[发明专利]一种基于光散射锌基薄膜的敏化电池大面积化制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及到一种高光散射性能的氧化锌聚集体薄膜的大面积化制备方法，特别涉及一种高光散射性能的锌基染料敏化太阳能电池的大面积化制备方法。

背景技术

随着人类对能源需求的飞速增长，能源危机和环境污染成为急待解决的严重问题。太阳能光伏转换作为一种开发利用太阳能的重要方式而备受人们关注。染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells，简称DSCs)作为新一代太阳能电池，由于其廉价的生产成本、易于工业化生产的工艺技术以及广阔的应用前景，成为近年来国内外研究的热点，许多研究者一直致力于改进这类电池的光伏性能和稳定性。经过10多年的努力，利用纳米晶TiO₂做光电材料的DSCs的光电转化效率已由7.1％提高至12％，具有实用化意义的大面积电池也有一定的突破，逐渐完善成具有商业应用前景的DSC电池，因此，对染料敏化太阳能电池的大面积化的研究对于加快其产业化步伐具有重要的意义。

在DSCs的光阳极材料研究中，ZnO优越的光电子迁移性能、形貌结构易于控制等特点使其成为最有可能取代TiO₂的材料，受到了广泛的关注。近年来，对ZnO的研究主要集中在纳米颗粒、一维纳米材料如纳米线、纳米管、纳米片上。最近，Zhang等人(Zhang Q.，et al，Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，2402)采用溶剂热法制备出一种能有效产生光散射作用ZnO聚集体材料，发现这种分级多孔结构的聚集体既保持较大的比表面积，同时又由于聚集体结构对入射光产生散射作用，延长了光线传输路径，使入射光被多次吸收利用从而更有效的捕获光子，将其引入到染料敏化太阳能电池(DSCs)中达到了5.4％的光电转换效率，远超ZnO纳米晶薄膜的1.5-2.4％[Lee W.J.，et al，Jpn.J.Appl.Phys.Partl，2004，43，152.]以及ZnO纳米线的0.5-1.5％[Pasquier A.D.，Chen H.H.，Lu Y.C.Appl.Phys.Lett.，2006，89，253513]。

但是，通过查阅国内外相关期刊文献，发现当前的大面积染料敏化太阳能电池光阳极均是应用纳米级的TiO₂多孔薄膜，对基于ZnO的大面积染料敏化太阳能电池的报道还是一个空白。同时，相关专利里大面积染料敏化太阳能电池的制备方法涉及到的氧化锌半导体材料也都限制在纳米级的ZnO多孔膜。氧化锌聚集体材料虽然已被证实拥有大的比表面积以及高的光散射性能，并在小面积的染料敏化太阳能电池上表现出优越的性能。但是该微米/亚微米级结构材料却始终没有被合理有效地引入大面积薄膜材料的制备及应用领域，在大面积太阳能电池的应用上更是形成了一个空缺。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光散射的氧化锌聚集体薄膜的大面积化制备方法，并将具有高散射性能的微米/亚微米级的聚集体薄膜作为大面积染料敏化太阳能电池的光阳极材料，与现有技术相比，这种具有聚集体薄膜同时具有大的比表面积及高的光散射性能两方面优点，可制备具有高的转换效率的大面积DSCs，从而促进染料敏化太阳能电池的产业化步伐。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种光散射锌基染料敏化太阳能电池的大面积制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备ZnO聚集体浆料

采用多种合成方法可合成具有不同形貌的ZnO聚集体，如：水热合成法、声化学法、溶胶凝胶法、化学气相沉积等合成微米/亚微米级的具有高的光散射性能的ZnO聚集体。微米/亚微米级的具有高的光散射性能的ZnO聚集体经水洗或者醇洗并干燥得到氧化锌聚集体粉体，将得到的氧化锌粉体与一定量的乙基纤维素、松油醇混合于无水乙醇中，利用旋转蒸发去除乙醇溶液得到适合丝网印刷的氧化锌浆料。其中，半导体粉体、乙基纤维素和松油醇混合的浆料中半导体粉体的质量分数为18～50％，乙基纤维素和松油醇的质量比为1∶9～1∶15。

(2)光阳极的制备

通过丝网印刷在透明基板的导电膜上印刷金属浆料成U形或锯齿状，经烧结制成低电阻的金属电极，该金属电极起到收集电子或者根据需要将光阳极膜串联/并联的作用。利用丝网印刷技术将步骤(1)制备的ZnO聚集体浆料涂敷到金属电极的U形或锯齿内，经烧结制成大面积的光散射锌基薄膜，烧结过程控制温度在200至500℃之间烧结1～3小时。然后在染料中浸泡进行敏化，得到吸附染料的氧化锌光阳极。

(3)对电极制备