專利名稱：一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種能有效提高光電轉(zhuǎn)換效 率的染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)能源日益枯竭，能源危機日益嚴重，新能源取代傳統(tǒng)能源已經(jīng)成為必然 的趨勢，太陽能是新能源中的佼佼者。目前太陽能之所以無法取代傳統(tǒng)能源，主要原因在于 太陽能電池成本過高，如何大規(guī)模生產(chǎn)價格低廉的太陽能電池是如今太陽能行業(yè)的研究熱
點ο近年來，染料敏化太陽能電池因為其成本低廉、無污染、工藝簡單，易于大規(guī)模生 產(chǎn)等原因，受到了廣泛的關(guān)注，得到了迅猛的發(fā)展。染料敏化太陽能電池主要由光陽極1、電 解質(zhì)溶液4和對電極5三部分組成，其中，光陽極的吸光能力是影響這類太陽能電池光電轉(zhuǎn) 換效率的重要因素，而光陽極中的二氧化鈦薄膜對入射光的吸收利用率是限制其光電轉(zhuǎn)換 效率的主要原因?，F(xiàn)有技術(shù)中光陽極為在透明導(dǎo)電玻璃上依次涂覆TW2光吸收層6及大 顆粒TW2散射層7構(gòu)成(參見圖1)，大顆粒TW2散射層7對入射光的散射不能充分被TW2 光吸收層6所吸收，入射光吸收利用率較低。因此，如何制備光陽極中高品質(zhì)的二氧化鈦薄膜是如今染料敏化太陽能電池產(chǎn)業(yè) 化進程中的一個主要課題。專利號ZL 200610037574. 1，授權(quán)公告號CN 1004擬678C，發(fā)明 專利名稱為染料敏化太陽能電池用納米晶二氧化鈦膜的制備方法，通過有機鈦醇鹽與高分 子模板在有機溶劑中組裝，經(jīng)添加添加劑制備涂覆二氧化鈦膜用膠體，后經(jīng)絲網(wǎng)印刷及高 溫?zé)Y(jié)后制備的納晶二氧化鈦膜具有高的比表面積和高的透光性，但需有機鈦醇鹽和高分 子模板劑完全反應(yīng)，其制備方法較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有染料敏化太陽能電池光陽極光吸收利用率低，且其制備方法又較為復(fù)雜 的問題，本發(fā)明的目的是提供一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的染料敏化電池光陽極依次 包括與透明導(dǎo)電玻璃緊密接觸的混合散射層、與混合散射層接觸的吸收層，混合散射層是 由大顆粒TiO2微粒與小顆粒TiO2微?；旌辖M成，厚度為4飛μ m，吸收層是由小顆粒TiO2 微粒組成，厚度為1(Γ 2μπι。進一步地，所述大顆粒TiA微粒粒徑為15(T300nm，所述小顆粒TW2微粒粒徑為 15 30nmo進一步地，所述大顆粒TiA微粒粒徑為200nm，所述小顆粒TW2微粒粒徑為20nm。另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述光陽極的方法，其步驟包括
a.制備吸收層漿料將小顆粒TW2粉體和乙基纖維素混合，并加入松油醇和無水乙 醇，攪拌制得吸收層漿料；b.制備混合散射層漿料將大顆粒TiO2粉體與小顆粒TiO2粉體混合，再將混合粉體和 乙基纖維素混合，并加入松油醇和無水乙醇，攪拌制得混合散射層漿料；
c.印制混合散射層將經(jīng)步驟b制得的混合散射層漿料絲網(wǎng)印刷在處理后的透明導(dǎo) 電玻璃上，每印刷一次靜置3飛分鐘并烘干，反復(fù)印刷使混合散射層薄膜厚度為4飛μ m ；
d.印制吸收層將經(jīng)步驟a制備的吸收層漿料絲網(wǎng)印刷在經(jīng)步驟c制得的混合散射層 上，每印刷一次靜置3飛分鐘并烘干，烘干溫度為110°C 130°C，反復(fù)印刷使吸收層薄膜厚 度為 1(Γ 2μπι ；
e.將經(jīng)步驟c和步驟d印刷有混合散射層和吸收層的透明導(dǎo)電玻璃置入氣氛爐中，通 入氧氣進行單一氣氛燒結(jié)，燒結(jié)時間為15 45分鐘，制得染料敏化太陽能電池的光陽極。
進一步地，所述步驟a中小顆粒TiA粉體和乙基纖維素按照質(zhì)量比3:廣5:1的比 例混合。 進一步地，所述步驟b中大顆粒TiA粉體與小顆粒TiA粉體按照質(zhì)量比2 3的比 例混合。進一步地，所述步驟b中制得的混合粉體和乙基纖維素按照質(zhì)量比3:廣5:1的比 例混合。進一步地，所述步驟c和步驟d中烘干溫度為120°C。進一步地，所述步驟e中氣氛爐內(nèi)溫度為450°C 500°C，且升溫速度為10°C /min, 燒結(jié)時間為20 30分鐘。進一步地，所述步驟c中的透明導(dǎo)電玻璃經(jīng)丙酮、酒精、去離子水三次超聲清洗并 烘干，將其浸泡于40 mmol/L的TiCl4溶液中，并于70°C下處理30分鐘后烘干，將經(jīng)上述處 理后的透明導(dǎo)電玻璃置于氣氛爐內(nèi)在320°C 330°C下保溫5 10分鐘后升至370°C 380°C 保溫5 10分鐘，再升溫到445°C 455°C保溫10 -15分鐘，最后將溫度升至500°C 510°C并 保溫10 15分鐘。