CN105632773B - 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法 - Google Patents

一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105632773B
CN105632773B CN201610204216.9A CN201610204216A CN105632773B CN 105632773 B CN105632773 B CN 105632773B CN 201610204216 A CN201610204216 A CN 201610204216A CN 105632773 B CN105632773 B CN 105632773B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cop
dye
sensitized solar
tio
solar battery
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.)
Active
Application number
CN201610204216.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105632773A (zh
Inventor
向中华
杨情情
万刚
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.)
Ningbo Huachu Energy Co ltd
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
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 Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CN201610204216.9A priority Critical patent/CN105632773B/zh
Publication of CN105632773A publication Critical patent/CN105632773A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105632773B publication Critical patent/CN105632773B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/0029—Processes of manufacture
    • 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

Abstract

一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法，属于染料敏化太阳能电池领域。该方法通过共价多孔聚合物材料COP微量掺杂纳米半导体光阳极，增强光阳极膜对可以见光的吸收；增大光阳极膜的比表面积，有效提高染料分子的负载量；同时大颗粒的COP材料增强光阳极膜的散射能力，增强光程，实现协同提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率的目的。

Description

一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种敏化太阳能电池的新材料及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，研发太阳能电池通过光电转换技术将太阳能直接转换成电能是太阳能最有效的利用方式之一。染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其工艺简单、成本低廉、光电转换效率高、绿色环保、寿命长等优良性能，有着良好的应用前景和市场潜力，近年受到很大关注并取得一定进展。
1991年，瑞士洛桑联邦高等工业学院的教授及其研究小组采用吸附敏化染料的纳米晶TiO2多孔薄膜作为光阳极，首次研制出光电转化效率达7.1％～7.9％的纳米晶染料敏化太阳能电池。然而目前，DSSC的研究中还存在一些亟待解决的重要问题,尤其是光电转换效率的进一步提高。共价有机聚合物(COP)由于其杰出的特性，如：独特的多孔结构、高比表面积、可调孔径、荧光性等，吸引越来越多人的兴趣。将COP-64修饰TiO2用于DSSC中，可有效调节TiO2能带，增强可见光吸收能力，同时，COP-64修饰TiO2能够增强光阳极的漫反射能力，增大比表面积而吸收更多的染料，从而有效提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法，该方法通过合成了一种共价多孔聚合物材料(Covalent Organic polymers:COP)对纳米晶二氧化钛光阳极进行微量掺杂以调节TiO2能带宽度，并增强吸光能力及范围，从而可从太阳中吸收更多的光子，获得高效的电荷分离，最终达到显著提高染料敏化太阳能电池光电转换效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，将共价多孔聚合物COP应用到光阳极材料中。
应用物理法或者化学方法将共价多孔聚合物COP掺杂到光阳极材料中，或者原位生长一层共价多孔聚合物COP在光阳极表面。
