[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

本发明涉及一种具有高光电转化效率的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。更具体地，本发明涉及在涂覆氧化钛颗粒前后用不含氯的过氧化钛溶胶两次处理光阳极的方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是目前人类急需解决的两大问题。一方面我们需要节能，减少能源的消耗，并且尽可能的使用可再生的清洁能源；另一方面我们必须减少污染物的排放，消除环境污染。太阳光是清洁能源，如何把太阳光转化成我们方便使用的能源以及利用太阳光消除环境污染成为研究的热点。半导体功能材料在吸收和利用太阳光方面有着独特的优势。例如利用锐钛型氧化钛可以制成染料敏化电池，把太阳光转换成我们方便使用的电能。

染料敏化太阳能电池(DSSC)的关键组分是染料敏化的纳米晶构成的氧化钛光阳极，这种结构通常由印刷在导电玻璃(FTO)表面的纳米尺寸氧化钛颗粒组成的薄膜。目前，由氧化钛纳米晶构成的这种光阳极光电转换效率低，主要是因为：(1)纳米颗粒间的晶界而导致的扩散系数过低，导致载流子迁移率低；(2)在FTO与电解质界面，SnO₂内的光生电子与电解质中的I^3-离子发生的剧烈复合。为了克服光阳极的以上两种缺点，必须对光阳极进行修饰以提高其光电转换效率，用于修饰光阳极的材料主要有TiO₂、Nb₂O₅、SiO₂、Al₂O₃和Ga₂O₃等。P.M.Sommeling,B.C.O’Regan等报道了用TiCl₄水解的方法修饰氧化钛，光电转化效率从4.3%提高到了5.1%(J.Phys.Chem.B,2006,110(39),第19191-19197页)，这种方法使效率有一定的提升，但是引入了大量氯离子杂质，而且薄膜疏松，多缺陷，易形成金红石晶相，造成氧化钛能带结构的不利改变。A.Zaban等报道了用提拉法将Nb₂O₅修饰到氧化钛颗粒表面的方法，光电转化效率从3.6%提升到5%(Chem.Mater.2001,13(12),第4629–4634页)，但是氧化铌成本过高，而且其效率也很难以超越氧化钛。M.等报道了原子层沉积的方法在氧化钛颗粒表面沉积了不同厚度的Ga₂O₃，使光电转化效率从1.4%提升到4%(Nano Lett.,2012,12(8),第3941–3947页)，但是这种方法设备昂贵，产率低，并且难以达到更高的绝对效率。Nam-Gyu Park等采用旋涂法将钛醇盐涂布于FTO表面，使光电转化效率从0.002%提升到了0.304%(Journal ofElectroanalytical Chemistry，2010，638(1)，第161-166页)，但是其绝对效率太低而且钛醇盐成本很高，不符合实际生产的需求。

本发明中我们采用低成本、更加纯净的过氧化钛溶胶(不含氯)，通过溶胶-凝胶机理取代TiCl₄水解法。制成的薄膜更均匀致密，能有效防止复合，提升电导率，而且不产生金红石相使光电转化效率从5.68%提升到了7.33%，作为对照，全部采用TiCl₄水解法的修饰的光电极光电转化效率只能从5.68%升高到6.75%。

发明内容

在本发明的一个方面，提供一种制备具有高转化效率染料敏化太阳能电池光阳极的方法，该方法包括：在导电玻璃上涂覆过氧化钛溶胶，进行干燥，形成过氧化钛膜；在所述过氧化钛膜上涂覆氧化钛颗粒，进行热处理，形成过氧化钛颗粒膜；在所述氧化钛颗粒膜上涂覆过氧化钛溶胶，进行干燥和热处理，形成过氧化钛膜。

在本发明的另一方面，提供由本发明方法制备的具有高转化效率的染料敏化太阳能电池光阳极，其包括导电玻璃，设置在该导电玻璃上的过氧化钛膜，设置在该过氧化钛膜上的氧化钛颗粒膜，以及设置在该氧化钛颗粒膜上的过氧化钛膜。

在本发明的又一方面，提供使用本发明方法制备的光阳极的染料敏化太阳能电池。

附图说明

在以下具体实施方式和实施例中，结合以下附图对本发明的优选技术方案进行描述。

图1为不同浓度的过氧化钛溶胶的数码照片。

图2为实施例5的伏安特性曲线。

图3为实施例5的扫描电镜照片。

图4是实施例5的透射电镜照片。

图5为不同修饰方法制成的光阳极阻抗谱。