CN107611225B - 一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法 - Google Patents
一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法。本发明利用水浴法制备得到了纯相BaSnO3纳米粒子，应用在染料敏化太阳能电池光阳极上。随后利用化学浴沉积方法(CBD)与TiCl4溶液浸泡方法对BaSnO3纳米粒子光阳极膜进行表面处理，以钌系染料N719为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，其最高光电转换效率为5.18%；该方法操作简单，成本低廉，但大大提高了效率，具有较高的实用性。
Description
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池以其工艺简单、成本低廉、稳定性良好、光电转化效率较高等诸多优势，成为硅基太阳电池最有竞争的替代者之一 ，有望广泛应用于实际生活中。
立方钙钛矿结构BaSnO3属于 N型半导体材料，已在热稳定型电容器、半导体湿敏和气敏传感器上获得应用。然而，在目前的研究中，基于BaSnO3光阳极的染料敏化太阳能电池的报道较少，且相关光电转化效率有待提高。目前还尚未有同时利用化学浴沉积方法(CBD)与TiCl4溶液浸泡方法对基于BaSnO3纳米粒子光阳极进行表面处理来提高染料敏化太阳能电池光电转化效率的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双表面处理方法来提高基于BaSnO3纳米粒子光阳极的染料敏化太阳能电池光电转化效率。BaSnO3纳米粒子的制备方法有溶胶凝胶法、水热法等，但是都要经过一个超过1000oC 的高温煅烧才能得到纯相BaSnO3固体，且得到的纳米粒子比表面积较小。本发明利用水浴法制备得到了纯相BaSnO3纳米粒子，应用在染料敏化太阳能电池光阳极上。随后利用化学浴沉积方法(CBD)与TiCl4溶液浸泡方法对BaSnO3纳米粒子光阳极膜进行表面处理，以钌系染料N719为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，其最高光电转换效率为5.18%。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
所述一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法，具体步骤为：
（1）BaSnO3纳米粒子及浆料的制备方法：首先，将等物质的量五水合四氯化锡和氯化钡溶解于40-200ml双氧水中，其中五水合四氯化锡为2-5 mmol，得到澄清溶液。向澄清溶液中逐滴加入25-28 wt %浓氨水，调节溶液pH 在9-11之间，得到白色浑浊溶液。将其转移到圆底烧瓶中，在50-90℃水浴加热5-8h得到白色沉淀。将沉淀用去离子水和乙醇各离心洗涤3次，使上清液pH接近中性，随后置于70℃烘箱中干燥8h。最后利用马弗炉以2℃/min的速率升温至500-800℃恒温2h煅烧，得到纯相BaSnO3纳米粒子。
BaSnO3浆料制备：
将制备得到的BaSnO3纳米粒子与乙基纤维素，松油醇按20：2：1的重量比混合均匀，随后加入200 mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到白色粘稠状浆料，用于后续处理；
（2）双表面处理方法：
化学浴沉积(CBD)处理方法：将制备成的BaSnO3浆料，用丝网印刷法涂覆在FTO导电玻璃基底上，500℃煅烧2h后，得到BaSnO3光阳极膜，留做后续处理。配制Ba(NO3)2和NaSnO3水溶液，其中Ba(NO3)2和NaSnO3浓度相同，范围为0.01-0.1mol/L。将BaSnO3光阳极膜分别浸泡在Ba(NO3)2和NaSnO3水溶液中，3min后取出，用蒸馏水和乙醇各冲洗一次，置于70℃烘箱中烘干。
（3）TiCl4浸泡方法：
配制浓度为50-100mmol/L的TiCl4水溶液。将经过CBD处理后的BaSnO3光阳极膜浸泡在溶液中，3min后取出，用蒸馏水和乙醇各冲洗一次，置于70℃烘箱中烘干。
本发明的显著优点在于：
锡酸钡是一种良好半导体材料，带隙宽度适当，所以当前基于锡酸钡材料的染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的研究越来越多。本发明首次提出用双处理方法来提高基于锡酸钡电池的光电转化效率。该方法操作简单，成本低廉，但大大提高了效率，具有较高的实用性。
附图说明
图1为BaSnO3纳米粒子的XRD粉末衍射谱图；
图2为BaSnO3纳米粒子的扫描电镜照片；
图3为BaSnO3纳米粒子的透射电镜照片；
图4为BaSnO3基染料敏化太阳能电池未处理和经过不同处理之后的光电性能对比图。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
所述一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法，具体步骤为：
