[发明专利]强磁场下制备染料敏化太阳能电池中光阳极的方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种在强磁场下制备染料敏化太阳能电池中光阳极的方法。

背景技术

新能源取代传统能源发展趋势已不可避免，其中对太阳能的利用已成为新能源的发展热点，近二十年发展起来的第三代太阳能电池——染料敏化太阳能电池（DSSC），更是薄膜电池中发展的佼佼者。与目前处于主导地位的晶体硅太阳能电池相比，DSSC结构及生产工艺简单，易于大规模工业化生产，制备生产工艺中无毒无污染，且成本较低，预计只有晶体硅电池的1/10～1/5，制备电池能耗较少，能源回收周期短。

染料敏化太阳能电池主要包括光阳极、对电极、电极之间的电解质和封装材料。在染料敏化太阳能电池中，受到光激发的光敏染料产生的超快速光生电子注入氧化钛的导带并在随后的染料再生过程中将光生空穴经氧化钛传导至电流收集器，从而完成光-电转换的全过程。在这一过程中，光阳极中的氧化钛活性涂层是一种关键的电荷传导物质。目前，制备纳米氧化钛涂层材料的方法一般多采用丝网印刷法将纳米氧化钛溶胶涂覆于基材表面并进行高温烧结，其优点是工艺稳定，容易进行大面积涂覆，形成的膜较均匀，而且可以控制膜厚，具备适合工业化生产的特点，但是，通过常规的高温烧结法制备光阳极的氧化钛薄膜存在表面平整度不高，致密性不好的缺陷。

近年来，磁场强度超过10T的超导强磁场的应用已受到人们的广泛关注，强磁场因其超强的磁化作用，可以使得非铁磁性物质也能显示出内禀磁性，如水塑料、木材等可在强磁场中悬浮。与普通磁场作用于宏观的物体不同，强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生深远的影响。强磁场在材料制备中能控制材料在晶体生长过程中的形态、大小、分布和取向等等。从而影响材料的组织结构，最终获得具有优良性能的新材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的高温烧结法制备的光阳极氧化钛薄膜存在表面平整度不高，致密性不好的问题，进而提供了一种在强磁场下染料敏化太阳能电池中光阳极的制备方法，从而提高光阳极中二氧化钛薄膜的结晶质量，实现光能转化率的提高。

本发明的技术方案是：强磁场下制备染料敏化太阳能电池中光阳极的方法，包括如下步骤：

（a）清洗：清洗导电玻璃；

（b）制备TiO₂纳米透明层：采用丝网印刷法将TiO₂料浆涂覆于所述导电玻璃表面制备TiO₂纳米透明层；

（c）制备TiO₂光散射层：在所述TiO₂纳米透明层上再丝网印刷一层TiO₂光散射层；其特征在于：还包括如下步骤

（d）把印制好TiO₂薄膜的导电玻璃放入1~14T强磁场作用下的气氛炉内，通入氧气，气氛炉内气压为3~5kpa，随后升温至450℃~480℃高温烧结处理30~40分钟，使用TiCl₄溶液处理所述导电玻璃，经烘干后制得光阳极。

进一步优选地，步骤（d）中把印制好TiO₂薄膜的导电玻璃放入10T强磁场作用下的气氛炉内，通入氧气，气氛炉内气压为5kpa，随后升温至480℃高温烧结处理30分钟，使用TiCl₄溶液处理所述导电玻璃，经烘干后制得光阳极。

进一步优选地，步骤（a）中，将导电玻璃在超声清洗器内依次使用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗10分钟，在烘干箱内烘干后置于浓度为40 mmol/L 的TiCl₄溶液中浸泡，水浴加热至70℃下浸泡30分钟后，取出烘干，将处理后的导电玻璃置于气氛炉内，在320℃下保温10分钟后升至380℃保温10分钟，再升温到455℃保温15分钟，最后将温度升至500℃并保温15分钟。

进一步优选地，步骤（b）中，将已配制好的25nm TiO₂料浆涂覆于经步骤（a）处理后的导电玻璃的表面，通过均化、干燥工艺形成厚度为14μm的纳米透明TiO₂膜层。

进一步优选地，步骤（c）中，在涂覆有纳米透明TiO₂膜层的导电玻璃之上再丝网印刷一层400nm TiO₂，通过均化、干燥工艺形成厚度为12μm的散射层。