[发明专利]一种提高二氧化钛基染料敏化太阳能电池性能的阳极处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高二氧化钛基染料敏化太阳能电池性能的阳极处理方法。

技术背景

随着当今世界能源危机的加深及环保意识的加强，风能和太阳能等清洁型新能源的探索研究越来越受到人们的重视。染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，与目前市场上所售的硅太阳能电池相比，该类电池具有成本低，制作工艺简单等优点。但是由于目前该类电池的光电转化效率还无法与传统的硅太阳能电池抗衡，所以采用某些新技术来提高它的光电转换性能是目前迫切需要解决的问题。阳极材料的开发是其中一个非常重要的研究方向，如对材料组成、纳米结构的设计，以及后续的阳极处理技术。在所有的阳极材料中，二氧化钛是被公认为目前具有最高光电转换效率的阳极材料，通常对二氧化钛阳极材料进行表面处理，可以提高太阳能电池的光电转换效率。传统的阳极处理方法一般是采用四氯化钛溶液对阳极材料进行表面处理。众所周知，四氯化钛是一种危险且反应剧烈的化学试剂。这种试剂在空气中会散发强烈的烟雾，用蒸馏水稀释四氯化钛的反应非常剧烈，必须在通风橱内冰浴中进行，操作相当麻烦且须极其谨慎。很多科研工作者都是采用在冰浴中配制四氯化钛溶液，且一般用冰箱保存(如J.Am.Chem.Soc.2009，131，3985-3990；Prog.Photovolt：Res.Appl.2006，14，589-601)。为了既能提高太阳能电池的性能，又能够安全方便地操作，本发明提出一种新的二氧化钛基染料敏化太阳能电池阳极处理方法，通过采用一种温和、易操作的三氯化钛试剂作为阳极的表面处理试剂，对太阳能电池阳极进行处理，可以明显提高太阳能电池的性能。该试剂与水的稀释可在室温下操作，无剧烈反应，无大量刺激性气体挥发。一般化学品公司都有三氯化钛销售，价格还略低于四氯化钛。此外，该阳极处理技术适用范围广，电池性能显著提高，是染料敏化太阳能电池阳极处理技术的又一候选方法。

发明内容

本发明的一个目的是根据目前国内外染料敏化太阳能电池的研究现状，考虑到该类电池较低于硅类太阳能电池的光电转换效率，提供一种新型的电池阳极处理方法，从而在一定程度上提高染料敏化太阳能电池的光电性能。

本发明的另一个目的是针对目前国内外传统染料敏化太阳能电池阳极处理方法的缺点，提供一种新的染料敏化太阳能电池阳极处理方法，使用一种性质温和、价格低廉的试剂对太阳能电池进行阳极处理。该方法简单易操作，危险性低，应用性广，效果显著。采用本方法可使得染料敏化太阳能电池的光电转换效率提高5％～25％，短路电流提高5％～30％。

实现本发明目的的技术方案是：

一种提高二氧化钛基染料敏化太阳能电池性能的阳极处理方法，其特征在于：所述的阳极是以硫酸钛和尿素水热合成的TiO₂，研磨成细粉后，与蒸馏水和聚乙二醇-20000配成浆料涂于清洗后的FTO玻璃表面(FTO玻璃是掺杂氟的SnO₂导电玻璃(SnO₂:F)，简称为FTO)，干燥，煅烧后得到的二氧化钛基染料敏化太阳能电池的阳极；其阳极处理方法，采用三氯化钛作为处理试剂进行处理，将上述所得的二氧化钛基染料敏化太阳能电池的阳极置于预热并冷却后的TiCl₃稀溶液中，TiCl₃浓度为0.01～0.9mol/L，保温10-100分钟后取出干燥，煅烧冷却后即得到光电性能提高的二氧化钛基染料敏化太阳能电池阳极。

所述的二氧化钛基染料敏化太阳能电池阳极的制备是，将硫酸钛溶于蒸馏水中，再加入尿素，尿素与硫酸钛的摩尔比为2，搅拌至溶液澄清后，将混合溶液转入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，密封后在恒温干燥箱中200℃加热保温6小时；待反应釜冷却到室温后，将所得的沉淀用蒸馏水和乙醇分别洗涤3次以上，然后在干燥箱中于70℃下干燥，研磨后得二氧化钛粉末；将所得二氧化钛粉末和蒸馏水、聚乙二醇-20000按质量分数比为1∶4∶0.2研磨混合均匀后，用刮刀法将浆料涂于清洗后的FTO玻璃表面制成二氧化钛膜；将二氧化钛膜在空气中自然干燥后放入马弗炉中450℃煅烧60分钟，得到二氧化钛基染料敏化太阳能电池阳极。

本发明的提高二氧化钛基染料敏化太阳能电池性能的阳极处理方法，其方法步骤依次为：

第1、将质量分数为15％～20％的三氯化钛水溶液直接用蒸馏水稀释为0.01～0.9mol/L的稀溶液，搅拌均匀后，密封并放至恒温干燥箱内于40～100℃预热10～100分钟后，取出冷却；