[发明专利]快速烧结大面积染料敏化太阳能电池光阳极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，尤其涉及一种快速烧结大面积染料敏化太阳能电池光阳极的方法。

背景技术

作为代替化石燃料的能源，利用了太阳光的太阳能电池受到关注，人们对其进行了各种研究。太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电转换装置，由于以太阳光作为能源，所以对地球环境的影响极小，可以得到更广泛的普及。

近年来将太阳能转化为光能的研究发展很快。应用了由染料敏化的光感应电子移动的染料敏化型太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC），近年来作为代替硅（Si）类太阳能电池等的下一代太阳能电池受到关注，并被广泛地研究。染料敏化太阳能电池（DSSC）的优点十分突出：1、制作简单，成本低；2、所使用的染料敏化剂可以在很低的光能量下达到饱和，因此可在各种光照条件下使用；3、可以在很宽的温度范围内正常工作；4、可以制成透明的产品，应用于门窗、屋顶以及汽车顶。因此它迅速成为世界各国的研究重点和热点，取得了丰富的成果，掀起了各国研究DSSC太阳能电池的热潮。

染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，是目前最有潜力的硅太阳能电池廉价替代物，它以廉价的宽带隙氧化物半导体制备成具有多孔结构、高比表面积的纳米晶薄膜，纳米晶结构的半导体薄膜是工作电极的核心，其多孔的特点和巨大的比表面积保证了对染料分子足够的吸附，同时，被吸附的染料分子跟二氧化钛纳米粒子之间形成的界面可以使电子高效的迁移，并选用适当的氧化还原电解质，利用染料来俘获太阳光。

在染料敏化电池的光阳极上，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半导体氧化物的导带内注入电子借以实现电荷分离。染料敏化电池的光阳极孔隙率越高，吸附染料越多，光照下产生的非平衡载流子密度增加，可使电阻变小，电池光电转换效率提高。

但是现有染料敏化电池的制备方法中，存在大面积光阳极烧结时间过长，高温直接取出光阳极载体极易开裂的现象，不能满足产业化生产的要求，其相关工艺还有待进一步改善和优化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种快速烧结大面积染料敏化太阳能电池光阳极的方法，从而能有效缩短烧结时间，减少光阳极载体开裂现象，使大面积光阳极烧结后形成多维网状结构提高染料吸附量，从而使电池效率达到与长时间烧结相媲美的效果。

在此，本发明提供一种快速烧结大面积染料敏化太阳能电池光阳极的方法，包括：

（1）将二氧化钛纳米颗粒、松油醇和纤维素类粘结剂以（1～2）：（0.2～0.5）：（5～9）的比例混合，并经磁力搅拌、高剪切和超声分散后得到TiO₂胶体；

（2）在洗净的导电玻璃上丝网印刷步骤（1）制得的TiO₂胶体以制得染料敏化太阳能电池的光阳极并烘干；以及

（3）将烘干的光阳极放入烧结炉中烧结，烧结的程序为：

程序一：在烧结炉中放入光阳极后，在40分钟之内将烧结炉从室温升至300～800℃并保温0～100分钟后取出光阳极冷却；或者

程序二：待烧结炉升至300～800℃后，将光阳极放入烧结炉保温0～100分钟后取出光阳极冷却，

在程序一和/或程序二中，取出光阳极时的取用工具预先加热至100～400℃。

本发明通过快速升温快速烧结，或预先升温快速烧结，并直接在高温时从烧结炉中取出光阳极，能有效缩短烧结时间，提高工作效率，而且节省能耗，降低生产成本。此外，本发明中，将取出光阳极时的取用工具预先加热至100～400℃，这样取用工具与高温玻璃接触时不会出现接触部位由于温度骤变导致开裂，又，通过使用上述方法制备光阳极中的TiO₂薄膜，可以使烧结后高温取出时薄膜不易开裂。这样，烧结后高温取出光阳极时玻璃和薄膜均不易开裂，从而可以增加由该光阳极制备的染料敏化太阳能电池的使用寿命，并且使大面积光阳极烧结后形成多维网状结构提高染料吸附量，从而使电池效率达到与长时间烧结相媲美的效果。而且，本发明提供两种烧结程序，这两种烧结程序可以达到同样的烧结结果，便于根据情况灵活选择。

在一个优选的实施方式中，在所述程序一中，升温时间优选为20分钟以下。这样可以有效缩短烧结时间，提高工作效率。

在另一个优选的实施方式中，在所述程序一中，保温时间优选为0～15分钟。这样可以有效缩短烧结时间，提高工作效率。

在另一个优选的实施方式中，在所述程序二中，保温时间优选为30分钟以下。这样可以有效缩短烧结时间，提高工作效率。