[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池开发与利用研究领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层及其制备方法，其特征在于用喷雾器将钛源溶液（钛源与溶剂的体积比为1:1～1:10）喷出雾化到预先加热到一定温度（400～550℃）的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜上，通过热分解钛源生成二氧化钛纳米颗粒而制备光散射层。

背景技术

染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理而研制出来的一种新型太阳能电池，与目前已经商业化的硅基太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池具有理论转换效率高、原料丰富、材料稳定、制作工艺简单、成本低等诸多优点，在大面积工业化生产中具有较大的优势，被认为是最有发展潜力的太阳能电池之一。自1991年瑞士的M.教授在染料敏化太阳能电池研究取得突破性进展以来，美国、日本、欧洲等发达国家和地区都投入了大量的资金进行研发。目前，染料敏化太阳能电池的最高转换效率已经达到了13.1%。其中，由TiO₂纳米颗粒组成光阳极薄膜既是染料附着的载体，又起着关键的分离和传输电荷的作用，是染料敏化太阳能电池的核心组成部分之一。为了增大光阳极薄膜的比表面积，提高染料的吸附量，TiO₂纳米颗粒的粒径一般都比较小，约为20nm，但纳米粒子的尺寸越小，透过率就越高，反而造成了太阳光的浪费。因此，有必要在光阳极薄膜的外层制备由大粒径的TiO₂纳米颗粒所组成的散射层，将透过内层光阳极薄膜的太阳光反射回来再次被吸收利用，从而有效提高光阳极薄膜的捕光效率，提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

文献“大粒径TiO₂反射层对染料敏化太阳能电池性能改进”（无机化学学报，2008，24：2002-2006）使用大粒径的TiO₂纳米颗粒制备了散射层，提高了对光的反射率。但该散射层的制备过程复杂，首先要用有机碱四甲基氢氧化铵做胶化剂制备大粒径的TiO₂纳米颗粒，其次配制TiO₂纳米颗粒浆料，然后涂布浆料，最后还要经过高温热处理才能获得散射层。文献“Dual‐Function Scattering Layer of Submicrometer‐Sized Mesoporous TiO₂Beads for High-Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells”（Advanced Functional Material，2010，20：1301-1305）报道了一种由亚微米级别的介孔结构TiO₂纳米颗粒所组成的散射层，能够有效提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。该散射层能够在一定程度上提高光阳极薄膜的捕光效率，但制备过程仍然十分复杂，需要依次经历溶胶凝胶-水热反应-过滤提取-制浆-印刷-热处理等诸多步骤。以上及其它相关报道中，染料敏化太阳能电池光阳极薄膜散射层的制备基本要经历合成-提取-制浆-热处理的复杂步骤，因此工艺流程复杂，不利用大规模生产应用。基于本发明的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层及其制备方法，通过在光阳极薄膜上直接热分解雾化的钛源即可完成，不但大大简化工艺流程，而且能够显著提高光阳极薄膜对太阳光的吸收，提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

本发明开发了一种染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层及其制备方法，制备工艺简单、制备条件温和、成本低、所需设备简单、易于实现工业化生产。所制备的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层能够显著提高光阳极薄膜对太阳光的吸收，提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。根据本发明制备的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层，在组装染料敏化太阳能电池之后，获得了7.5%的光电转换效率，与没有制作光散射层的的染料敏化太阳能电池相比，光电转换效率提高了23%。

发明内容

本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层及其制备方法。其特征是用喷雾器将钛源溶液（钛源与溶剂的体积比为1:1～1:10）喷出雾化到预先加热到一定温度（400～550℃）的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜上，通过热分解钛源生成二氧化钛纳米颗粒而制备光散射层。根据本发明制备的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层，在组装染料敏化太阳能电池之后，获得了7.5%的光电转换效率，与没有制作光散射层的的染料敏化太阳能电池相比，光电转换效率提高了23%。

本发明提供一种染料敏化太阳能电池光阳极薄膜光散射层及其制备方法。包括以下几个步骤：