共价多孔聚合物COP材料是六元环结构的二维COP材料，应用1,3,5对称性平面单体构筑的六元环结构的二维COP材料。1,3,5对称性平面单体包括但不限于1,3,5-三(4-溴苯基)苯、三(4-溴苯基)胺、1,3,5-三(4-溴苯基)苯、1,3,6,8-四溴笓。优选借助于Ni(0)催化的Yamamoto-type Ullmann偶联反应，采用1,3,5-三(4-溴苯基)苯、三(4-溴苯基)胺、1,3,5-三(4-溴苯基)苯、1,3,6,8-四溴笓等1,3,5对称性平面单体中的一种或几种聚合偶联制得COP系列材料。
使用粒径5-50nm TiO2作为电子传输层材料，使用粒径50-1000nm TiO2作为散射层材料。采用丝网印刷技术，印刷不同的次数来调控光阳极膜的厚度。其中优选COP与TiO2的质量百分比不大于300％，优选为0.05-3％。
本发明主要COP材料应用于染料敏化太阳能电池中，提升染料敏化太阳能电池效率，具体的含COP材料的染料敏化太阳能电池方法可根据需要选择。
如下一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，包括以下步骤：
步骤(1)、制备共价多孔聚合物COP材料；步骤(2)、制备掺杂COP的半导体浆料；步骤(3)、采用步骤(2)掺杂COP的半导体浆料制备染料敏化太阳能电池。
进一步，其中关于TiO2做光阳极时，包括以下步骤：
利用钛酸四丁酯制备TiO2浆液；称取乙醇倒入乙基纤维素中，搅拌得液态乙基纤维素；取松油醇和液态乙基纤维素加入到TiO2浆液，然后将其浓缩至粘稠状；取粘稠状TiO2放入研钵中，加入一定量的COP粉末充分研磨均匀；采用刮涂法涂抹掺杂COP的TiO2浆料，并于100～600℃煅烧10～200分钟，制得太阳能电池光阳极。
其中每25ml乙醇对应0.1～10g乙基纤维素；钛酸四丁酯：油醇：液态乙基纤维素的用量比例关系1～50ml：1～200ml：1～200ml。
一种使用上述方法得到的染料敏化太阳能电池。
该提升染料敏化太阳能电池效率的方法具有以下有益效果:
(1)本发明通过COP-64掺杂能调节TiO2能带，拓宽光阳极对可见光的响应，提高光生电子，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。
(2)本发明通过COP-64的加入，可产生共敏效应，增强光吸收强度，提高太阳光利用率。
(3)本发明通过COP-64的掺杂，增加光阳极比表面积，可吸收更多染料，有利于太阳光的吸收。
(4)本发明中使用的制备工艺简单，采用物理方法将COP-64与TiO2掺杂，制备过程无副产物，绿色环保。
附图说明
图1为COP-64掺杂TiO2浆料制备的光阳极的SEM图。
图2为不同含量的COP-64掺杂TiO2浆料的染料敏化太阳能电池I-V图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例：
以下实施例中共价有机聚合物COP材料的制备包括以下分步骤：
步骤1.1 将双-(1，5-环辛二烯)镍、2,2-联吡啶和1,5-环辛二烯溶解于二甲基甲酰胺中；双-(1，5-环辛二烯)镍、2,2-联吡啶和1,5-环辛二烯的质量比(1-9)：(1-5)：(1-5)；
步骤1.2 将1,3,6,8-四溴芘和1,3,5-三(4-溴苯基)苯加入步骤1.1中混合溶液中，20℃-300℃反应5-20小时，1,3,6,8-四溴芘和1,3,5-三(4-溴苯基)苯的摩尔比(1-6):1；
步骤1.3 浓盐酸滴加到步骤1.2溶液中，至出现絮状沉淀；洗涤过滤，干燥。
其中关于TiO2做光阳极时，包括以下步骤：
步骤2.1 向钛酸四丁酯中逐滴滴加乙酸，搅拌均匀；
步骤2.2 向溶液中倒入去离子水，大力搅拌0.5-10小时后，再加入浓硝酸；
步骤2.3 油浴升温至40～120℃，停止搅拌并陈化(75分钟左右)；
步骤2.4 水热釜内100～400℃反应5-20小时，乙醇洗涤，得到TiO2浆液；
步骤2.5 称取乙醇倒入乙基纤维素中，搅拌得液态乙基纤维素，其中每25ml乙醇对应0.1～10g乙基纤维素；
步骤2.6 取松油醇和液态乙基纤维素加入到TiO2浆液，然后将其浓缩至粘稠状；
步骤2.7 取粘稠状TiO2放入研钵中，加入一定量的COP粉末充分研磨均匀。
上述步骤2中钛酸四丁酯：乙酸：去离子：浓硝酸：油醇：液态乙基纤维素的用量比例关系1～50ml：2～3ml：50ml：0.5～2ml：1～200ml：1～200ml。
采用刮涂法涂抹掺杂COP的TiO2浆料，并于100～600℃煅烧10～200分钟左右，制得太阳能电池光阳极；制备对电极；对电池封装，注入液态电解质并封口。
实施例1：
1、共价有机聚合物COP-64材料制备
1.1、将双-(1，5-环辛二烯)镍、2,2-联吡啶和1,5-环辛二烯以3：2：1的质量比溶解于60ml二甲基甲酰胺。
1.2、将1,3,6,8-四溴芘和1,3,5-三(4-溴苯基)苯按4：1摩尔量加入步骤1.1中混合溶液中，85℃反应一个晚上；
1.3、10ml浓盐酸滴加到溶液中，至出现絮状沉淀。氯仿、四氢呋喃、去离子水依次洗涤过滤，干燥。
2、掺杂COP-64的TiO2浆料制备
2.1、分别量取15ml钛酸四丁酯与3ml乙酸，在搅拌器上搅拌15min之后，混合均匀。
2.2、向溶液中倒入50ml去离子水，大力搅拌1小时后，再加入1ml浓硝酸；
2.3、油浴升温至80℃，停止搅拌并陈化75分钟；
2.4、取出溶胶，倒入有聚四氟乙烯衬底的水热釜中200℃反应12小时，乙醇离心洗涤，得到TiO2浆液；
