專利名稱：一種低溫制備染料敏化太陽能電池電極的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于能源材料領域，特別涉及一種低溫制備染料敏化太陽能電池電極的方法。
背景技術(shù)：
二十世紀九十年代以來，染料敏化太陽能電池受到社會各界的廣泛關注，其主要 特點為環(huán)境友好，成本低廉，制備設備簡單等。然而，光電轉(zhuǎn)化效率低仍是制約其工業(yè)化 生產(chǎn)的主要因素之一，而二氧化鈦薄膜材料是影響染料敏化太陽能電池光電性能的核心因 素，因而，能否制備高性能的陽極材料成為當前業(yè)內(nèi)的研究熱點。世界各地的許多研究小組在致力于研發(fā)新型二氧化鈦漿料的制備技術(shù)，例如 Michael Gratzel小組目前所用的方法是配制溶膠后高溫水熱處理，這種方法制備的漿料 光電轉(zhuǎn)化效率可達到11.7%，是當前最高記錄。但是這種工藝需要長時間的高溫反應，能耗 大，危險性高。同時，德固薩公司生產(chǎn)的P25型二氧化鈦粉末也是目前廣泛應用的陽極制備 材料，P25粒徑分布均勻，分散性良好，價格低廉，已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)。是一種較易獲取的陽 極材料，然而P25制備的陽極光電性能卻并非光電性能最優(yōu)，目前能達到8%左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低溫制備染料敏化太陽能電池電極的方法，基于容易 獲得的P25型二氧化鈦，向其中添加二氧化鈦溶膠，改善二氧化鈦漿料性能，避免P25 二氧 化鈦顆粒之間的橋接缺陷，避免長時間高溫水熱反應，加強了陽極薄膜的光電子傳導性，從 而提高了電池的效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的，一種低溫制備染料敏化太陽能電 池電極的方法，包括以下步驟1) 二氧化鈦陽極漿料的制備按摩爾比計，異丙醇鈦乙二醇冰醋酸=1 (3-10) (3-20)；首先將乙二醇 均勻加熱至60°C，攪拌過程中逐滴加入異丙醇鈦，滴加完成后保溫攪拌15min，然后加入冰 醋酸，逐步升溫至90°C，攪拌10小時以上至呈透明狀溶膠；將上述溶膠與P25 二氧化鈦顆粒按質(zhì)量比(1-10) 1混合，高能球磨研磨4h，制 得染料敏化太陽能電池用二氧化鈦陽極漿料；2)薄膜的制備取步驟1)制得的二氧化鈦陽極漿料，涂敷成膜，薄膜的工作面積為1cm2，厚度為 8-10 μ m,自然干燥后，依次升溫至200°C保溫15min，250°C保溫15min，540°C保溫30min ；冷 卻至80°C時將二氧化鈦電極薄膜取出，浸入0. 5mM的N3染料的無水乙醇溶液中，靜置24h 后取出，用乙醇沖洗，洗去吸附在表面的染料，得到二氧化鈦薄膜電極；3)封裝測試用厚度為SOum的surlyn膜將二氧化鈦薄膜電極與Pt對電極封裝，從Pt電極預留的小孔內(nèi)注入電解液，封孔后在標準太陽光下測試其光電性能。所述的N3染料為順-二硫氰根-二(4，4’ - 二羧酸_2，2’ -聯(lián)吡啶)合釕染料。本發(fā)明方法基于目前廣泛應用的陽極材料P25型二氧化鈦顆粒的優(yōu)點，向其中添 加二氧化鈦溶膠，對漿料制備過程進行改進，彌補了 P25型二氧化鈦顆粒制備的漿料的不 足，加強了 P25顆粒之間的橋接作用，降低了光電子在薄膜中的傳輸阻力，避免了耗時耗能 的長時間高溫水熱反應，提高了電池的光電流。


