[发明专利]一种铒铕稀土掺杂的染料敏化太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种铒铕稀土掺杂的染料敏化太阳能电池，所述太阳能电池包括底层、中间层和顶层；其特征在于：所述底层由致密互连的二氧化钛纳米晶薄膜组成，是电池的主要激活层；所述中间层由掺铕的二氧化钛纳米棒组成，能够把太阳光中的紫外光转换成可见光；所述顶层由掺铒的二氧化钛纳米棒组成，能够把太阳光中的红外光转换成可见光。

2.一种铒铕稀土掺杂的染料敏化太阳能电池制备方法，包括以下步骤：

1）制备含有铕掺杂和铒掺杂的二氧化钛胶体溶液：把163mg的Eu₂O₃粉末放入0.23ml（摩尔浓度为1.5~2.5mol/L）的硝酸溶液中，反应生成的Eu(NO₃)₃溶液通过添加适量的去离子水，把溶液的pH值调整到2.5~3.5；持续搅拌1小时以后，加入7.2ml钛酸四异丙酯，在80℃的水浴锅中，在超声振荡的环境下用磁力搅拌75 分钟；冷却到室温以后，用去离子水稀释到45~50 ml，然后移至高压釜中，在230℃下加热24小时；将所得含悬浮液的沉淀用无水乙醇稀释至100ml，在大气条件和超声振动下彻底使之分散，直到出现均匀分散和稳定的胶体；最后，通过旋转蒸发器浓缩和离心分离，得到在乙醇中含有铕掺杂的重量百分比为40％TiO₂胶体溶液；将上述中的163mg的Eu₂O₃粉末换成177mg的 Er₂O₃粉末，相同方法得到含有铒掺杂的重量百分比为40％TiO₂胶体溶液；

2）制备多孔的TiO₂、Eu³⁺:TiO₂和Er³⁺:TiO₂浆料：把0.55g乙基纤维素（溶剂为重量百分比为8~12%的乙醇溶液）和7.1g松油醇（溶剂为重量百分比为8~12%的乙醇溶液）加入5g TiO₂胶体溶液（溶剂为重量百分比为40%的乙醇溶液），然后添加乙醇溶液，在超声震荡下持续搅拌2小时，获得总量为25ml的混合液；把混合液放入80℃的恒温箱进行干燥处理，以去除乙醇和水，最终获得TiO₂浆料；同样方法，分别将5g 步骤1）所得的Eu³⁺:TiO₂胶体溶液和Er³⁺:TiO₂胶体溶液作为原料，分别制得Eu³⁺:TiO₂浆料和Er³⁺:TiO₂浆料；

3）铒铕稀土掺杂的染料敏化太阳能电池的组装：

3.1）导电玻璃的预处理：

依次用去污粉、去离子水、异丙醇、0.05~0.15mol/L乙醇盐酸溶液和丙酮超声清洗15分钟，除去作为电池衬底用的FTO导电玻璃表面的各种有机及无机杂质，把清洗干净的导电玻璃放入80℃的0.3~0.5 mol/L的TiCl₄溶液浸泡30分钟，再用去离子水清洗，最后在400℃马弗炉中处理30分钟，进一步去除玻璃表面的有机杂质；对于制备铂对电极的导电玻璃，在用上述方法清洗之前，需要在玻璃中间开一个小孔，用于电解质注入，其他的处理步骤完全相同；

3.2 ）Er³⁺:TiO₂/Eu³⁺:TiO₂/TiO₂/FTO三层薄膜电极的制备：

将6-μm 厚的TiO₂浆料作为底层，将3-μm 厚的Er³⁺掺杂的TiO₂浆料作为中间层，将3-μm 厚的Eu³⁺掺杂的TiO₂浆料作为底层，使用依次丝网印刷技术涂覆在FTO导电玻璃上，然后在115℃温度下烘烤6分钟，再放入450℃的马弗炉中烧结30分钟；称取65 mg N-719染料，溶解在100~150 ml无水乙醇中，在40℃下搅拌12小时，即得到N-719染料敏化剂溶液；将烧结后的电极，在80℃将烧结后的电极在无光照的条件下浸入染料溶液24小时，取出后用无水乙醇润洗后晾干；自然冷却以后放入N-719染料敏化剂中浸渍24小时，这样总厚度为12μm厚的铒铕稀土掺杂的三层染料敏化电极就制备完成；

3.3）电池组装：吸附染料的Er³⁺:TiO₂/Eu³⁺:TiO₂/TiO₂/FTO三层薄膜电极与镀铂的对电极，采用厚度为30μm热封装膜粘合成为三明治结构；封装的温度为120℃，Er³⁺:TiO₂/Eu³⁺:TiO₂/TiO₂/FTO三层薄膜的面积为4.0 cm²，长宽各2.0 cm；热封膜中空部分与薄膜的两边各留1 mm空隙；组装具体方法为将电池放入密闭容器中，然后利用机械泵抽真空，在对电极小孔处滴加电解质后，将密闭容器恢复到大气压，由于电池内外压力差，电解质将被吸入到电池内部，然后用热封膜把电极上的小孔密封。