[发明专利]一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池领域，尤其涉及一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

从1954年美国贝尔实验室发明太阳能电池以来，人们对太阳能的利用在不断的提高，其光电转化率也随之提高。瑞士洛桑联邦理工学院的教授于1991年在《自然》（Nature）上发表的染料敏化太阳能电池制备方法，引起国内外相关学者对该技术广泛关注。这种有机薄膜电池与传统晶体电池相比制作成本更低、制备工艺更简易、污染性更少，而且其理论光伏转化效率可达31%。因此该技术具有较开阔的发展前景。

染料敏化太阳能电池发电原理类似于植物的光和作用，其结构又类似于三明治叠层结构，即在两导电基底之间依次分布多孔TiO₂薄膜、有机染料、电解液以及铂薄膜层。入射光激发染料产生的电子-空穴对，电子通过TiO₂导带注入到导电基底由外部导线引出经过负载回到对电极。被激发的染料在电解液中得到还原，完成一次光伏发电。

目前已有文献报道的染料敏化太阳能电池实验室转换率仅达为12%左右，远低于传统晶体硅电池的20%以上。影响染料敏化太阳能电池光伏转化率的因素较多，其中TiO₂导带能级与染料最低未占有轨道能级匹配度影响受激发的染料释放的电子能不能更多的注入到TiO₂导带能级，而不会回流至电解液中与其释放的空穴复合。如果TiO₂导带能级与染料最低未占有轨道能级匹配度较低，使得光成电子过多的与光生空穴复合，造成光伏损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高光电转换效率的染料敏化太阳能电池的制备方法以及利用该方法制备的染料敏化太阳能电池，该方法利用离子注入技术产生光生电子-空穴浅俘获势阱，在TiO₂导带与价带之间形成新能级，提高TiO₂导带与染料最低未占有轨道能级的匹配度；从而使利用该方法制备的太阳能电池具有较高的光电转化率。

为了达到上述目的，本发明提出了一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

a. 清洗光阳极基底；

b. 制备光吸收层；

c. 对经步骤b处理后的光阳极进行第一次热处理；

d. 将金属离子注入到经步骤c处理后的光阳极，完成对光阳极的离子注入改性，所述离子注入改性为Cu/ TiO₂改性或Zn/ TiO₂改性或Fe/ TiO₂改性；

e. 对经离子注入改性后的光阳极进行第二次热处理；

f. 制备对电极；

g.将步骤f制备的对电极与步骤e制备的光阳极对接，封装制得染料敏化太阳能电池。

上述经离子注入处理的染料敏化太阳能电池的制备方法，所述步骤a中清洗光阳极基底是指将所述溅射有第一掺氟SnO₂导电层的光阳极基底一侧在超声清洗器内将所述光阳极基底依次使用去离子水、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。

上述经离子注入处理的染料敏化太阳能电池的制备方法，所述步骤b中制备光吸收层是指将已配制好的20nm TiO2料浆和20nm与200nm TiO₂混合浆料丝网印刷于所述光阳极的第一掺氟SnO₂导电层表面，通过均化、干燥工艺形成厚度为14～16μm的纳米透明TiO₂膜层和TiO₂混合层，在TiO₂混合层之上再丝网印刷一层400nm TiO₂散射层形成光阳极光吸收层。

上述经离子注入处理的染料敏化太阳能电池的制备方法，所述步骤c中对光阳极进行第一次热处理是指将经步骤b处理后的光阳极置于气氛炉内，在325℃下保温5～10分钟后升至375℃保温5～10分钟，再升温到450℃保温10～15分钟，最后将温度升至500℃并保温10～15分钟，完成所述光阳极的制备。