[发明专利]染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法

摘要

本发明涉及染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极及其制备方法，电极包括基板、基板上附着均匀掺杂纳米金粒子的二氧化钛薄膜，下层为平板结构，上层具有周期状间隙，将包覆二氧化硅的纳米金粒子的二氧化钛浆料均匀涂覆在导电玻璃上，并烧结得到电极，在该电极上均匀沉积聚苯乙烯小球，形成周期性结构，注入混合纳米金溶液的二氧化钛前驱体，烧结去除聚苯乙烯，得到周期性结构的二氧化钛薄膜，形成了双层电极，最后将电极先后浸泡于两种不同的染料中敏化，得到染料太阳能电池的双染料敏化、纳米金掺杂的双层结构电极。本发明用于染料敏化太阳能电池中，可大幅增加电池对可见光的吸收率，提高电池的光电转换效率。

主权项

染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极，包括基板、基板上附着二氧化钛薄膜，其特征在于，所述的二氧化钛薄膜中均匀掺杂纳米金粒子，该二氧化钛薄膜为经两种不同染料先后敏化的双层结构的薄膜，下层为平板结构的二氧化钛膜层，上层为具有周期状间隙的二氧化钛膜层；染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极采用以下方法制备得到：(1)制备二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液；(2)将二氧化硅包覆的纳米金颗粒及二氧化钛浆料分散于乙醇并混合均匀，再将乙醇蒸发，得到掺杂纳米金的二氧化钛浆料；(3)将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在基板上，膜厚通过胶带控制在5～10μm，室温下干燥后进行高温烧结得到电极基体；(4)采用乳液聚合法，在隔绝空气的条件下，将反应单体苯乙烯与表面活性剂甲基丙烯酸均匀混合，在60℃‑100℃下注入引发剂过硫化钾进行反应，制备得到粒径为150nm～300nm的聚苯乙烯小球；(5)将电极基体垂直浸入到第四步制备的聚苯乙烯小球的水溶液中，在恒湿恒温条件下放置3～15天，待溶液中的水分彻底挥发，电极基体上留下了一层均匀的薄膜，该薄膜由聚苯乙烯小球均匀堆叠而成，形成了周期性晶格为面心立方的结构，薄膜厚度为3～10μm；(6)将第五步中形成的表面覆盖有聚苯乙烯小球的电极基体反复浸入到掺杂纳米金的二氧化钛前驱体中，掺杂纳米金的二氧化钛前驱体将聚苯乙烯小球的间隙完全填满，再进行高温烧结去除聚苯乙烯小球，得到了具有双层结构的二氧化钛电极基板，所述的掺杂纳米金的二氧化钛前驱体为钛酸四异丙酯、醋酸、硝酸以及包覆了二氧化硅的纳米金水溶液的混合物，其中醋酸、钛酸四异丙酯以及二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液的体积比例为1:5～10:100～200，硝酸在体系中的浓度为0.1mM～1mM；(7)将得到的具有双层结构的二氧化钛电极基板浸泡于第一种染料溶液中进行敏化，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子，再浸泡于第二种染料之中进行敏化，取出后用无水乙醇冲洗并烘干，即为染料敏化太阳能电池用掺杂纳米金的电极。