專利名稱：一種染料敏化太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，已經(jīng)報(bào)道的液態(tài)染料敏化太陽能電池的效率達(dá)到11. 5%，然而傳統(tǒng)以乙腈
等易揮發(fā)性溶劑制備的液態(tài)染料敏化太陽能電池穩(wěn)定性很差，主要是由于乙腈很容易揮
發(fā)，特別是在室外日曬雨淋的條件下更容易泄漏。以離子液體作為電解質(zhì)的液態(tài)電池雖然
效率有7%，且表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，但是材料本身成本昂貴，而且封裝技術(shù)也要求很苛刻，
從而限制了其產(chǎn)業(yè)化。采用固態(tài)物質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)能夠很好的解決穩(wěn)定性問題，雖然效
率比液態(tài)電池要低不少，但是比液態(tài)電池有很大的成本優(yōu)勢，所以具有更大的產(chǎn)業(yè)化前景。
因此，以固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)是染料敏化太陽能電池發(fā)展的必然趨勢。 據(jù)報(bào)道，迄今為止全固態(tài)染料敏化太陽能電池的效率達(dá)5%左右。然而，這種全固
態(tài)染料敏化太陽能電池全固態(tài)電解質(zhì)與對電極之間主要采用兩種方式一種方式為空穴傳
輸材料-金屬對電極的結(jié)構(gòu)，另一種為1_/13-氧化還原體系-金屬對電極結(jié)構(gòu)。對于P型
半導(dǎo)體與金屬對電極的結(jié)構(gòu)，由于鍍膜在材料上及工藝上都大大增加了成本，大大影響了
其應(yīng)用前景。對于I-/I3-氧化還原體系，由于碘會和大部分金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此對于
制作大面積電池布線又是個很大的障礙。 本專利提供了一種提高染料敏化太陽能電池及其制備方法，一方面降低了原材料 的成本，同時在工藝上用絲網(wǎng)印刷技術(shù)刷碳膜比傳統(tǒng)的鍍金也要簡單的多，從而能進(jìn)一步 節(jié)約生產(chǎn)成本。而且由于大部分空穴傳輸材料不會和銀等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，又能避免1-/ 13-氧化還原體系在產(chǎn)業(yè)化制作大面積布導(dǎo)線后銀線會被碘氧化的問題。測試結(jié)果表明，與 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提供的單基板全固態(tài)染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)大大提高了電池的光 電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的全固態(tài)染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)極其制備方法， 該結(jié)構(gòu)的電池原材料價格低廉，制作工藝簡單，更有利于染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化。
—種染料敏化太陽能電池的制備方法，包括如下步驟
(1)在導(dǎo)電玻璃上制備一層致密層； (2)在上述致密層上依次逐層涂覆二氧化鈦納米晶層和氧化物絕緣層，并燒結(jié)； (3)在所述氧化物絕緣層上印刷一層介孔碳層并燒結(jié)； (4)將經(jīng)上述步驟所形成的器件浸泡在染料溶液中進(jìn)行染料吸附； (5)采用真空填充的方法將空穴傳輸材料滴涂在介孔碳層上，使所述填充材料能
分別填充到介孔碳層、氧化物絕緣層及二氧化鈦納米晶層的納米孔中； 將經(jīng)上述步驟處理后的器件烘干，即得到所述的染料敏化太陽能電池。 本發(fā)明的所述步驟(1)中，通過采用噴涂的辦法將四氯化鈦乙醇溶液噴涂在導(dǎo)電
3玻璃上來制備所述的致密層。 本發(fā)明的所述的噴涂在300-55(TC溫度下進(jìn)行。 本發(fā)明的所述的氧化物絕緣層為氧化鋯或氧化鈦。 本發(fā)明的步驟(2)和步驟(3)中的燒結(jié)溫度均為300-550°C。 本發(fā)明的所述的真空填充的方法具體為，在介孔碳層上滴涂上配好的空穴傳輸材
