[发明专利]一种核壳结构杂化电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池纳米晶膜的研究领域，涉及在TiO₂纳米晶膜上反应直流磁控溅射沉积MgO层，制备MgO修饰的核壳结构杂化电极应用于染料敏化太阳能电池。

背景技术

N719敏化的液态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池的理论光电转换效率是14％，而目前报道的最高值只有11％左右。这是由于染料敏化纳米晶太阳能电池内存在大量的电荷复合，限制了光电转换效率的提高。经实际研究可知：采用反应直流磁控溅射在TiO₂纳米晶膜上沉积MgO层，制备TiO₂(核)—MgO(壳)(以下简称(TiO₂(MgO))核壳结构的杂化电极有利于提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

染料敏化纳米晶太阳能电池在光照条件下，TiO₂/电解质界面的电荷复合在整个电池内占主导，限制光电转换效率的提高。国内外研究者尝试引入大量的宽禁带氧化物，修饰TiO₂纳米晶膜，以减小界面复合、提高光电转换效率，取得了一定的成效。但采用反应直流磁控溅射制备TiO₂(MgO)核壳结构的杂化电极，通过提高太阳能电池的短路电流、开路电压以及填充因子来提高光电转换效率的报道还未见。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术提出采用金属Mg靶，在TiO₂纳米晶膜上反应直流磁控溅射沉积MgO层，制备TiO₂(MgO)核壳结构的杂化电极应用于染料敏化太阳能电池，该方法有利于提高染料敏化纳米晶太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子，是一种提高染料敏化纳米晶太阳能电池光电效率的有效方法。

本发明为解决上述提出问题采用的解决方案为：一种核壳结构杂化电极的制备方法，该方法的包括以下步骤：

1.以TiO₂胶体为原料采用粉末涂覆法制备TiO₂纳米晶膜。

2.在TiO₂纳米晶膜上反应直流磁控溅射沉积MgO得到TiO₂(MgO)核壳结构杂化电极。

本发明所述TiO₂胶体可以是水热法合成的也可以由购买的P₂₅粉(从Degussa AGof Germany公司购买)配制成。

对本发明制得的核壳结构杂化电极敏化，并滴加氧化还原电解质于敏化后的纳米晶膜上，加盖对电极，可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。

按上述方案中，所述的氧化还原电解质配比为：0.1MLiI，0.05MI2，0.6M1，2-dimethyl-3-n-propylimidazolium(1，2甲基-3-n-丙基咪唑碘)，0.5M4-tertbutylpyridine(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂。所用的染料为N719。

本发明上述核壳结构杂化电极包括磁控溅射沉积MgO层(壳层)和TiO₂(核层)纳米晶膜层两层，MgO层通过反应直流磁控溅射沉积于TiO₂纳米晶膜上，制得的TiO₂(MgO)核壳结构杂化电极具有良好的粗糙度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提出了反应直流磁控溅射制备TiO₂(MgO)核壳结构杂化电极的制备方法。较好的解决了染料敏化太阳能电池中TiO₂/电解质界面电荷复合大的缺点，提高了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

2.TiO₂(MgO)核壳结构杂化电极具有良好的粗糙度，MgO的修饰提高了染料敏化纳米晶太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子，使得光电转换效率大幅度提高。该方法生产工艺简单、成本低廉。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1 在6μm的TiO₂纳米晶膜上反应直流磁控溅射沉积5-20nm的MgO层，制备成TiO₂(MgO)核壳结构杂化电极。