[发明专利]一种染料敏化太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的制备方法，通过改进光阳极制备方法，使其进行活化和染料敏化，使制得的活化光阳极具有较低的电阻、较高的染料吸附率，使可供反应的活性位点增多，并形成了理想的多孔薄膜网络结构，且膜的厚度可控，在6‑12μm厚度范围内的膜拥有较好的电荷传输性能和较高的染料负载量；改进电解质配方，配置简单高效，具有优秀的电子传输能力，可以进行高效的还原再生；电池组装简单高效。本发明方法通过进行电解质的改进与光阳极制备方法的改进能够有效提高太阳能电池器件的光电转换效率，至少提高了25.5％，并在一定程度上提高了染料的吸附率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池的制备方法。

背景技术

典型的染料敏化太阳能电池(DSSC)器件包括光阳极、染料敏化剂、电解质和对电极四个部分组成，四部分功能各不相同，整个电池呈三明治结构。DSSC将光吸收过程与电子收集过程分开，即分别由敏化剂和介孔氧化物半导体基底来完成。电池基底通常是有二氧化钛纳米晶烧结在一起形成介孔氧化物半导体层；敏化剂是染料分子吸附在纳米晶薄膜表面上的单层染料分子。在光照下，敏化在TiO₂半导体上的染料分子吸收太阳光，电子从基态跃迁到激发态，处于激发态的电子极不稳定，它以非常快的速率注入到较低能级的半导体导带中，然后电子流经外电路产生电流，并流到对电极；而氧化态染料分子会被电解液中的氧化还原电对还原再生，使其回到基态，氧化态的电解质扩散到对电极然后被电子还原，由此完成了一个光电化学反应的循环。

从目前的研究结果来看，纳米尺寸的TiO₂不仅性能优异而且具有较好的稳定性，是目前综合性能最好的光阳极材料，但目前纳米结构的光阳极的发展仍然处于初级阶段；染料敏化剂种类繁多，高性能的染料敏化剂是提高电池性能的关键；贵金属铂有良好的导电性和催化性能，是最常用的对电极；在电解质方面，现阶段电解质分为液态、准固态、全固态，目前最成熟的电解质体系是碘电对液态体系，它扩散速度快，渗透性好，具有较高的光电转换效率，但液态电解质最大的缺点是不够稳定，易泄露、挥发、有腐蚀性，而采用准固态或固态电解质代替液态电解质，也只能在一定程度上提高DSSC的稳定性，但是大部分电池的光电转换效率仍低于含液态电解质的电池。

如何高效制备染料敏化太阳能电池并提高光电转换效率对新能源的研究有很重要的意义，需要综合考虑染料、半导体纳米晶、电解质对电极的能级匹配以及相互作用对电池性能的影响。

发明内容

为了提高含单分子染料的太阳能电池的光电转换效率，而从光阳极的制备工艺和电解质的配方工艺出发，提供一种染料敏化太阳能电池的制备方法，本发明方法可将含单分子卟啉染料YD2-O-C8的太阳能电池的光电转换效率从7.42％提高至9.31％。

本发明通过以下技术方案实现：

一种染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)光阳极的制备：所述光阳极按顺序依次包括FTO导电玻璃基底、透明层、散射层，将所述透明层和散射层制成透明层浆料和散射层浆料，将所述透明层浆料和散射层浆料分别通过丝网印刷的方法印刷到干净的FTO导电玻璃基底上，形成一层6-12微米的薄膜，由此制得光阳极；

(2)光阳极的活化：将所述光阳极进行升温程序烧结，然后使用四氯化钛水溶液在70-90℃下浸泡至少30min，取出后洗涤，晾干后在至少480℃下进行煅烧至少30min，制得活化光阳极；

(3)染料的敏化：将染料敏化剂溶于有机溶剂中，超声处理至少10min，然后加入所述活化光阳极进行浸泡2-12h，使染料敏化剂通过化学反应吸附在活化光阳极的表面，浸泡结束洗涤，烘干，制得染料敏化后的活化光阳极，备用；