[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

    本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

太阳能作为一种新的可持续发展的清洁能源，且在目前不断出现雾霾天气的环境下，越来越受到人们的关注。在各种薄膜太阳能电池中，染料敏化太阳能电池以其制作工艺简单、便于大规模生产、成本低廉等优点愈来愈受到广泛重视。

染料敏化纳米薄膜太阳能电池主要由以下几个部分依次组成：导电玻璃（FTO）、纳米TiO₂多孔膜、染料敏化层、电解质和对电极。在染料敏化太阳能电池中，多孔光阳极的性能对电池的性能的影响尤为重要，因此多年来关于光阳极的研究也越来越多。为实现尽可能多的吸附染料，同时实现与导电基底的牢固接触，并实现电子从染料激发态到导电衬底的传输以及电解质中氧化还原电对的有效传输，多孔光阳极的制备技术方面的研究报道较多。

目前多孔光阳极基本为叠层结构，吸收层为粒径较小的纳米TiO₂，其对太阳光的利用率不是很高。

现有技术一：

专利申请号：200810150968.7

该专利阐述了一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，采用DSSC光阳极的化学修饰法，提高染料对光阳极的敏化效果，进而提高电池转换效率，具体方法采用纳米SiO2对光阳极纳米晶进行表面修饰，官能团化，增加染料的吸附量。

该制备技术的缺点：1、纳米多孔膜的制备工艺复杂；2、通过表面修饰后，影响电池中电子的传输，使电池效率得不到提高，反而降低了效率；3、纳米多孔膜中的颗粒粒径较大，不能使颗粒间更加紧密的结合，且制备单层50μm的多孔膜很容易龟裂。

 现有技术二：

专利申请号：200510011523.7

该专利阐述了一种二氧化钛纳米晶光散射薄膜电极的制备方法。采用造孔剂与TiO₂小颗粒胶体混合的方法制备TiO₂浆料，并将TiO₂浆料涂敷在导电基底上，热处理后即可制的TiO₂纳米晶散射薄膜电极。该种纳米晶散射薄膜具有随机镶嵌分布在薄膜材料中的几百纳米空气大孔结构作为散射中心。

该制备技术的缺点：该技术只考虑了大颗粒多光的散射问题，忽略了DSSC光阳极上半导体纳米多孔膜的主要作用是电子传输，以及染料吸附的作为，而不单单是一个对光的散射作用，因此该技术制备的电池效率很低，加入的有机高分子大颗粒物质将影响电子的传输性，以及光阳极对染料的吸附性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种DSSC的光电转换效率高的染料敏化太阳能电池光阳极；

本发明的另一目的是提供上述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法；

本发明的又一目的是提供上述用于制备染料敏化太阳能电池光阳极的两种浆料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种染料敏化太阳能电池光阳极，为5层叠层结构，依次为导电基体、第一致密层、传输层、第二致密层、散射层；所述传输层厚为10~14μm；所述散射层厚为8~10μm。

优选的，所述导电基体为FTO玻璃；所述第一致密层和第二致密层均为一层致密TiO₂膜；所述传输层为纳米TiO₂多孔膜；所述散射层为含有纳米级和微米级TiO₂颗粒的散射膜。

   上述的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括如下步骤：

1）导电基底的前处理

    先用玻璃清洗剂清洗，再用丙酮超声清洗，乙醇超声清洗，最后将导电基体用去离子水冲洗干净，60℃烘干；

    2）第一致密层的形成

将清洗过的导电基体置于40mmol/L的TiCl₄水溶液中，70℃水浴处理10~30min，降至室温，取出，用去离子水冲洗，烘干，即可在导电基体上形成一层致密的TiO₂薄膜；

    3）传输层的制备

在步骤2）中得到的覆有致密层的导电基底上，采用70T~200T网目的丝网印刷权利要求4所述的传输层浆料，再投入马弗炉中进行高温烧结，烧结曲线为：125℃→350℃→400℃→450℃，在450℃下保温10~30min，即可；

    4）第二致密层的制备