[发明专利]一种柔性杂化染料敏化太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种柔性杂化染料敏化太阳电池的制备方法，尤其涉及一种柔性染料敏化太阳电池杂化光阳极的制备方法。

背景技术

充分利用太阳能是解决能源危机的重要途径之一，因此太阳电池的研发一直备受关注。在目前商品化的太阳电池市场中，无机晶体硅太阳电池占据主导地位。但是由于晶体硅的制造成本高、加工工艺复杂等问题，使得此种太阳电池的应用受到限制。自1991年Gr?tzel等发表了纳米薄膜染料敏化太阳电池（DSCs）的文章以来，染料敏化太阳电池受到了广泛的关注。与无机晶体硅太阳电池相比，染料敏化太阳电池具有制造成本低、制备工艺简单等优点，因此染料敏化太阳电池已经成为太阳电池发展的新方向。

传统的DSCs以导电玻璃为基板，存在易碎、不轻便和价格高的问题。为了解决这些问题，人们开发了柔性DSCs。柔性DSCs以轻质的高分子塑料膜为基板，不但大大减轻了电池重量，也降低了电池的制作成本。而且因其可弯曲变形，大大拓展了DSCs的应用范围，增加了电池的新用途。柔性DSCs的关键技术在于TiO₂光阳极的制备，由于塑料基板不耐高温，传统的光阳极处理方式（450℃～500℃的高温煅烧）不再适用，因此柔性DSCs的效率普遍较低。目前，常用的柔性DSCs光阳极的主要处理方式有低温烧结法，机械压膜法，水热法，微波辐射法，热液法等，其中日本的T. Yamaguchi等人采用机械压膜法制得了效率为8.1%的柔性染料敏化太阳电池[Solar Energy Materials & Solar Cells 94 (2010) 812–816]，是目前效率较高的柔性DSCs之一。

尽管各地学者在单层DSCs上做了很多努力，但是由于太阳光光谱的能量范围比较宽，任何一种染料的吸收光谱都很难与太阳光光谱相匹配，因此单层DSCs的光电转换效率提升的很少。如果可以结合几种光谱响应范围不同的染料，利用其光谱响应范围互补的性质来拓宽对太阳光的吸收，那么电池的效率将会得到一个层次的提高。目前，利用几种不同染料来拓宽光谱响应范围的叠层DSCs已有报道。日本的T. Yamaguchi等人利用N719和黑染料两种不同的染料制成了串联的叠层DSCs，其光电装换效率达到了10.4%，而单层的N719敏化的电池效率仅为6.0% [Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009) 733–736]。然而这种叠层电池通常是将几种不同染料敏化的电池并联或串联叠加在一起，太阳光必须要穿透上层电池才能到达下一层，因此当太阳光到达底层时势必会损失掉很多。而

且此种电池增加了电池的重量，其制作成本也提高，不利于产业化的生产与普及。

本发明人为了解决上述所出现的问题，对太阳能电池进行了研究发明，目前，小面积的DSCs在实验室的光电转换效率已经超过11%，为染料敏化太阳电池产业化研究奠定了基础。

发明内容

本发明的目的在于解决能源问题，以及其他太阳能电池带来的一系列弊端，发明了利用两种光谱响应范围不同的染料对两层TiO₂光阳极分别进行敏化，得到柔性杂化光阳极，将杂化光阳极与对电极封装在一起并灌入电解质从而制作成柔性杂化染料敏化太阳电池。

为实现上述目的本发明的技术方案如下：

一种柔性杂化染料敏化太阳电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 以柔性材料为基底，并对基底材料进行清洗；

(2) 配置TiO₂浆料：将TiO₂纳米颗粒均匀分散在溶剂中，配置成TiO₂浆料；

(3) 将TiO₂浆料均匀涂覆到基片上，自然晾干后，进行低温处理，得到光阳极；

(4) 将处理好的光阳极浸入到在可见光区域有较强吸收的染料中进行敏化，敏化好后取出，用无水乙醇冲洗并干燥；

（5）在敏化好的光阳极上再次均匀涂覆一层TiO₂浆料，自然晾干后进行低温处理；

（6）将（5）中所制得的光阳极浸入光谱响应范围较宽，在近红外有较强吸收的染料中进行敏化，敏化好后取出。得到柔性杂化光阳极；

（7）将柔性杂化光阳极与柔性的涂覆有催化剂的对电极封装在一起并灌入电解质从而制作成柔性杂化染料敏化太阳电池。

柔性材料为导电的透明高分子塑料膜，如导电的PET、PEN、PI等。

溶剂是低沸点的单一或混合溶液，如水、乙醇、叔丁醇的单一或混合溶液。