[发明专利]一种通过双方向扩散技术制备共敏化薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种通过双方向扩散技术制备共敏化薄膜的方法，所述方法包括以下步骤，(1)、在导电玻璃基底上刻一个回型槽；(2)、在回型槽内填入聚乙烯；(3)、在上述的导电玻璃上制备纳米多孔半导体薄膜；(4)、把导电玻璃放入马弗炉内烧结；(5)、在烧结好的导电玻璃上往回型槽内注入染料a；(6)、待其吸附完成后再往回型槽内注入玻璃修复树脂，并使其固化，使树脂完全取代玻璃间隙中的空气，实现玻璃和树脂完全粘结成一个整体；(7)、在把已经吸附了染料a的半导体薄膜浸入第二种染料b溶液中，制得共敏化薄膜。本发明能够得到含有多个染料吸附层且每个吸附层的染料分子之间互不干扰。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种通过双方向扩散技术制备共敏化薄膜的方法。

背景技术

太阳能光伏发电为能源短缺和非可再生能源消耗所引起的环境问题提供了一个很好的解决途径，而作为发电元件的太阳能电池，也得到了研究人员的广泛关注。太阳能电池种类繁多，但由于染料敏化太阳能电池由于其成本低(仅为硅系太阳电池的1/5-1/10)、无毒、无污染、理论转换效率高、制备工艺简单，吸引了人们的目光。并且作为一种新型的太阳能电池，DSSC电池的工作原理完全有别于传统太阳能电池，成为目前研究的热点。

DSSC电池初期研究中，其转换效率极低，主要是由于光阳极薄膜吸附的能产生光生电子的光敏化剂量较少。当时，光阳极薄膜主要采用致密薄膜，其比表面积非常小，导致对光敏化剂的吸附量也很小。自1991年，瑞士洛桑高等工业学院M.Gratzel教授为首的研究小组，使用尺寸为纳米级的TIO2颗粒组成的多孔半导体薄膜作为吸附光敏化剂的材料,此种薄膜具有极大的比表面积，解决了致密薄膜染料吸附量少的问题。染料敏化太阳电池涉及一种多相光电化学体系，主要由导电玻璃、纳米多孔半导体薄膜、染料敏化试剂、氧化还原电解质和铂对电极组成“三明治”结构。这几个部件中，表面吸附染料的半导体薄膜(敏化薄膜)是电池实现光电能量转化的核心部件。光电子的产生，传输，再结合等重要的光电能源转换过程都是由动态学决定的，并且决定着电池的光电转换效率高低。如何制备一种高性能的敏化薄膜一直是染料敏化太阳能电池领域的重点关注对象。吸收光谱是影响染料敏化太阳电池性能的一个重要因素，半导体薄膜只吸收太阳光谱中的紫外部分，所以吸附半导体薄膜表面的染料性能决定了敏化薄膜的吸收范围和强度。由于每一种染料只能吸收特定波长范围内的光，目前为止还没有找到一种染料可以较强的吸收从可见光区直至红外光区范围的光。但是现有的技术都是将不同的染料吸在薄膜的同一面上，然而不同染料之间的吸附定会受到不同程度的影响。例如常用的N749染料在400～700nm短波区吸收较强而在700～900nm的长波段吸收较弱。所以700nm波段以上的入射光大部分不能被吸收而直接透过敏化薄膜，造成光能的直接损失。如果能够增加一种在400～700nm短波区吸收较弱而700～900nm的长波段吸收较强的染料，那么这两种染料构成的共敏化薄膜将在400～900nm波段大大提高对光的吸收利用，电池效率也将进一步得到提升。共敏化的方法能够充分利用现有的染料，将几种不同种类的染料吸附在同一薄膜上实现染料吸收优势互补，使得染料敏化太阳电池吸收光谱变宽，光电转化效率提高，已经成为染料敏化太阳电池领域一个研究热点。

共敏化薄膜制备难点在于如何能为每种染料提供一个半导体薄膜空白层同时又不能影响不同种染料的吸附量。但是现有的技术都是将半导体薄膜浸泡在染料溶液中，这种方法只是被动的单方向的控制染料的吸附，不仅造成了染料分子之间的占位、吸附量和染料分子之间相互影响的矛盾，而且此方法很难制备含有2个以上染料吸附层的共敏化薄膜。因此，寻找制备共敏化薄膜新方法仍是此领域的首要任务。本发明制备的含2个染料吸附层，通过双方向扩散染料，将不同的染料吸附在同一纳米半导体薄膜的不同面上，宽光谱共敏化薄膜可以为染料敏化太阳电池提供一个强壮“心脏”，使电池光电转换效率得到进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种通过双方向扩散技术制备共敏化薄膜的方法，能够得到含有多个染料吸附层且每个吸附层的染料分子之间互不干扰。