本專利的效果在于本發(fā)明的染料敏化太陽能電池光陽極，引進了混合散射層并 改變其在TW2薄膜中的位置，既明顯提高了大顆粒TW2對入射光的散射作用，又不會降低 TiO2薄膜的吸附量，提高了 TW2薄膜對入射光的吸收利用率；其制備方法無復(fù)雜的化學(xué)反 應(yīng)參與，操作簡單，靜置工藝有利于漿料的流平，提高了大面積薄膜表面的平整性，有利于 吸收層和散射層的連結(jié)，減少了薄膜表面及內(nèi)部的缺陷。按照本發(fā)明所提供的方法制備的 大面積光陽極染料敏化電池，與傳統(tǒng)印刷方法制備出的同等面積的光陽極電池相比，短路 電流可以提高70% 100%。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明；
圖1為由傳統(tǒng)工藝制備的光陽極組成的染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明制備的光陽極組成的染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為兩種染料敏化太陽能電池電流的數(shù)據(jù)對比圖，曲線A表示本發(fā)明光陽極組成的 電池產(chǎn)生的電流，曲線B表示傳統(tǒng)工藝制備的光陽極組成的電池產(chǎn)生的電流，縱坐標(biāo)表示 電流，橫坐標(biāo)表示電壓。圖中標(biāo)號說明1-透明導(dǎo)電玻璃 2-混合散射層 3-吸收層 4-電解質(zhì) 5-對電極 6- TiO2光吸收層 7-大顆粒TiO2散射層
具體實施例方式實施例一
a.將4g粒徑20nm的TW2粉體、Ig乙基纖維素、20ml松油醇及15ml無水乙醇混合， 充分攪拌Mh，制備吸收層漿料；
b.將2g粒徑200nm的TW2粉體、3g粒徑20nm的TW2粉體、Ig乙基纖維素、IOml松 油醇及8ml無水乙醇混合，充分攪拌Mh，制備混合散射層漿料；
c.將經(jīng)步驟b制備的混合散射層漿料絲網(wǎng)印刷在經(jīng)過處理的透明導(dǎo)電玻璃上，每印 刷一層，即靜置5分鐘，并在120°C下烘干，反復(fù)印刷3次；d.將經(jīng)步驟a制備的吸收層漿料 絲網(wǎng)印刷在經(jīng)步驟c制得的混合散射層上，每印刷一層，即靜置5分鐘，并在120°C下烘干， 反復(fù)印刷5次；
e.將印刷有混合散射層和吸收層的透明導(dǎo)電玻璃置入氣氛爐內(nèi)，并通入氧氣，使氣氛 爐內(nèi)部為氧氣單一氣氛，氣壓為廣2個大氣壓，以10°C /min的速度升溫至450°C，并保持30 分鐘。實施例二
按照實施例一中的方法，除以下步驟有改動外，其他步驟完全相同。a.將5g粒徑20nm的TiO2粉體、Ig乙基纖維素、20ml松油醇及15ml無水乙醇 混合，充分攪拌Mh，制備吸收層漿料。實施例三
按照實施例一中的方法，除以下步驟有改動外，其他步驟完全相同。a.將3g粒徑20nm的TW2粉體、Ig乙基纖維素、20ml松油醇及15ml無水乙醇 混合，充分攪拌Mh，制備吸收層漿料。實施例四
按照實施例一中的方法，除以下步驟有改動外，其他步驟完全相同。b.將2. 4g粒徑200nm的TiO2粉體、3. 6g粒徑20nm的TiO2粉體、1. 5g乙基纖維 素、IOml松油醇及8ml無水乙醇混合，充分攪拌Mh，制備混合散射層漿料。實施例五
按照實施例一中的方法，除以下步驟有改動外，其他步驟完全相同。e.將印刷有混合散射層和吸收層的透明導(dǎo)電玻璃置入氣氛爐內(nèi)，并通入氧氣，使 氣氛爐內(nèi)部為氧氣單一氣氛，氣壓為廣2個大氣壓，以10°C /min的速度升溫至500°C，并保 持20分鐘。實驗結(jié)果采用太陽光模擬器，在AMI. 5，輻照光頻率為1000W/m2下，將利用本發(fā) 明所述方法制備的光陽極的染料敏化太陽能電池與面積大小相等的傳統(tǒng)染料敏化太陽能 電池進行測試，所得結(jié)果為附圖1所示。從測試結(jié)果可以得知，在同樣面積的前提下，利用本發(fā)明所述方法制備的光陽極 的染料敏化太陽能電池的短路電流提高了 80%左右，光電轉(zhuǎn)換效率得到了極大的提升。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，上述的具體實施方式
