[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

说明书

一、技术领域

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

二、背景技术

可再生能源的开发利用是解决化石燃料危机和全球变暖的主要解决方案。到目前为止，在众多的可再生能源中，太阳能是一种取之不尽、用之不竭、清洁可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，是未来最具发展前途的新能源。自从1991年由格兰泽尔教授等第一次制备了多孔二氧化钛纳米材料的染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell,以下简称DSSC)以来，由于其具有较高的光电转换效率、低廉的成本和简单的制备方法而被认为是在可再生能源领域中最有前途的太阳能电池。通常，一个标准的染料敏化太阳能电池的光阳极包括染料敏化纳米晶二氧化钛多孔膜、对电极和电解质。

光阳极在染料敏化太阳能电池中起着非常重要的作用，是光敏化剂的载体，也是收集电子和传输电子的介质。为了提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，科研工作者们采用了不同的技术和方法，如控制二氧化钛光阳极的各种纳米结构形貌，以及提高染料对可见光和近红外光的有效吸收能力等。吸附在多孔二氧化钛表面上的染料在吸收太阳光方面起着重要的作用。但是，染料敏化太阳能电池不能有效吸收近红外和红外光，限制了电池的光子-电子转换效率。为了克服这个不足，能够将红外光转变为可见光的上转换材料引入染料敏化太阳能电池，被认为是最有潜力的解决办法，并且已经被用于该电池。目前公认的效率最高的稀土掺杂上转换发光材料为β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺。虽然关于β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺在染料敏化太阳能电池中的应用已经有很多报导，但已有的方法在工艺的复杂程度和产品性能上并不能达到令人满意的程度。三、发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种工艺简单、能更加有效改善电池的光电转换性能、提高太阳能电池的光电转换效率的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明染料敏化太阳能电池光阳极，其特点在于：是以稀土掺杂上转换发光材料与TiO₂的复合材料作为光阳极材料。其中，所述稀土掺杂上转换发光材料为β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺上转换材料。在所述复合材料中稀土掺杂上转换发光材料占TiO₂质量的2.5～20％。

上述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特点在于按如下步骤进行：

a、制备掺杂β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺的TiO₂浆料：

将β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺上转换材料与二氧化钛混合并研磨均匀，依次加入乙酸和去离子水，搅拌均匀；再依次加入无水乙醇、松油醇和乙基纤维素，最后磁力搅拌、超声分散、旋蒸，获得掺杂β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺的TiO₂浆料；

步骤a中二氧化钛、乙酸、去离子水、无水乙醇、松油醇和乙基纤维素的用量比为：0.5g：0.1mL：50μL：50mL：1.8g：0.25g；所述β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺上转换材料的质量占二氧化钛质量的2.5～20％。

b、制备β-NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺@TiO₂复合材料光阳极薄膜