（1）BaSnO3纳米粒子及浆料的制备方法：首先，将等物质的量五水合四氯化锡和氯化钡溶解于40-200ml双氧水中，其中五水合四氯化锡为2-5 mmol，得到澄清溶液。向澄清溶液中逐滴加入25-28 wt %浓氨水，调节溶液pH 在9-11之间，得到白色浑浊溶液。将其转移到圆底烧瓶中，在50-90℃水浴加热5-8h得到白色沉淀。将沉淀用去离子水和乙醇各离心洗涤3次，使上清液pH接近中性，随后置于70℃烘箱中干燥8h。最后利用马弗炉以2℃/min的速率升温至500-800℃恒温2h煅烧，得到纯相BaSnO3纳米粒子。
BaSnO3浆料制备：
将制备得到的BaSnO3纳米粒子与乙基纤维素，松油醇按20：2：1的重量比混合均匀，随后加入200 mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到白色粘稠状浆料，用于后续处理；
（2）双表面处理方法：
化学浴沉积(CBD)处理方法：将BaSnO3纳米粒子制备成的浆料，用丝网印刷法涂覆在FTO导电玻璃基底上，500℃煅烧2h后，留做后续处理。配制等摩尔浓度，且浓度范围为0.01-0.1mol/L的Ba(NO3)2和NaSnO3水溶液。将BaSnO3光阳极膜分别浸泡在Ba(NO3)2和NaSnO3水溶液中，3min后取出，用蒸馏水和乙醇各冲洗一次，置于70℃烘箱中烘干。
（3）TiCl4浸泡方法：
配制浓度为50-100mmol/L的TiCl4水溶液。将经过CBD处理后的光阳极膜浸泡在溶液中，3min后取出，用蒸馏水和乙醇各冲洗一次，置于70℃烘箱中烘干。
电池组装：
将光阳极膜在450℃加热板上煅烧0.5h，待其降至室温后，浸入 0.3-0.5 mM N719染料中敏化 12小时， 然后将其与 Pt 对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入乙腈为溶剂含 0.6 M 1,2 二甲基,3-乙基碘化咪唑(DMPI)、 0.05 M 碘(I2)、 0.1 M 碘化锂(LiI)， 1 M 叔丁基吡啶(TBP)的电解液，测试光电性能。同时，将未处理和只经过CBD处理的光阳极膜组装成电池，与经过双处理的电池性能进行对比。
图1显示BaSnO3纳米粒子为纯相。图2和图3可以看出BaSnO3纳米粒子粒径在20nm左右。图4显示，电池未处理前光电转化效率为3.5%，当经过CBD处理后，效率提升到4.26%，而经过双处理后的电池效率达到5.18%。与未处理的电池相比，只经过CBD和经过双处理的电池光电转化效率各提高了21.7%和48.0%。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法，其特征在于：具体步骤为：
（1）BaSnO3纳米粒子及浆料的制备方法：首先，将等物质的量的五水合四氯化锡和氯化钡溶解于40-200ml双氧水中，得到澄清溶液；向澄清溶液中逐滴加入25-28 wt %浓氨水，调节溶液pH 在9-11之间，得到白色浑浊溶液；将其转移到圆底烧瓶中，在50-90℃水浴加热5-8h得到白色沉淀；将沉淀用去离子水和乙醇各离心洗涤3次，使上清液pH接近中性，随后置于70℃烘箱中干燥8h；最后利用马弗炉进行煅烧，得到纯相BaSnO3纳米粒子；
BaSnO3浆料制备：
将制备得到的BaSnO3纳米粒子与乙基纤维素，松油醇按20：2：1的重量比混合均匀，随后加入200 mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到白色粘稠状浆料，用于后续处理；
（2）双表面处理方法：
化学浴沉积CBD处理方法：将步骤（1）获得的BaSnO3浆料，用丝网印刷法涂覆在FTO导电玻璃基底上，500℃煅烧2h后，得到BaSnO3光阳极膜，留做后续处理；配制Ba(NO3)2和NaSnO3水溶液；将BaSnO3光阳极膜分别浸泡在Ba(NO3)2和NaSnO3水溶液中，3min后取出，用蒸馏水和乙醇各冲洗一次，置于70℃烘箱中烘干；
然后，配制浓度为50-100mmol/L的TiCl4水溶液；将经过CBD处理后的BaSnO3光阳极膜浸泡在TiCl4溶液中，3min后取出，用蒸馏水和乙醇各冲洗一次，置于70℃烘箱中烘干。
2.根据权利要求1所述的一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法，其特征在于：步骤（1）中五水合四氯化锡物质的量为2-5 mmol。
3.根据权利要求1所述的一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法，其特征在于：步骤（1）中马弗炉的控制条件为以2℃/min的速率升温至500-800℃恒温2h。
4.根据权利要求1所述的一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法，其特征在于：步骤（2）中Ba(NO3)2和NaSnO3浓度相同，范围为0.01-0.1mol/L。
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