环保，适合较大规模的产业化生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、二氧化钛纳米多孔膜基染料敏化太阳能电池的制备方法如下：
(1 ）光阳极制备，取一块导电玻璃 FTO ，用玻璃刀切成玻璃片。将导电玻璃放入丙酮、异丙醇、去离子水按照 1:1:1 混合后的混合溶液中超声清洗 20-40 分钟，用氮气吹干；通过旋转涂覆的方法在导电面涂覆一层二氧化钛多孔膜，在 420 ℃ -470 ℃的条件下退火 0.8-1.5 小时；将样品浸泡在浓度为的二 - 四丁铵顺式 - 双 ( 异硫氰基 ) 双 (2,2'- 联吡啶 -4,4'- 二羧基 ) 钌溶液中 22-26 小时，即可制备成光阳极。
对电极制备，向洁净的导电玻璃的正面滴加一滴浓度为的H2PtCl6 溶液，在 380 ℃ -410 ℃的条件下焙烧 15-30 分钟即可获得铂催化剂层；然后将导电玻璃的不导电的背面朝上平放在行星转盘上，采用蒸发式镀膜方式，在高真空室中，采用电阻加热法将紧贴在电阻丝上的铝丝熔融汽化，汽化了的铝分子沉积于导电玻璃背面上，而获得高反射率的膜层，经过迅氧反应，从而形成性能稳定的反射层，即可制备成对电极。镀膜工艺包括化学镀银和真空蒸镀铝膜。
染料敏化太阳能电池组装，将步骤（ 1 ）和步骤（ 2 ）中制备好的对电极和光阳极的正面相对放置，中间放置热塑性 surlyn 薄膜作为分隔层，用热封机密封，注入电解质溶液，即可制备新结构染料敏化太阳能电池 ; 通过 I-V 测试可知新结构的电池效率可达到 9.8% ，比不含有反射层镜面的电池效率提高了 22% 。
二、二氧化钛纳米管基染料敏化太阳能电池的制备方法如下：
（ 1 ）二氧化钛纳米管制备，取一片钛箔分别浸在丙酮、异丙醇、去离子水中用超声清洗 10-20 分钟，用氮气吹干；将钛箔与铂对电极平行放置在两电极体系中进行阳极氧化反应，其中电解质为含有 2vol% 去离子水和 0.25wt% 氟化铵的乙二醇，输入电压为 60V 恒定电压，阳极氧化 2-4 小时后的样品冲洗干净后用氮气吹干，放在马弗炉中，在 420 ℃ -470 ℃条件下退火 0.8-1.5 小时，取出样品进行第二次阳极氧化，时间为 0.8-1.2 小时，将反应后得到的样品浸泡在浓度为 8%-12% 的
Figure 2013100371596100002DEST_PATH_IMAGE001
溶液中 1h ，即可得到完整的二氧化钛薄膜。
（ 2 ）光阳极制备，取一块导电玻璃 FTO ，用玻璃刀切成玻璃片；将导电玻璃放入丙酮、异丙醇、去离子水按照 1:1:1 混合后的混合溶液中超声清洗 20-40 分钟，用氮气吹干；在导电玻璃上滴加一至两滴异丙醇钛粘结剂，将（ 1 ）中得到的二氧化钛纳米管薄膜裁剪成相应的尺寸转移到导电玻璃上，在 420 ℃ -470 ℃的条件下焙烧 0.8-1.2 小时；将样品浸泡在浓度为
Figure 525198DEST_PATH_IMAGE002
的二 - 四丁铵顺式 - 双 ( 异硫氰基 ) 双 (2,2'- 联吡啶 -4,4'- 二羧基 ) 钌溶液中 22-26 小时，即可制备二氧化钛纳米管光阳极。
（ 3 ）对电极制备，向导电玻璃正面滴加一滴浓度为
Figure 2013100371596100002DEST_PATH_IMAGE003
的 H2PtCl6 溶液，在 380 ℃ -410 ℃的条件下焙烧 15-30 分钟即可获得铂催化剂层，将洁净的导电玻璃的不导电的背面朝上平放在行星转盘上，在高真空室中，采用蒸发式镀膜方式，采用电阻加热法，将紧贴在电阻丝上的铝丝熔融汽化，汽化了的铝分子沉积于玻璃基片上，而获得高反射率的膜层，经过迅氧反应，从而形成反射层，即可制备成对电极。镀膜工艺包括化学镀银和真空蒸镀铝膜。
（ 4 ）染料敏化太阳能电池组装，将上述制备好的对电极和二氧化钛纳米管光阳极正面相对放置，中间放置热塑性 surlyn 薄膜作为分隔层，用热封机密封，注入电解质 I-/I3 - 溶液，即可制备新结构染料敏化太阳能电池。通过 I-V 测试可知新结构的电池效率可达到 8.09% ，比不含有反射层镜面的电池效率提高了 20.1% 。
本发明的有益效果是，该染料敏化太阳能电池新结构的制备方法制作工艺简单，光电转化效率较高，将透过电池未被吸收利用的太阳光反射回去再次被电池吸收利用，节能环保，适合较大规模的产业化生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图 1 是染料敏化太阳能电池的结构原理示意图。
