[发明专利]制备染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池材料领域，尤其涉及一种二氧化钛光阳极的制备方法。

背景技术

1991年瑞士洛桑高工(EPFL)等，利用联吡啶钌(Ⅱ)配合物染料和纳米多孔TiO2薄膜制备的染料敏化纳米薄膜太阳电池，获得了7.1%的光电转换效率。这一突破性进展为研究染料敏化纳米薄膜太阳电池开辟了新天地，特别是对未来工业化生产提供了新思路。与目前在市场上占主要地位的硅太阳电池的昂贵生产成本和复杂的制备工艺相比，该电池最吸引人的特点是其廉价的原材料和相对简单的制作工艺，且性能稳定、衰减少，具有远大的应用前景。

然而，这项光电转换技术仍未实现商业化的要求，为了实现商业化除了亟需提高其光电转换效率之外，电池的组成材料及相关工艺也还有进一步改善和优化的需要。

在染料敏化太阳能电池的二氧化钛光阳极上，光敏染料分子吸收太阳光跃迁至激发态，处于激发态的染料向二氧化钛的导带内注入电子借以实现电荷分离，是光电化学电池的基本原理。在传统的染料敏化太阳能电池制备过程中，会对二氧化钛光阳极进行两次四氯化钛处理，即对FTO进行四氯化钛处理（预处理）和对二氧化钛膜进行四氯化钛处理（后处理），为了保证二氧化钛光阳极的性能，还会在四氯化钛后处理前后对二氧化钛膜进行两次高温（≥250℃）烧结。因此，传统的染料敏化太阳能电池制备过程工序繁琐、耗时较长，还会产生大量腐蚀性的四氯化钛废液，这些均是阻碍这项光电转换技术商业化的不利因素。

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的制备方法，以制备高性能的染料敏化太阳能电池，还能够使电池生产工艺得到简化，生产成本得到降低，生产过程也更加环境友好。

在此，本发明提供一种制备染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的方法，包括：

（1）将洗净的导电玻璃浸没于四氯化钛溶液中，在25～75℃保温10～90分钟后取出，淋洗、干燥，得到经单次四氯化钛处理的导电玻璃，其中所述四氯化钛溶液的浓度为20～500mM，所述四氯化钛溶液中的溶剂为水和/或醇；

（2）在所得的经单次四氯化钛处理的导电玻璃表面涂布二氧化钛浆料后干燥，并在250～650℃下烘焙0.1～5小时以进行单次烧结，得到染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极。

本发明在光阳极制备过程中采用单次四氯化钛处理和单次高温烧结处理，使用该方法不仅可以制备高性能的染料敏化太阳能电池，还可以简化染料敏化太阳能电池光阳极的多次四氯化钛处理和多次高温烧结的工艺，加快电池的生产节拍，降低电池的生产成本，使生产过程更加环境友好，同时对电池的光电转换性能有明显提高。

较佳地，在步骤（1）中，所述醇可以为乙醇、丙醇、和异丙醇中的至少一种。

较佳地，在步骤（2）中，所述导电玻璃为掺杂氟的SnO₂。

较佳地，在步骤（2）中，所述二氧化钛浆料包含质量比为（1～2）：（0.2～0.5）：（5～9）的二氧化钛纳米颗粒、分散剂、和粘结剂。

较佳地，在步骤（2）中，所述涂布的方法包括丝网印刷法、卷对卷印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法、浸溃法、喷涂法、和凹版涂敷法。

较佳地，在步骤（2）中，所述干燥是自然干燥，或者在50～200℃干燥0.2～2小时。

较佳地，在步骤（2）中，所述烧结的气氛是大气或氧气。

本发明的有益效果：

（1）本发明提出了更易于实现量产的制备染料敏化太阳能电池光阳极的新方法，这种方法将标准方法中的两次四氯化钛处理缩减至单次四氯化钛处理，不仅简化了生产工艺、降低了生产成本，还降低了生产过程中强腐蚀性的四氯化钛溶液的排放量，使生产过程更加环境友好；

（2）本发明还将二氧化钛光阳极多次高温（≥250℃）烧结工艺简化为单次烧结，降低了生产过程的能耗；

（3）本发明中二氧化钛膜无需在四氯化钛溶液或其它具有相同功效的处理液中进行后处理，避免了二氧化钛膜在后处理过程中脱落或受到其它不良影响的情况发生，保证了染料敏化太阳能电池生产过程的良品率；

（4）利用本发明提出的方法制备的二氧化钛光阳极用于组装染料敏化太阳能电池，电池的串联电阻有明显降低，光电转换效率也有所增加。

附图说明

图1为实施例1和对比例1中制得光阳极所组装的电池在AMl.5，I000W/m²标准测试条件下测得的I-V曲线；