[发明专利]染料敏化太阳电池光阳极微裂纹的修复方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及染料敏化太阳电池制造领域，尤其涉及一种染料敏化太阳电池光阳极微裂纹的修复方法。

【背景技术】

由于环境恶化及能源危机的原因，近些年太阳电池受到了全世界的广泛关注。染料敏化太阳电池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSC)是最近20年基于纳米技术发展起来的一种新型太阳电池，这种电池成本低，制造工艺简单，能源回收时间短(小于1年)，弱光相对转化效率高，虽然其稳定性和转化效率在现阶段还有待提高，但是该电池仍被认为是最有应用前景的一类太阳电池。

染料敏化太阳电池主要由导电基底、吸附了染料敏化剂的纳米多孔半导体薄膜(如TiO₂纳米薄膜)、电解质、对电极组成。工作原理为：染料分子吸收太阳光后从基态跃迁到激发态；激发态的电子迅速注入到纳米半导体的导带中，随后扩散至导电基底，经外回路转移至对电极；处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；氧化态的电解质在对电极接受电子被还原，从而完成了电子输运的一个循环过程。纳米二氧化钛多孔薄膜在整个过程中起到吸附染料、传输光生电子的作用，是电荷输运循环中的关键环节。此外，其费米能级的位置与电解质的氧化还原电势共同决定着电池的开路电压。因此，纳米二氧化钛多孔薄膜是染料敏化太阳电池的重要组成部分。

目前，DSC中纳米二氧化钛多孔薄膜的制备过程一般为：将纳米二氧化钛粉体与适量的有机添加剂混合制成均匀的TiO₂浆料，通常采用刮涂或丝网印刷技术将TiO₂浆料涂敷于导电基底表面，经过400～500℃烧结后获得多孔TiO₂薄膜。有机添加剂一般占浆料总体积的50％以上，它不但可以增加薄膜的气孔率，提高纳米TiO₂粉体的分散性，而且能增加TiO₂薄膜与基底的附着力，是TiO₂浆料的重要组成部分。但是，由于大量有机添加剂在高温烧结过程中会排出，容易使烧结后的薄膜出现裂纹。在裂纹处，裸露的导电基底容易与电解质接触，增加暗电流的产生几率。另外，裂纹的出现也将导致单位面积上TiO₂分布质量的降低，减少染料的吸附量，对电池效率的提高不利。

因此，在保证TiO₂电极具有足够的气孔率的同时，如何减少电极裂纹是提高电池效率的一个重要途径。在文献的调研过程中，研究者通常采用降低光阳极厚度的方法来避免裂纹的产生，目前没有检索到关于电极裂纹处理方法方面的报道。本发明提出了一种简单的电极裂纹修复的新方法，使用该方法可以有效减轻甚至消除电极的微裂纹，从而提高电池效率。

【发明内容】

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，而提供一种用于染料敏化太阳电池光阳极微裂纹的修复方法。该方法简单、易行，光阳极修复后的染料敏化太阳电池效率明显提高，可促进染料电池的发展。

本发明提供的用于染料敏化太阳电池光阳极微裂纹的修复方法，其特征在于所述方法是将具有微裂纹的光阳极置于可水解的浓度为0～0.4M的钛盐或钛醇盐的水溶液中处理，再经过400～500℃烧结完成。处理后可使电极的显微裂纹明显减轻甚至消失。

本发明提供的光阳极的处理方法，操作简单易行，而且与DSC电池的制备工艺相容性强，对电极的修复效果明显，可以明显提高电池效率。

【附图说明】

图1为实施例1热处理前、后显微照片；

图2为实施例2热处理前、后显微照片；

图3为实施例3热处理前、后显微照片。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】

本发明以DSC中带有微裂纹的多孔TiO₂光阳极为处理对象，采用的钛盐或钛醇盐为：TiCl₄、TiOSO₄、Ti(SO₄)₂、Ti(OC₃H₇)₄或Ti(OC₄H₉)₄中的任意一种或几种混合的水溶液为处理介质，该水溶液的浓度为0～0.4M，温度为室温～90℃，电极处理时间为0.1～48小时。然后，将处理后的电极在400～500℃下烧结30分钟即可得到所需的光阳极。经过该方法处理过的TiO₂光阳极的微裂纹可以显著改善甚至消除，DSC的光电转化效率可以得到提高。

本发明所述方法的具体制备步骤包括：