[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

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种铒铕稀土掺杂的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

相比于传统的p-n结太阳能电池，染料敏化太阳能电池（DSSC）尽管光电转换效率比较低，但是它的生产成本也非常低，具有广阔的商业应用前景。二氧化钛（TiO₂）纳米晶粒在吸收分子染料、分离电荷和载流子输运等方面起到了重要的作用。为了进一步提高DSSC的效率，人们对TiO₂纳米多孔结构进行多方位的改良。在DSSC中常用的敏化染料，如典型的N-719 或N-749染料，通常仅吸收太阳光谱中的可见光，对紫外光和红外光的吸收能力差，如果增加这些波段的吸收，这是提升DSSC效率的有效方法。对于一种染料而言，通过延长光线在染料敏化纳米多孔层的有效路径长度，从而达到增加电池的效率，但这种增加是有限的。另一种增加电池效率的可能途径是，敏化剂有复合染料（如红和黑染料）组成，然而实验证明电池效率提高也不大。为了拓宽DSSC的光谱吸收范围，叠层结构的DSSC设计是一种很好的设计，这通常要求顶层电极对低能光子是透明的，这就会加大叠层电池的产业化成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种铒铕稀土掺杂的染料敏化太阳能电池，可以有效地拓宽DSSC的吸收光谱，从而电池的光电性能得到提升；本发明的第二个目的是提供该太阳能电池的制备方法。

为解决第一目的，本发明提供技术方案如下：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。

为解决第二目的，本发明提供技术方案如下：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：