图 1 中， 1. 对电极， 2. 反射层， 3. 铂催化剂层， 4. 光阳极， 5. 电解质层， 6 太阳光线。
具体实施方式
实施例 1 为二氧化钛纳米多孔膜基染料敏化太阳能电池的制备方法。
）光阳极 4 制备，取一块导电玻璃 FTO ，用玻璃刀切成玻璃片。将导电玻璃放入丙酮、异丙醇、去离子水按照 1:1:1 混合后的混合溶液中超声清洗 30 分钟，用氮气吹干；通过旋转涂覆的方法在导电面涂覆一层二氧化钛多孔膜，在 450 ℃的条件下退火 1 小时；将样品浸泡在浓度为
Figure 854548DEST_PATH_IMAGE002
的二 - 四丁铵顺式 - 双 ( 异硫氰基 ) 双 (2,2'- 联吡啶 -4,4'- 二羧基 ) 钌溶液中 24 小时，即可制备成光阳极 4 。
对电极 1 制备，向导电玻璃正面滴加一滴浓度为
Figure 115765DEST_PATH_IMAGE003
的异丙醇溶液，在 390 ℃的条件下焙烧 20 分钟即可获得铂催化剂层 3 ，将洁净的导电玻璃的不导电的背面朝上平放在行星转盘上，在高真空室中，采用蒸发式镀膜方式，采用电阻加热法，将紧贴在电阻丝上的铝丝熔融汽化，汽化了的铝分子沉积于玻璃基片上，而获得高反射率的膜层，经过迅氧反应，从而形成反射层 2 ，即可制备成对电极 1 。镀膜工艺包括化学镀银和真空蒸镀铝膜。
染料敏化太阳能电池组装，将步骤（ 1 ）和步骤（ 2 ）中制备好的对电极 1 和光阳极 4 的正面相对放置，中间放置热塑性 surlyn 薄膜作为分隔层，用热封机密封，注入电解质
Figure 784644DEST_PATH_IMAGE004
溶液，即可制备新结构染料敏化太阳能电池 ; 通过 I-V 测试可知新结构的电池效率可达到 9.8% ，比不含有反射层镜面的电池效率提高了 22% 。
实施例 2 为二氧化钛纳米管基染料敏化太阳能电池的制备方法。
（ 1 ）二氧化钛纳米管制备，取一片钛箔分别浸在丙酮、异丙醇、去离子水中用超声清洗 15 分钟，用氮气吹干；将钛箔与铂对电极平行放置在两电极体系中进行阳极氧化反应，其中电解质为含有 2vol% 去离子水和 0.25wt% 氟化铵的乙二醇，输入电压为 60V 恒定电压，阳极氧化 3 小时后的样品冲洗干净后用氮气吹干，放在马弗炉中，在 450 ℃条件下退火 1 小时，取出样品进行第二次阳极氧化，时间为 1 小时，将反应后得到的样品浸泡在浓度为 10% 的
Figure 840325DEST_PATH_IMAGE001
溶液中 1h ，即可得到完整的二氧化钛薄膜。
（ 2 ）光阳极 4 制备，取一块导电玻璃 FTO ，用玻璃刀切成玻璃片；将导电玻璃放入丙酮、异丙醇、去离子水按照 1:1:1 混合后的混合溶液中用超声清洗 30 分钟，用氮气吹干；在导电玻璃上滴加一到两滴异丙醇钛粘结剂，将（ 1 ）中得到的二氧化钛裁剪成相应的尺寸转移到导电玻璃上，在 450 ℃的条件下焙烧 1 小时；将样品浸泡在浓度为
Figure 656971DEST_PATH_IMAGE002
的二 - 四丁铵顺式 - 双 ( 异硫氰基 ) 双 (2,2'- 联吡啶 -4,4'- 二羧基 ) 钌溶液中 24 小时，即可制备二氧化钛纳米管光阳极 4 。
（ 3 ）对电极 1 制备，向导电玻璃正面滴加一滴浓度为
Figure 393983DEST_PATH_IMAGE003
的 H2PtCl6 异丙醇溶液，在 390 ℃的条件下焙烧 20 分钟即可获得铂催化剂层 3 ，将洁净的导电玻璃的不导电的背面朝上平放在行星转盘上，在高真空室中，采用蒸发式镀膜方式，采用电阻加热法，将紧贴在电阻丝上的铝丝熔融汽化，汽化了的铝分子沉积于玻璃基片上，而获得高反射率的膜层，经过迅氧反应，从而形成反射层 2 ，即可制备成对电极 1 。镀膜工艺包括化学镀银和真空蒸镀铝膜。
（ 4 ）染料敏化太阳能电池组装，将上述制备好的对电极 1 和二氧化钛纳米管光阳极 4 正面相对放置，中间放置热塑性 surlyn 薄膜作为分隔层，用热封机密封，注入电解质 I-/I3 - 溶液，即可制备新结构染料敏化太阳能电池。通过 I-V 测试可知新结构的电池效率可达到 8.09% ，比不含有反射层镜面的电池效率提高了 20.1% 。