2.5、称取25ml乙醇倒入0.9988g乙基纤维素中，搅拌2小时得液态乙基纤维素；
2.6、取松油醇和乙基纤维素各15ml加入到TiO2浆液，使用旋转蒸发仪将其浓缩至粘稠状；
2.7、称取1g TiO2浆料和0.0mg COP-64粉末放入研钵中，充分研磨均匀,制得COP-64质量分数0.0％的复合物。
3、制备染料敏化太阳能电池
3.1、采用刮涂法涂抹掺杂COP-64的TiO2浆料，并于450℃煅烧20分钟，制得太阳能电池光阳极；
3.2、采用氯铂酸热解法制得对电极；
3.3、采用热封机进行电池封装，工艺参数为：压力0.3MPa、温度100℃、时间为1分钟；
3.4、注入液态电解质并封孔，进行光电性能测试。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处仅在与步骤2.7中，取0.2mg COP-64粉末，制得COP-64质量分数0.2％的复合物。
实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处仅在与步骤2.7中，取0.4mg COP-64粉末，制得COP-64质量分数0.4％的复合物。
实施例4：
本实施例与实施例1的不同之处仅在与步骤2.7中，取0.6mg COP-64粉末，制得COP-64质量分数0.6％的复合物。
实施例5：
本实施例与实施例1的不同之处仅在与步骤2.7中，取0.8mg COP-64粉末，制得COP-64质量分数0.8％的复合物。
实施例6：
本实施例与实施例1的不同之处仅在与步骤2.7中，取1.0mg COP-64粉末，制得COP-64质量分数1.0％的复合物。
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做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此。在不脱离本发明的核心情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，将共价多孔聚合物COP应用到光阳极材料中，应用物理法将COP材料掺杂到光阳极材料中，或者原位生长一层COP材料在光阳极表面；共价多孔聚合物COP材料是应用1,3,6,8与1,3,5对称性平面单体构筑的多孔COP材料。
2.按照权利要求1所述的一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，对称性平面单体选自1,3,6,8-四溴芘、三(4-溴苯基)胺、1,3,5-三(4-溴苯基)苯。
3.按照权利要求1所述的一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，使用粒径5-50nm半导体作为电子传输层材料，使用粒径50-1000nm半导体作为散射层材料；半导体选自TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3、Zn2SnO4、SrTiO3、Fe2O3、CdS、WO3、Ta2O3。
4.按照权利要求3所述的一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，COP与半导体的质量百分比不大于300％。
5.按照权利要求1所述的一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、制备共价多孔聚合物COP材料；步骤(2)、制备掺杂COP的半导体浆料；步骤(3)、采用步骤(2)掺杂COP的半导体浆料制备染料敏化太阳能电池。
6.按照权利要求3所述的一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，
其中半导体选自TiO2时，包括以下步骤：利用钛酸四丁酯制备TiO2浆液；称取乙醇倒入乙基纤维素中，搅拌得液态乙基纤维素；取松油醇和液态乙基纤维素加入到TiO2浆液，然后将其浓缩至粘稠状；取粘稠状TiO2放入研钵中，加入一定量的COP粉末充分研磨均匀；采用刮涂法涂抹掺杂COP的TiO2浆料，并于100～600℃煅烧10～200分钟，制得太阳能电池光阳极。
7.按照权利要求6所述的一种提升染料敏化太阳能电池效率的方法，其特征在于，其中每25ml乙醇对应0.1～10g乙基纤维素；钛酸四丁酯：松油醇：液态乙基纤维素的用量比例关系1～50ml：1～200ml：1～200ml。
8.按照权利要求1-7任一项方法制备得到的染料敏化太阳能电池。
CN201610204216.9A 2016-04-01 2016-04-01 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法 Active CN105632773B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610204216.9A CN105632773B (zh) 2016-04-01 2016-04-01 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610204216.9A CN105632773B (zh) 2016-04-01 2016-04-01 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105632773A CN105632773A (zh) 2016-06-01
CN105632773B true CN105632773B (zh) 2018-05-25

