[发明专利]一种双功能染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双功能染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，属于光伏材料与器件领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池因其制作工艺简单，成本低廉而受到广泛关注。吸附在染料敏化太阳能电池光阳极上的染料在光子的激发下能产生光生电子，光阳极的比表面积越大，吸附的染料就越多，越有利于产生多的光生电子，也就能提高电池的短路电流和光电转化效率。此外，如果光阳极具有一定的光散射能力，能有效增加光在电池光阳极中的光程，增加激发染料的机会，也有利于电池短路电流的提升。电池吸收和利用太阳光的能力强烈地影响着电池的光电转化效率，所以制备比表面积高和光散射能力强的光阳极是提升染料敏化太阳能电池光电转化效率的重要途径。

国内外研究者围绕制备高比表面积和大光散射能力的光阳极展开了大量的研究，并取得了一定的成效。S. Ito等（参见S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Liska, C. Gr tzel, M. Nazeeruddin, M. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.）制备了由20纳米左右的二氧化钛颗粒构成的多孔光阳极，具有大的比表面积，能获得相对较高的光电转化效率。但该光阳极对光的散射性差，很多光直接透过光阳极，没能得到充分利用，所以还存在大的提升空间。S. Kang等（参见S. Kang, J. Kim, H. Kim, H. Koh, J. Lee, Y. Sung, Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry, 200 (2008) 294-300.）在光阳极中混入具有光散射能力的大颗粒，有效增加了光的综合利用，但大颗粒的比表面积很小，使得整个光阳极吸附染料的能力下降。Z. Wang等（参见Z. Wang, H. Kawauchi, T. Kashima, H. Arakawa, Coordination Chemistry Reviews, 248 (2004) 1381-1389.）研究了不同等级二氧化钛颗粒共混以及制备多层膜提升光阳极光散射能力，有效提高了电池的转化效率，但其使用的光散射粒子仍然是比表面积小的大颗粒，也减小了对染料的吸附。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种双功能染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，该方法制得的光阳极既可显著地提高染料敏化太阳能电池的染料吸附，又可增强其光散射性能，从而大幅提高电池光电转化效率。

本发明技术方案是：

在二氧化钛纳米晶薄膜之上涂覆一层二氧化钛微球膜，400~500℃煅烧1~2小时后制备得到TiO₂纳米晶/ TiO₂微球双层结构光阳极。

所述二氧化钛微球的粒径为300~400nm，由粒径30~40nm的二氧化钛纳米颗粒组装而成。

二氧化钛微球浆料通过球磨法制备。

如上所述的制备方法，所述TiO₂微球通过水解-溶剂热方法制备，具体为：

将0.1mol/L（摩尔/升）的KCl水溶液滴加到无水乙醇中，使KCl浓度为4×10^-5mol/L；往该溶液中滴加钛酸四丁酯，搅拌半小时，产生沉淀，静置一周；收集底部沉淀，清洗烘干后放入盛有氨水、水和乙醇溶液的水热斧中，氨水、水和乙醇的体积比为（0-0.1）：1：2，氨水的质量浓度为28%，于140-180℃保温16小时，收集、清洗，得到二氧化钛微球。

如上所述的制备方法，通过涂覆法制备二氧化钛纳米晶薄膜，二氧化钛纳米晶薄膜的浆料由水热合成制得（参见S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Liska, C. Gr tzel, M. Nazeeruddin, M. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.）；二氧化钛微球膜也通过涂覆法制备，该二氧化钛微球浆料通过球磨法制备（参见T. Ma, T. Kida, M. Akiyama, K. Inoue, S. Tsunematsu, K. Yao, H. Noma, E. Abe, Electrochemistry Communications, 5 (2003) 369-372.）。