料溶液，靜置一段時間后抽真空，直到介孔碳層里面沒有氣泡冒出為止。 本發(fā)明的所述的空穴傳輸材料為有機(jī)P型半導(dǎo)體材料。 本發(fā)明在步驟(5)之后還包括在介孔碳層上涂覆金屬漿料并烘干的步驟。 利用上述技術(shù)方案之一所述的制備方法制備的染料敏化太陽能電池。 本發(fā)明作為一種新結(jié)構(gòu)組成有效的簡化了全固態(tài)染料敏化太陽能電池的生產(chǎn)工
藝，降低了生產(chǎn)成本，是一種能加快染料敏化太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的新結(jié)構(gòu)和方法。


圖1為本發(fā)明的全固態(tài)染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1 在導(dǎo)電玻璃上于30(TC溫度下采用噴涂的辦法將四氯化鈦乙醇溶液噴涂在導(dǎo)電玻 璃上，保溫20分鐘，形成致密層；然后以絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別涂覆二氧化鈦納米晶層、氧化鋯 絕緣層；在30(TC溫度下燒結(jié)后，以絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層介孔碳層，然后在30(TC溫度下 燒結(jié)；冷卻至8(TC后，將以上制備的器件在Z907染料溶液(優(yōu)選0.4mM乙醇溶液)中浸 泡吸附24小時；然后將吸附染料的電池用乙醇清洗3次將多余的染料除去，烘干后將電池 放在密閉箱中，在介孔碳層上滴涂上聚3-己基噻吩(P3HT)溶液(優(yōu)選40mg/ml 二氯苯溶 液)，分別填充至介孔碳層、氧化物絕緣層及二氧化鈦納米晶層的納米孔中，靜置1分鐘后 開始抽真空，直到碳膜里面沒有氣泡冒出為止。接著將電池放在66t:烘箱中烘干。測試表 明，所得電池在100mW/cm2太陽光下效率為1. 6%。
實(shí)施例2 在導(dǎo)電玻璃上于45(TC溫度下采用噴涂的辦法將四氯化鈦乙醇溶液噴涂在導(dǎo)電玻 璃上，保溫20分鐘，形成致密層；然后以絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別涂覆二氧化鈦納米晶層、氧化鋯 絕緣層；在45(TC溫度下燒結(jié)后，以絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層介孔碳層，然后在35(TC溫度下 燒結(jié)；冷卻至8(TC后，將以上制備的器件在D102染料溶液(優(yōu)選0. 4mM乙醇溶液)中浸泡 吸附24小時；然后將吸附染料的電池用乙醇清洗3次將多余的染料除去，烘干后將電池放 在密閉箱中，在介孔碳層上滴涂上spiro-MeOTAD溶液(優(yōu)選0. 17M氯苯溶液)，分別填充 至介孔碳層、氧化物絕緣層及二氧化鈦納米晶層的納米孔中，靜置1分鐘后開始抽真空，直 到碳膜里面沒有氣泡冒出為止。接著將電池放在66t:烘箱中烘干。測試表明，所得電池在 100mW/cm2太陽光下效率為2. 0%。
實(shí)施例3 在導(dǎo)電玻璃上于50(TC溫度下采用噴涂的辦法將四氯化鈦乙醇溶液噴涂在導(dǎo)電玻璃上，保溫20分鐘，形成致密層；然后以絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別涂覆二氧化鈦納米晶層、氧化鋯絕緣層；在50(TC溫度下燒結(jié)后，以絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層介孔碳層，然后在40(TC溫度下燒結(jié)；冷卻至8(TC后，將以上制備的器件在D102染料溶液(優(yōu)選0. 4mM乙醇溶液)中浸泡吸附24小時；然后將吸附染料的電池用乙醇清洗3次將多余的染料除去，然后用20mg/ml的Li(CF3S02)2N乙腈溶液浸泡處理吸附的染料；烘干后將電池放在密閉箱中，在介孔碳層上滴涂上P3HT溶液(優(yōu)選40mg/ml 二氯苯溶液)，分別填充至介孔碳層、氧化物絕緣層及二氧化鈦納米晶層的納米孔中，靜置1分鐘后開始抽真空，直到碳膜里面沒有氣泡冒出為止。接著將電池放在66t:烘箱中烘干。測試表明，所得電池在100mW/cm2太陽光下效率為2. 4%。 實(shí)施例4 在導(dǎo)電玻璃上于55(TC溫度下采用噴涂的辦法將四氯化鈦乙醇溶液噴涂在導(dǎo)電玻璃上，保溫20分鐘，形成致密層；然后以絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別涂覆二氧化鈦納米晶層、氧化鋯絕緣層；在55(TC溫度下燒結(jié)后，以絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層介孔碳層，然后在55(TC溫度下燒結(jié)；冷卻至8(TC后，將以上制備的器件在D102染料溶液(優(yōu)選0. 