Family

ID=56047587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610204216.9A Active CN105632773B (zh) 2016-04-01 2016-04-01 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105632773B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108511197B (zh) * 2018-03-29 2019-10-18 安徽正熹标王新能源有限公司 基于三层TiO2复合薄膜的染料电池
CN110265222B (zh) * 2018-04-09 2021-03-02 义乌工商职业技术学院 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105632773A (zh) 2016-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108470835B (zh) 基于二维过渡金属碳化物或氮化物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107195789B (zh) 一种无机混合卤素钙钛矿薄膜的制备方法及其在制备太阳能电池方面的应用
CN101560059B (zh) 掺铝氧化锌涂膜和纳米棒阵列材料及其制备方法
CN107221441B (zh) 一种基于复合纳米结构光阳极的太阳能电池
CN102779864B (zh) 一种碲化镉薄膜电池及其制备方法
CN105895807B (zh) 一种掺杂TiO2薄膜的制备方法
CN105514276B (zh) 一种介孔状钙钛矿光伏材料及其制备方法
CN105702865A (zh) 一种金属掺杂钙钛矿薄膜、其制备方法及应用
CN104241447B (zh) 一种铜锌锡硫薄膜材料的制备方法
CN109841740A (zh) 一种基于氧化镍空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法
CN105293563B (zh) 氧化锌纳米片簇及其制备方法
CN104021942A (zh) 一种提高氧化锌基染料敏化太阳能电池光电性能的方法
CN105810832A (zh) 基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池
CN109888113A (zh) 钙钛矿层及其制备方法、钙钛矿太阳能电池
CN102222572A (zh) 纳米线阵列/纳米晶多孔膜复合结构光阳极的制备方法
CN105632773B (zh) 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法
CN104264211B (zh) 单晶亚微米级Cu2ZnSnS4颗粒的高温溶剂热制备方法及应用
CN103739011B (zh) 一锅法制备三维多级微纳结构二氧化钛浆料的方法
CN102222575B (zh) 染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
CN103904217B (zh) 一种多元有机/无机杂化太阳电池及其制备方法
CN105789450A (zh) 一种大面积均质有机-无机钙钛矿薄膜的制备方法及其制品和应用
CN104851942B (zh) ZnO/I掺杂ZnO核/壳结构纳米线阵列的制备方法
CN103972398B (zh) 一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法
CN106847518B (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN102392237A (zh) 一种Ag-Li共掺杂氧化锌薄膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220518

Address after: 315016 No. 158, Kesheng Road, jishigang Town, Haishu District, Ningbo City, Zhejiang Province

Patentee after: Ningbo Huachu Energy Co.,Ltd.

Address before: 100029, No. 15 East Third Ring Road, Chaoyang District, Beijing

Patentee before: BEIJING University OF CHEMICAL TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right