CN103606460A - 一种新型静电喷镀染料敏化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种新型静电喷镀染料敏化方法属新能源材料领域。按照以下步骤进行：首先将静电喷镀自组装装置固定伺服电机驱动装置的中轴上，将高压直流稳压电源的正极直接接在雾化喷嘴上，负极接在环形电极上，把吸有染料的注射器安装在注射泵上并调节流量为0.5ml/min的流速，开启高压电并调节电流为0.5mA，电压在4.0~6.0kV时射流为锥体-射流模式；开启MPC08卡软件，添加所需要喷镀的染料形状的程序，将N719染料喷镀到TiO2工作电极上；将工作电极在自然条件下晾干后再喷镀第二次，如此反复，可直接组装电池。本发明通过控制实验条件实现了染料逐次喷镀吸附，与传统浸泡方法相比明显提高了吸光度和光电转换效率，同时能够大幅度缩短了染料敏化电池制作时间。

Description

一种新型静电喷镀染料敏化方法
技术领域
本发明涉及新能源材料领域，特别涉及一种新型静电喷镀染料敏化方法。
背景技术
自从1991年，瑞士化学家Michael Gr?tzel运用纳米技术第一次制备获得染料敏化太阳能电池（DSSC）以来，由于它简单的制作工艺、相对较高的光电转换效率以及其仅为单晶硅电池1/5的低廉的成本等优点迅速成为广大科学家及科学工作者的研究热点与重点。染料敏化太阳能电池由光阳极，染料敏化剂，电解质及对电极组成。目前染料敏化太阳能电池在光电转换效率、稳定性、耐久性等方面尚存在不足。
染料敏化太阳能电池制作中的染料敏化工艺方法优化，染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，它通过吸收太阳光将基态的电子激发到激发态中产生光电子，然后再注入半导体的导带上。因此，染料敏化剂的好坏及敏化效果对光电性能起着决定性的作用。为了解决纳米晶二氧化钛光阳极薄膜吸附染料量较少，价格昂贵的染料利用率较低的问题，传统浸泡染料的方法通常需要将工作电极在染料中浸泡24h以上，因此延长了电池的制作时间；在同时将几块TiO2工作电极浸泡在染料中时，如果其中一块或几块因制备时粘度未达到要求而脱落，在一定程度上会对染料造成污染和浪费；大部分染料中含有无水乙醇，长时间浸泡易产生挥发。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种利用静电喷镀技术实行染料敏化过程的新方法，通过控制实验条件实现了染料逐次喷镀吸附，与传统浸泡方法相比明显提高了吸光度和光电转换效率，同时大幅度缩短了染料敏化电池制作时间。
本发明一种新型静电喷镀染料敏化方法，采用静电喷镀自组装装置和伺服电机驱动装置，按照以下步骤进行：
首先将静电喷镀自组装装置固定伺服电机驱动装置的中轴上，将高压直流稳压电源的正极直接接在雾化喷嘴上，负极接在环形电极上，把吸有染料的注射器安装在注射泵上并调节流量为0.5ml/min的流速，开启高压电并调节电流为0.5mA，电压在4.0~6.0kV时射流为锥体-射流模式；开启MPC08卡软件，添加所需要喷镀的染料形状的程序，将染料喷镀到TiO2工作电极上；将工作电极在自然条件下晾干后再喷镀第二次，如此反复，直到喷镀完预期的次数，完全喷镀结束后晾干，不需要后期处理，可直接组装电池。
所述染料为N719染料、天然染料或其他染料。
为了减少染料敏化太阳能电池的制作时间，提高其生产效率，本发明引入静电喷镀技术，将染料喷镀到工作电极上，同等条件下，大大提高了染料的吸光度。这种利用静电喷镀技术实行染料敏化过程的新方法，通过控制实验条件实现了染料逐次喷镀吸附，与传统浸泡方法相比明显提高了吸光度和光电转换效率，同时能够大幅度缩短了染料敏化电池制作时间。
说明书附图
图1为实施例1静电喷镀10次染料与浸泡染料紫外光谱对比，
图2为实施例1静电喷镀30次染料与浸泡染料紫外光谱对比，
图3为实施例1和对比例1不同染料敏化工艺制备染料敏化太阳能电池的I-V曲线。
具体实施方式
本发明所用静电喷镀自组装装置和伺服电机驱动装置为申请号为201210443427.x的发明中公开并保护。