4mM乙醇溶液)中浸泡吸附24小時；然后將吸附染料的電池用乙醇清洗3次將多余的染料除去，然后用20mg/ml的Li(CF3S02)2N乙腈溶液浸泡處理吸附的染料；烘干后將電池放在密閉箱中，在介孔碳層上滴涂上P3HT溶液(優(yōu)選40mg/ml 二氯苯溶液)，分別填充至介孔碳層、氧化物絕緣層及二氧化鈦納米晶層的納米孔中，靜置1分鐘后開始抽真空，直到碳膜里面沒有氣泡冒出為止。接著將電池放在66t:烘箱中烘干，在電池烘干后，在介孔碳層上面涂覆一層銀漿并烘干。測試表明，所得電池在100mW/cm2太陽光下效率為3. 2%。 上述實(shí)施例中的P3HT、 spiro-MeOTAD為空穴傳輸材料，本發(fā)明中的空穴傳輸材料不限于上述物質(zhì)，還可以包括其它導(dǎo)電聚合物(如聚3-辛基噻吩，P30T ;聚3， 4-乙撐二氧噻吩，PEDOT等)，以及其它導(dǎo)電有機(jī)小分子物質(zhì)(如TPD等)。
權(quán)利要求
一種染料敏化太陽能電池的制備方法，包括如下步驟(1)在導(dǎo)電玻璃上制備一層致密層；(2)在上述致密層上依次逐層涂覆二氧化鈦納米晶層和氧化物絕緣層，并燒結(jié)；(3)在所述氧化物絕緣層上印刷一層介孔碳層并燒結(jié)；(4)將經(jīng)上述步驟所形成的器件浸泡在染料溶液中進(jìn)行染料吸附；(5)采用真空填充的方法將空穴傳輸材料滴涂在介孔碳層上，使所述填充材料能分別填充到介孔碳層、氧化物絕緣層及二氧化鈦納米晶層的納米孔中；將經(jīng)上述步驟處理后的器件烘干，即得到所述的染料敏化太陽能電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，通過采用噴涂的辦法將四氯化鈦乙醇溶液噴涂在導(dǎo)電玻璃上來制備所述的致密層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的噴涂在300-55(TC溫度下進(jìn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的制備方法，其特征在于，所述的氧化物絕緣層為氧化鋯或氧化鈦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4之一所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)和步驟(3)中的燒結(jié)溫度均為300-550°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5之一所述的制備方法，其特征在于，所述的真空填充的方法具體為，在介孔碳層上滴涂上配好的空穴傳輸材料溶液，靜置一段時間后抽真空，直到介孔碳層里面沒有氣泡冒出為止。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的空穴傳輸材料為有機(jī)P型半導(dǎo)體材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7之一所述的制備方法，其特征在于，在步驟(5)之后還包括在介孔碳層上涂覆金屬漿料并烘干的步驟。
9. 利用上述權(quán)利要求1-8之一所述的制備方法制備的染料敏化太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新的單基板全固態(tài)染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)，即采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷氧化鈦工作電極、絕緣層、介孔碳對電極，并用真空填充法將空穴傳輸材料填入多孔電極中制備成電池。采用該方法不僅生產(chǎn)工藝簡單、材料成本低廉，而且大大減小了空穴傳輸材料與對電極的界面電阻。該結(jié)構(gòu)是一種具有很大發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬暗男滦吞柲茈姵?。有機(jī)小分子物質(zhì)(如TPD等)。
文檔編號H01L51/48GK101740238SQ20101012307
公開日2010年6月16日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者劉廣輝, 劉林峰, 向鵬, 周子明, 庫治良, 徐覓, 李雄, 汪恒, 程一兵, 胡敏, 舒婷, 榮耀光, 韓宏偉, 魯建峰 申請人:華中科技大學(xué)