[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电转换太阳能电池领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池的光阳极的制作方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池的光阳极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，在整个电池中起着“骨架”作用，是提升该类型太阳能电池转化效率的基础。染料分子吸附在光阳极的多孔薄膜上，在光照下，实现电子注入，产生光电流；多孔薄膜还需要快速地传输和扩散注入的光电子，减少电子复合几率，并能高效地收集电子并输送到外回路；电池中的电化学反应在多孔薄膜的表面或微孔内部发生。所以光阳极的高比表面积和好连接性是高染料吸附和好电子输运能力的保证。开发工艺简单、成本低廉、光电转化效率高的光阳极制备方法是染料敏化电池研究者的一个重要努力方向之一。

国内外研究者围绕制备纳晶TiO₂光阳极展开了大量的研究，并取得了一定的成效。SujuanWu(参见SujuanWu, et al., Nanotechnology, 2008. 19: p. 215704.)等人用水热法合成纳米晶TiO₂，然后将其分散到PEG2万和曲拉通的水溶液中，该浆料制备的光阳极虽能很好地吸附染料，但光阳极薄膜很透明，光利用率不充分，需要多次涂覆增加厚度，增加了烧结过程，延长了制备时间，其电池效率在6.45%。Seigo Ito等人（参见Ito,S., et al..Solar Energy Materials and Solar Cells, 2003. 76(1): p. 3-13.）用PEG和乙基纤维素作为添加剂在乙醇与水的溶液中加入用硝酸酸化处理的P25粉末制备浆料，得到了转化效率为6 %的光阳极。该方法虽然能一次性能将光阳极膜厚做到20um，但P25要事先进行硝酸酸化处理，增加了工艺的成本且转化效率不高。Jiao li Li等人（参见Jiao li Li, Li duo Wang, Xiangming Kong，et al. pubs.acs.org/ langmuir 10.1021/la901488j A）将P25加入到乙酰丙酮跟曲拉通100的溶液中，让后将大分子有机物分散其中，制备出具有较大孔洞作为散射中心的光阳极，虽然具有较好的光散射能力，但由于电子的输运效果较差，其转化效率仅有5.22%。此方法比较麻烦，而且得到的转化效率不高。 

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，该膜可作为染料敏化太阳能电池的光阳极，且能得到转化效率较高的电池；所提供的制备方法工艺简单，成本低廉。

本发明的目的是这样实现的：一种新型染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，在水浴保温搅拌情况下将P25（TiO2纳米粉）加入到乙二醇与柠檬酸的混合溶液中，在30~90℃水浴搅拌并保温，其中P25、乙二醇与柠檬酸的摩尔比为6.9－7.1：5.8－6.2：23－25，然后加入TiO₂水溶胶、醋酸和乙酰丙酮，搅拌后得到浆料，将该浆料涂敷到FTO透明导电基底上，经热处理后得到光阳极。

TiO₂水溶胶、醋酸和乙酰丙酮体积比为（3－7）：1：1.6。

P25、乙二醇与柠檬酸的摩尔比为7:6:24。

本发明提供的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，使用现有的P25纳米二氧化钛粉体，在水域保温加热的条件下制备浆料，通过加入TiO₂水溶胶增加光阳极电子输运能力，获得了高达8.1%的转换效率。该方法设备要求低，工艺简单，成本低廉，且制备的染料敏化电池效率较高，具有好的应用前景。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1  是P25在水浴温度为60~90℃时的I-V曲线。

图2  是P25在水浴温度为30~60℃时的I-V曲线。

图3 是 P25在增加TiO₂水溶胶量时的I-V曲线。

具体实施方式

实例1 水浴温度为60~90℃条件下制备光阳极