[发明专利]一种可选择性透光的染料敏化太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可选择性透光的染料敏化太阳能电池的制备方法及其应用，属于新能源技术领域。

背景技术

伴随着传统化石能源的大量消耗和使用，温室效应、能源危机和环境污染等问题日益突出。寻找清洁、安全、资源充足以及有可再生性的新能源来代替不可再生的传统化石能源成为了人们关注的重点。太阳能具有清洁、安全和取之不尽等优点，是解决能源危机和环境问题的理想选择。1991年瑞士M.教授领导的小组制备了染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSC)，这种电池成本低，光电转化效率高，对促进太阳能的开发利用有重要意义(B O’Regan，M.，Nature 353(1991)737.)。

染料敏化太阳能电池一般由吸附有敏化染料的TiO₂(二氧化钛)膜光电极、含I₃^-/I^-(碘三离子/碘离子)氧化还原对的电解质以及Pt(铂)对电极组成。其工作原理是工作电极上的染料分子在太阳光作用下吸收光而被激发，电子很快由染料激发态注入到TiO₂导带中，在纳米TiO₂多孔薄膜中输运，然后经由外电路输送到对电极，产生光电流，被氧化的染料被电解质中的I^-还原，使染料获得再生。同时电解质溶液中的I₃^-在对电极上得到电子被还原成I^-，从而完成一个完整的光电转换循环。

通常来说，绿色植物大多吸收波长在630～660纳米范围内的红光和波长在430～460纳米范围的蓝紫光。只有给绿色植物提供相应波长的红光、蓝紫光和足够的光强度，它们才能正常生长。通常不透明或透明度低的DSSC会对电池板下植物的生长造成不利影响，因此制备一种可选择性透光的DSSC，尤其是制备能够选择性透过植物生长所需光谱段光的DSSC，对于解决因大面积铺设太阳能电池而影响该地植物生长的问题具有重要的现实意义。

发明内容

本发明采用简单的方法制备出了可选择性透光的DSSC。在透明导电基片上制备透明光电极和透明对电极，选用可吸收不同光谱段光的染料，与透明电解质组装成可透过植物所需光谱段光的DSSC。

本发明的优点在于用简单的方法制备出透光选择性强，稳定性好的DSSC，在植物生长需要的630～660纳米范围内的红光和波长在430～460纳米范围的蓝紫光的透过率高，这种选择性透光的DSSC既能使满足植物生长需要的波段的光透过，又能利用其他波段的光产生电流。

本发明制备可选择性透光的DSSC包括以下步骤：

(1)清洗好的透明导电基片作为光电极和对电极的基底，上述透明导电基片为FTO(掺杂氟的二氧化锡)导电玻璃、ITO(氧化铟锡)导电玻璃、ITO/PET(镀氧化铟锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯)导电软片、FTO/PET(镀掺杂氟的二氧化锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯)导电软片、透明导电薄膜或透明导电聚合物中的任意一种。

(2)选择制备透明光电极的材料，用水热法、溶胶-凝胶法、电沉积法、溅射法、丝网印刷法中的一种制备透明度高、吸附染料强的光电极，上述制备透明光电极的材料为TiO₂(二氧化钛)、ZnO(氧化锌)、Cu₂O(氧化亚铜)、Nb₂O₅(五氧化二铌)、In₂O₃(三氧化二铟)，SnO₂(二氧化锡)、CeO₂(二氧化铈)、NiO(氧化镍)中的一种或多种的混合物。

(3)选择制备透明对电极的材料，用电化学沉积法、热解法、溅射法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、化学自组装中的一种制备透明对电极，上述对电极材料为Pt(铂)、Au(金)、碳、聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺中的一种或多种的混合物。

(4)选择用透明液体电解质、透明固体电解质和透明准固态电解质中的任意一种作为透明电解质，也可用离子液体配置透明液体电解质，组成为：0.1～1.0mol/L离子液体，0.05～0.5mol/L硫氰酸胍，0.1～1.0mol/L四叔丁基吡啶，0.05～0.5mol/L碘化锂和溶剂，离子液体是BMII(1-丁基-3-甲基咪唑碘盐)、DMII(1，3-二甲基-3-咪唑碘盐)、DMPII(1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐)中一种或多种的混合物，所用溶剂是3-甲氧基丙腈或乙腈。