[发明专利]染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及染料敏化太阳能电池光阳极和染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及染料敏化太阳能电池光阳极和染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池因其成本低，制备方法简单易行，而且光电转换效率相对较高，成为能缓解能源危机的重要技术之一。典型的DSSC(染料敏化太阳能电池)装置通常为一种三明治结构，金属氧化物半导体如二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、三氧化钨(WO₃)负载在导电玻璃上作为工作电极，吸附染料并传递电子；铂(Pt)薄膜作为对电极；电解质溶液扩散在两电极之间，使染料中的电子再生。自1991年Michael发明染料敏化太阳能电池以来，DSSC备受研究者的关注，目前其光电转换效率已达到了13％。然而与目前光电转换效率已达到19％的钙钛矿太阳能电池或已经产业化的硅基太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池的效率还有待提高。

DSSC的光电转换效率主要取决于三个方面：光收集效率，电荷注入效率及电荷收集效率，因此提高染料敏化太阳能电池的效率，目前采用的途径有：采用一维纳米氧化物半导体如纳米线、纳米棒和纳米管等为工作电极提高电子传输效率；制备新型电解质或对半导体电极修饰等，从而减少载流子的复合；通过合成新型染料分子、增加半导体氧化物的内表面或增加光散射等提高光吸收效率，从而提高染料敏化太阳能电池的效率。

目前常用的氧化物薄膜半导体工作电极，大多为染料敏化太阳能电池光阳极，TiO₂多孔薄膜电极作为DSSC的核心组件之一，同时发挥着支撑、吸附染料分子和传输光生电子的多重作用，薄膜电极质量的好坏能直接影响DSSC的光电性能。纯TiO₂多孔薄膜电极光电转换性能并不理想，研究者常采用各种策略来拓展多孔薄膜电极的光谱吸收范围、抑制光生电子的复合和改善光生电子的传输效率优点和缺点，这些策略包括非金属元素掺杂、金属元素掺杂、半导体复合、表面修饰与包覆、形貌设计、增加散射层等。

发明内容

基于此，有必要针对纯纯TiO₂薄膜光阳极性能不佳的问题，提供一种光电转换性能良好的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括以下步骤：

将TiO₂、过渡金属氧化物、水、分散剂、乳化剂和造孔剂混合，制得浆料，其中，TiO₂、过渡金属氧化物、水、分散剂和乳化剂的摩尔比为1～3：1：20～60：6～17：3～8，所述造孔剂的质量为TiO₂和过渡金属氧化物总质量的8％～11％；

将所述浆料涂敷在导电玻璃上，干燥后煅烧，得到半成品；及

将所述半成品在碱性溶液中处理除去所述过渡金属氧化物，干燥，得到染料敏化太阳能电池光阳极。

在其中一个实施例中，所述过渡金属氧化物为WO₃、MoO₃、MnO₂、CoO、NiO、Fe₂O₃、CuO及ZnO中至少一种。

在其中一个实施例中，所述分散剂为乙酰丙酮、冰醋酸和乙醇中的至少一种，所述乳化剂为曲拉通X-100，所述造孔剂为聚乙二醇20000。

在其中一个实施例中，所述煅烧的温度为450～500℃，所述煅烧的时间为30～60min。

在其中一个实施例中，所述碱性溶液为NaOH溶液。

在其中一个实施例中，所述NaOH溶液的浓度为2～4mol/L。

在其中一个实施例中，所述半成品在碱性溶液中处理的温度为50～80℃，时间为20～40min。

在其中一个实施例中，所述半成品在碱性溶液中处理后干燥的温度为60～100℃。

一种染料敏化太阳能电池光阳极，采用上述的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法制得。

一种染料敏化太阳能电池，包括上述的染料敏化太阳能电池光阳极。