Claims (2)

1. 一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法，包括二氧化钛纳米多孔膜基染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，光阳极（4）制备，取一块导电玻璃FTO，用玻璃刀切成玻璃片；将导电玻璃放入丙酮、异丙醇、去离子水按照1:1:1混合后的混合溶液中超声清洗20-40分钟，用氮气吹干；通过旋转涂覆的方法在导电面涂覆一层二氧化钛多孔膜，在420℃-470℃的条件下退火0.8-1.5小时；将样品浸泡在浓度为
Figure 2013100371596100001DEST_PATH_IMAGE002
的二-四丁铵顺式-双(异硫氰基)双(2,2'-联吡啶-4,4'-二羧基)钌溶液中22-26小时，即可制备成光阳极（4）；对电极（1）制备，向导电玻璃正面滴加一滴浓度为的H2PtCl6溶液，在380℃-410℃的条件下焙烧15-30分钟即可获得铂催化剂层（3），将导电玻璃的不导电的背面朝上平放在行星转盘上，在高真空室中，采用蒸发式镀膜方式，采用电阻加热法，将紧贴在电阻丝上的铝丝熔融汽化，汽化了的铝分子沉积于玻璃基片上，而获得高反射率的膜层，经过迅氧反应，从而形成反射层（2），即可制备成对电极（1）；镀膜工艺包括化学镀银和真空蒸镀铝膜；染料敏化太阳能电池组装，将制备好的对电极（1）和光阳极（4）的正面相对放置，中间放置热塑性surlyn薄膜作为分隔层，用热封机密封，注入电解质
Figure 2013100371596100001DEST_PATH_IMAGE006
溶液，即可制备新结构染料敏化太阳能电池。
2. 一种染料敏化太阳能电池新结构的制备方法，包括二氧化钛纳米管基染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，二氧化钛纳米管制备，取一片钛箔分别浸在丙酮、异丙醇、去离子水中用超声清洗10-20分钟，用氮气吹干；将钛箔与铂对电极平行放置在两电极体系中进行阳极氧化反应，其中电解质为含有2vol%去离子水和0.25wt%氟化铵的乙二醇，输入电压为60V恒定电压，阳极氧化2-4小时后的样品冲洗干净后用氮气吹干，放在马弗炉中，在420℃-470℃条件下退火0.8-1.5小时，取出样品进行第二次阳极氧化，时间为0.8-1.2小时，将反应后得到的样品浸泡在浓度为8%-12%的
Figure 2013100371596100001DEST_PATH_IMAGE008
溶液中1h，即可得到完整的二氧化钛薄膜；光阳极（4）制备，取一块导电玻璃FTO，用玻璃刀切成玻璃片；将导电玻璃放入丙酮、异丙醇、去离子水按照1:1:1混合后的混合溶液中用超声清洗20-40分钟，用氮气吹干；在导电玻璃上滴加一到两滴异丙醇钛粘结剂，将二氧化钛裁剪成相应的尺寸转移到导电玻璃上，在420℃-470℃的条件下焙烧0.8-1.2小时；将样品浸泡在浓度为
Figure 18994DEST_PATH_IMAGE002
的四丁铵顺式-双(异硫氰基)双(2,2'-联吡啶-4,4'-二羧基)钌溶液中22-26小时，即可制备二氧化钛纳米管光阳极（4）；对电极（1）制备，向导电玻璃正面滴加一滴浓度为的H2PtCl6溶液，在380℃-410℃的条件下焙烧15-30分钟即可获得铂催化剂层（3），将导电玻璃的不导电的背面朝上平放在行星转盘上，在高真空室中，采用蒸发式镀膜方式，采用电阻加热法，将紧贴在电阻丝上的铝丝熔融汽化，汽化了的铝分子沉积于玻璃基片上，而获得高反射率的膜层，经过迅氧反应，从而形成反射层（2），即可制备成对电极（1）；镀膜工艺包括化学镀银和真空蒸镀铝膜；染料敏化太阳能电池组装，将制备好的对电极（1）和二氧化钛纳米管光阳极（4）正面相对放置，中间放置热塑性surlyn薄膜作为分隔层，用热封机密封，注入电解质I-/I3 -溶液，即可制备新结构染料敏化太阳能电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106011872A (zh) * 2016-06-06 2016-10-12 中国科学院海洋研究所 一种用于光生阴极保护的N719/TiO2/FTO复合薄膜光阳极的制备方法
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