[发明专利]一种染料敏化太阳能电池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Al₂O₃层，制备Al₂O₃修饰的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，限制了电池光电转换效率的提高。

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。Y.Diamant等人(参见Y.Diamant，S.Chappel，S.G.Chen，O.Melamed，A.Zaban.Coordination ChemistryReviews 248(2004)1271)采用化学法制备Al₂O₃修饰的TiO₂纳米晶膜，改善了电池的开路电压，但降低了短路电流，一定程度上提高了电池的效率。而采用反应直流磁控溅射，通过在TiO₂纳米晶膜表面沉积碱性Al₂O₃电绝缘层来制备TiO₂(Al₂O₃)杂化电极(锐钛矿相TiO₂的pH＝6.2，Al₂O₃的pH＝9)，同时改善电池的短路电流、开路电压和填充因子，提高光电转换效率的研究目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池杂化电极的制备方法，该方法可以同时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。

本发明技术方案是：一种染料敏化太阳能电池杂化电极的制备方法，其特征在于：在TiO₂纳米晶膜上反应直流磁控溅射沉积Al₂O₃层，制备TiO₂(Al₂O₃)杂化电极。

如上所述的染料敏化太阳能电池杂化电极的制备方法，其特征在于：控制磁控溅射参数，使TiO₂纳米晶膜沉积的Al₂O₃层为5-50nm。

如上所述的染料敏化太阳能电池杂化电极的制备方法，其特征在于：以TiO₂胶体为原料制备TiO₂纳米晶膜；所述TiO₂胶体由水热法合成的或由购买的P₂₅粉配制成。

对本发明制得的杂化电极敏化，并滴加氧化还原电解质于敏化后的杂化电极上，加盖对电极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。

本发明的杂化电极包括磁控溅射沉积Al₂O₃层和TiO₂纳米晶膜层两层，Al₂O₃层通过反应直流磁控溅射沉积于TiO₂纳米晶膜上，磁控溅射制备的TiO₂(Al₂O₃)杂化电极具有良好光电活性和粗糙度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提出了一种制备染料敏化太阳能电池杂化电极的方法。磁控溅射法制备的TiO₂(Al₂O₃)杂化电极较好的解决了染料敏化太阳能电池中TiO₂/染料/电解质界面电荷复合大的缺点。