本发明实施例采用太阳光模拟器（日本SAN-EI, XES-40S1）和数字源表(美国吉时利Keithley 2400型) 测定每种天然染料敏化太阳能电池的电流-电压（J-V）、电压-功率（V-P）特性曲线，获得电池的开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）、填充因子（FF）以及电池的光电转化效率（η）等参数采用太阳光模拟器（日本SAN-EI, XES-40S1）和数字源表(美国吉时利Keithley 2400型)；采用紫外分光光度计（日本日立 JASCO550）测定每种天然染料的吸收峰。
实施例1
首先将静电喷镀自组装装置固定伺服电机驱动装置的中轴上，将高压直流稳压电源的正极直接接在雾化喷嘴上，负极接在环形电极上，把吸有N719染料的注射器安装在注射泵上并调节流量为0.5ml/min的流速，开启高压电并调节电流为0.5mA，电压在4.0~6.0kV时射流为锥体-射流模式；开启MPC08卡软件，添加所需要喷镀的染料形状的程序，将N719染料喷镀到TiO2工作电极上；将工作电极在自然条件下晾干后再喷镀第二次，如此反复，喷镀了10次、20次和30次。比较随着喷镀次数的增加，染料的吸光度的影响。直到喷镀完预期的次数，完全喷镀结束后晾干，不需要后期处理，可直接组装电池。
对比例1
按照传统的方法，将制作好的工作电极直接浸泡到N719染料中，浸泡24小时。
将上述实施例1和对比例1所做的工作电极进行检测，如图1、图2所示分别为采用静电喷镀10次、30次的染料的紫外吸收光谱图与采用浸泡的方法的染料的紫外吸收光谱图，从图中可以看出，不论是喷镀10次还是30次，其吸光度都高于采用浸泡的方法的染料的吸光度。随着喷镀次数的增加，染料的吸光度也随之升高。并且采用静电喷镀技术使吸附染料这一过程由原来的24小时缩短到2个小时就可以完成，大大节省了染料敏化太阳能电池的制作时间。
图3和表1是分别是实施例3喷镀和对比例1浸泡染料敏化TiO2薄膜电极制备的DSSC的光电曲线和主要输出参数。从图表中可以看出，用喷镀染料敏化TiO2薄膜而制备的DSSC的短路光电流、开路电压、填充因子以及光电转换效率，与浸泡所制得的电池相比都有所提高。尤其是短路光电流密度由原来的0.257 mA/cm2上升到0.503 mA/cm2，提高了将近一倍。可能是因为浸泡过的敏化薄膜电极在取出之后要经过丙酮的冲洗，本来吸附的染料就不是很多，经过冲洗之后变得更少，低了染料对太阳光的吸收；还有就是喷镀染料工艺使染料在高压静电场的作用下破散成细小的纳米颗粒，并且在一定的压力下沉积，使其吸附到TiO2薄膜电极的空隙里和表面，增加了薄膜的染料吸附量，其实，在肉眼下观察，经喷镀敏化的TiO2薄膜电极表面吸附的染料明显要多于浸泡敏化电极，这样，就增加了薄膜对太阳光的吸收，从而提高了电池的性能。
表1 不同染料敏化工艺制备DSSC的性能参数
实施例2
首先将静电喷镀自组装装置固定伺服电机驱动装置的中轴上，将高压直流稳压电源的正极直接接在雾化喷嘴上，负极接在环形电极上，把吸有天然染料的注射器安装在注射泵上并调节流量为0.5ml/min的流速，开启高压电并调节电流为0.5mA，电压在4.0~6.0kV时射流为锥体-射流模式；开启MPC08卡软件，添加所需要喷镀的染料形状的程序，将天然染料喷到由全部为钛白粉的浆料制备的TiO2薄膜电极上，干燥后，形成敏化TiO2薄膜光阳极，并按DSSC的组装流程将其制备成电池，测其光电性能。经检测用喷镀染料敏化TiO2薄膜而制备的DSSC的短路光电流、开路电压、填充因子以及光电转换效率，与浸泡所制得的电池相比都有所提高。

Claims (2)

1.一种新型静电喷镀染料敏化方法，其特征在于采用静电喷镀自组装装置和伺服电机驱动装置，按照以下步骤进行：
将静电喷镀自组装装置固定伺服电机驱动装置的中轴上，将高压直流稳压电源的正极直接接在雾化喷嘴上，负极接在环形电极上，把吸有染料的注射器安装在注射泵上并调节流量为0.5ml/min的流速，开启高压电并调节电流为0.5mA，电压在4.0~6.0kV时射流为锥体-射流模式；开启MPC08卡软件，添加所需要喷镀的染料形状的程序，将染料喷镀到TiO2工作电极上；将工作电极在自然条件下晾干后再喷镀第二次，如此反复，直到喷镀完预期的次数，完全喷镀结束后晾干，不需要后期处理，可直接组装电池。
2.根据权利要求1所述的一种新型静电喷镀染料敏化方法，其特征在于染料为N719染料、天然染料或其他染料。
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