[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，涉及到一种用于染料敏化太阳能电池光阳极的二氧化钛浆料的制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池作为一种新型太阳能电池，具有成本低，制备工艺简单等特点，有望成为新一代产业化电池。目前，染料太阳能电池光电转换效率达到11％，其光阳极主要制备方法为首先将经过乙酸处理后的二氧化钛纳米颗粒直接加入到松油醇和乙基纤维素有机添加剂中制得浆料，然后采用丝网印刷法将浆料印刷在导电玻璃上，经过烧结处理后，再在TiCl₄溶液中浸泡处理，然后烧结得到光阳极。这种方法的缺点在于二氧化钛纳米颗粒较容易团聚，电极需要经过两次烧结处理，工艺较复杂，浪费能源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，该方法既能减少纳米颗粒的团聚，使颗粒的粒度保持在纳米范围之内，也能避免电极多次烧结后纳米颗粒比表面积降低造成染料吸附量下降。

本发明提供的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：通过以下步骤实现：

第1步将有机钛酸盐溶于聚乙二醇(固态)和乙醇混合溶液中，搅拌使其稳定化，得到有机钛酸盐溶液；聚乙二醇和乙醇质量比为1/25-2/25，有机钛酸盐在所述混合溶液中的浓度是1.0-5.0mol/L；

第2步往纳米二氧化钛中加入分散剂、有机溶剂，研磨，得到分散的二氧化钛混合液；所述分散剂为乙酸或乙酰丙酮，有机溶剂是乙醇或异丙醇，二氧化钛混合液中分散剂、有机溶剂的体积比为1∶8-3∶8，每克二氧化钛对应加入分散剂与溶剂的总量为1.0-2.0ml。

第3步按体积比为1∶1-3∶1的比例将有机钛酸盐溶液加入二氧化钛混合液中，搅拌，得到二氧化钛与有机钛酸盐的混合溶液；

第4步将有机添加剂加入到第3步的所述混合溶液中，搅拌，配置成二氧化钛浆料；有机添加剂为松油醇(液态)和乙基纤维素(固态)的乙醇溶液。二氧化钛浆料中混合溶液、松油醇和乙基纤维素的乙醇溶液三者之间体积比为：1∶(0.8-1.2)∶(1.0-1.5)；而乙基纤维素的乙醇溶液中乙基纤维素与乙醇的质量比为1∶10-1∶8。

第5步将二氧化钛浆料涂覆在洗净的导电玻璃上，烧结处理后得到光阳极。

上述技术方案可以采用下述一种或几种方式进行改进：第1步中所述的有机钛酸盐是钛酸异丙酯或钛酸丁酯；第1步中所述聚乙二醇溶液溶质是PEG20,000(聚乙二醇20,000)，溶液是乙醇或异丙醇，聚乙二醇溶液浓度为0.05g/ml；纳米二氧化钛优选P25((粒度在25nm以下的二氧化钛颗粒))或水热法制备的二氧化钛颗粒。第2步中所述研磨时间是10min-2h；第4步中所述搅拌时间为10min-2h。

染料敏化太阳能电池使用寿命长；结构简单、易于制造，生产工艺简单，生产成本较低，易于大规模工业化生产。与现有的技术相比，聚乙二醇和钛酸盐混合体包覆在纳米二氧化钛表面能减少小纳米二氧化钛和添加剂之间的水溶性差别，从而减小纳米颗粒团聚现象。另一方面，钛酸盐包覆在纳米二氧化钛表面，经过一次烧结处理之后形成一种类似TiCl₄处理之后留下的二氧化钛膜，有效地避免多次热处理造成的纳米颗粒比表面积降低和能源上的浪费。

本发明的特点是浆料中纳米二氧化钛的分散好，经过涂膜烧结后电极内部介孔均匀，电极表面无裂纹，同时将省去TiCl₄处理后工艺，不但节约能源，而且避免了电极多次烧结后纳米颗粒比表面积降低造成染料吸附量下降。

具体实施方式

本发明首先用表面分散剂将纳米二氧化钛分散，然后将用钛酸有机盐和聚乙二醇配置的混合液将纳米二氧化钛颗粒包覆起来，再添加一定量的有机添加剂作为填充剂后形成光阳极浆料，最后经过涂膜及高温烧结制成高效无裂纹的二氧化钛光阳极。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实例1：

(1)将0.25g聚乙二醇20,000加入到5ml乙醇在40℃水浴下待其溶解。然后加入1.42g钛酸异丙酯，搅拌1h得到5ml浓度为1.0mol/L稳定状态的钛酸盐溶液。

(2)往2g P25中加入0.5ml乙酸和2ml乙醇，研磨2h得到2.5ml的二氧化钛混合液。

(3)将(1)得到稳定化钛酸盐溶液倒入(2)中得到的7.5ml二氧化钛混合液中，搅拌。