只是示例性的，是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好的理解本專利內(nèi)容，不應(yīng)理解為是對本專利保護范圍的限制，只要是 根據(jù)本專利所揭示精神所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于所述光陽極依次包括與透明導(dǎo)電玻 璃(1)緊密接觸的混合散射層(2)、與所述混合散射層(2)接觸的吸收層(3)，所述混合散射 層(2)是由大顆粒Ti02微粒與小顆粒Ti02微?；旌辖M成，厚度為4 6μπι，所述吸收層(3) 是由小顆粒Ti02微粒組成，厚度為1(Γ 2μπι。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于所述大顆粒 Τ 02微粒粒徑為15(T300nm，所述小顆粒Ti02微粒粒徑為15 30nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于所述大顆粒 Τ 02微粒粒徑為200nm，所述小顆粒Ti02微粒粒徑為20nm。
4.一種制備權(quán)利要求1、2或3任一權(quán)項所述的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方 法，其步驟包括a.制備吸收層漿料將小顆粒Ti02粉體和乙基纖維素混合，并加入松油醇和無水乙 醇，攪拌制得吸收層漿料；b.制備混合散射層漿料將大顆粒Ti02粉體與小顆粒Ti02粉體混合，再將混合粉體 和乙基纖維素混合，并加入松油醇和無水乙醇，攪拌制得混合散射層漿料；c.印制混合散射層將經(jīng)步驟b制得的所述混合散射層漿料絲網(wǎng)印刷在處理后的透 明導(dǎo)電玻璃(1)上，每印刷一次靜置3飛分鐘并烘干，反復(fù)印刷使所述混合散射層薄膜厚度 為4 6 μ m ；d.印制吸收層將經(jīng)步驟a制備的所述吸收層漿料絲網(wǎng)印刷在經(jīng)步驟c制得的所述混 合散射層(2)上，每印刷一次靜置3飛分鐘并烘干，烘干溫度為110°C 130°C，反復(fù)印刷使 所述吸收層薄膜厚度為1(Γ12 μ m ；e.將經(jīng)步驟c和步驟d印刷有所述混合散射層(2)和所述吸收層(3)的透明導(dǎo)電玻 璃(1)置入氣氛爐中，通入氧氣進行單一氣氛燒結(jié)，燒結(jié)時間為15 45分鐘，制得染料敏化 太陽能電池的光陽極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟a中小顆粒Ti02粉體和 乙基纖維素按照質(zhì)量比3:廣5:1的比例混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟b中大顆粒Ti02粉體與 小顆粒Ti02粉體按照質(zhì)量比2:3的比例混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟b中制得的混合粉體和乙 基纖維素按照質(zhì)量比3:廣5:1的比例混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟c和步驟d中烘干溫度為 120°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟e中氣氛爐內(nèi)溫度為 4500C 500°C，且升溫速度為10°C /min，燒結(jié)時間為20 30分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟c中的透明導(dǎo)電玻璃經(jīng) 丙酮、酒精、去離子水三次超聲清洗并烘干，將其浸泡于40 mmol/L的TiC14溶液中，并于 70°C下處理30分鐘后烘干，將經(jīng)上述處理后的透明導(dǎo)電玻璃置于氣氛爐內(nèi)在320°C 33(TC 下保溫5 10分鐘后升至370°C 380°C保溫5 10分鐘，再升溫到445°C 455°C保溫10 -15 分鐘，最后將溫度升至500°C飛10°C并保溫1(Γ15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法，光陽極依次包括與透明導(dǎo)電玻璃緊密接觸的混合散射層、與混合散射層接觸的吸收層，混合散射層是由大顆粒TiO2微粒與小顆粒TiO2微粒混合組成，厚度為4~6μm，吸收層是由小顆粒TiO2微粒組成，厚度為10~12μm。制備方法a.制備吸收層漿料；b.制備混合散射層漿料；c.將b制備的漿料絲印在導(dǎo)電玻璃上制得混合散射層；d.將a制備的漿料絲印在混合散射層上制得吸收層；e.將經(jīng)步驟c和步驟d的透明導(dǎo)電玻璃置入氣氛爐中，通入氧氣進行單一氣氛燒結(jié)，燒結(jié)時間為15~45分鐘。本發(fā)明適用于制備染料敏化太陽能電池的光陽極。
文檔編號H01L51/44GK102074373SQ20111002426
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月22日
發(fā)明者張根發(fā), 李帥, 王長君, 羅軍, 蘇青峰, 賴建明 申請人:上海聯(lián)孚新能源科技有限公司