[发明专利]一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，通过在半导体薄膜表面涂抹PEG化金纳米粒子，在近红外光照射下，使得里面的金纳米粒子吸收光能，将光能转化为热能，导致在37℃以上会熔化，熔化后经过无水乙醇冲洗，被覆盖PEG化金纳米粒子那部分薄膜可以重新浸入另一种染料。通过控制近红外光光照强度和光照时间影响空白吸附层的厚度，经过后续敏化获得多染料吸附层共敏化薄膜，以提高染料敏化太阳能电池光电转化效率。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法。

背景技术

染料敏化太阳电池(DSSC)主要是模拟光合作用原理，研制出来的一种新型太阳能电池。染料敏化太阳能电池是以价格便宜且环保无污染的纳米TiO₂和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。染料敏化太阳电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。其中，纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物TiO₂，聚集在透明导电玻璃板上作为DSSC的阴极。对电极作为还原催化剂，通常在透明导电玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米TiO₂膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质KCl。染料性能的好坏将直接决定DSSC电池的光电转换效率，理想的DSSC电池染料必须对自然太阳光具有很好的吸收特性，即能吸收大部分或者全部的入射光，其吸收光谱能与太阳能光谱很好地匹配。纯有机染料种类繁多，吸光系数高，价格低廉，且电池循环易操作。此外，使用纯有机染料还能节约稀有金属。但以往使用的单一的纯有机染料敏化太阳能电池的IPCE(单色光转换效率)和η_sum(总光电能量转换率)较低。因此，合成吸光范围更宽的染料是当今DSSC研究的新热点，使用多种纯有机染料的配合，同样使得不同染料之间可以在吸光带上互补，达到提高电池性能的目的。

共敏化的方法可以充分利用现有的染料，在同一纳米多孔半导体TiO₂薄膜上吸附不同染料，实现染料吸收优势互补，拓宽了染料敏化太阳电池吸收光谱，提高了光电转化效率。目前，共敏化的方法有很多种，例如鸡尾酒法，分开敏化法，压印法等，其中最常使用的是分开敏化法。但是在实际操作中使用分开敏化法，存在着TiO₂薄膜上部染料吸附深度难以控制的问题。因此，本发明的主要任务是寻找一种制备共敏化TiO₂薄膜的新方法，使薄膜上部染料吸附深度得以控制。本发明制备的含2个染料吸附层、染料吸附深度可控和层之间顺序可排列的宽光谱共敏化薄膜，使太阳能电池光电能量转换率得到进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，能够提高染料敏化太阳能电池光电转化效率。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，所述方法包括以下步骤，

(1)、在导电玻璃基底上制备纳米多孔半导体TiO₂薄膜；

(2)、在纳米多孔半导体TiO₂薄膜上均匀涂抹PEG-AuNPs；

(3)、将薄膜放置于近红外光下照射，使PEG-AuNPs部分熔化，得到一个没有被染料吸附的空白层；

(4)、将薄膜浸入染料A溶液，使薄膜吸附染料A；

(5)、将薄膜放置于近红外光下照射，使附着在薄膜上的PEG-AuNPs全部熔化，这样又可得到另一个染料解吸附层；

(6)、将含有染料空白层的半导体薄膜浸入第二种染料B，使染料空白层吸附染料B，得到含有2个染料吸附层的共敏化薄膜。

优选的，所述PEG-AuNPs中PEG与金纳米粒子AuNPs的体积比≥10:1，并且选用分子量为2000的PEG。