圖1所示為低溫漿料涂敷的薄膜表面形貌；圖2所示為低溫漿料與P25型顆粒制備的薄膜光電流對比；(a)本發(fā)明低溫溶膠漿料制備的薄膜電極電流曲線；(b)P25型顆粒制備的薄膜電極電流曲線；圖3所示為低溫漿料與P25型顆粒制備的薄膜功率對比；(a)本發(fā)明低溫溶膠漿料制備的薄膜電極功率曲線；(b)P25型顆粒制備的薄膜電極功率曲線。表1本發(fā)明低溫溶膠漿料與P25型顆粒制備的薄膜電極光電性能對比
具體實施例方式實施例一(1)漿料的制備異丙醇鈦乙二醇冰醋酸的摩爾比為1 3 20，將乙二醇置于圓口燒瓶內(nèi)，均 勻加熱至60°C，在劇烈攪拌下逐滴加入異丙醇鈦，滴加后保持此溫度攪拌15min，然后加入 冰醋酸，逐步升溫至90°C，攪拌12小時，此時溶膠溶液呈透明狀。將上述得到溶膠溶液與P25 二氧化鈦顆粒按質(zhì)量比1 1混合，經(jīng)高能球磨機研 磨4h，制得二氧化鈦漿料。(2)薄膜的制備取適量上述漿料，涂敷成膜，薄膜的工作面積為1cm2，厚度在8-10 μ m。自然干燥 后，放入馬弗爐中，升溫至200°C保溫15min，25(TC保溫15min，540°C保溫30min。所得二 氧化鈦薄膜電極的場發(fā)射掃描電鏡圖片如圖1所示，將焙燒后的二氧化鈦薄膜隨爐冷卻至 80°C時將二氧化鈦電極薄膜取出，浸入0. 5mM的N3染料的無水乙醇溶液中，靜置24h。將二 氧化鈦電極從染料溶液中取出，用乙醇沖洗，洗去吸附在表面的染料，得到二氧化鈦薄膜電 極。(3)封裝測試
用厚度為SOum的surlyn膜將二氧化鈦薄膜與Pt電極封裝，從Pt電極預留的小 孔內(nèi)注入一滴電解液，封孔后在標準太陽光下測試其光電性能，所得二氧化鈦薄膜電極的 光電性能數(shù)據(jù)如表1所示實施例二 實施例二與實施例一步驟相同，不同點在于制備溶膠溶液時，異丙醇鈦乙二 醇冰醋酸按摩爾比1 10 20;與P25型二氧化鈦顆粒混合制備漿料時，溶膠溶液與P25 型二氧化鈦的質(zhì)量比為3 1。實施例三實施例三與實施例一步驟相同，不同點在于制備溶膠溶液時，異丙醇鈦乙二 醇冰醋酸按摩爾比1 20 20;與P25型二氧化鈦顆粒混合制備漿料時，溶膠溶液與P25 型二氧化鈦的質(zhì)量比為10 1。
權(quán)利要求
一種低溫制備染料敏化太陽能電池電極的方法，其特征在于，包括以下步驟1)二氧化鈦陽極漿料的制備按摩爾比計，異丙醇鈦∶乙二醇∶冰醋酸＝1∶(3 10)∶(3 20)；首先將乙二醇均勻加熱至60℃，攪拌過程中逐滴加入異丙醇鈦，滴加完成后保溫攪拌15min，然后加入冰醋酸，升溫至90℃，攪拌10小時以上至呈透明狀溶膠；將上述溶膠與P25二氧化鈦顆粒按質(zhì)量比(1 10)∶1混合，高能球磨機研磨4h，制得染料敏化太陽能電池用二氧化鈦陽極漿料；2)薄膜的制備取步驟1)制得的二氧化鈦陽極漿料，涂敷成膜，薄膜的工作面積為1cm2，厚度為8 10μm，自然干燥后，依次升溫至200℃保溫15min，250℃保溫15min，540℃保溫30min；冷卻至80℃時將二氧化鈦電極薄膜取出，浸入0.5mM的N3染料的無水乙醇溶液中，靜置24h后取出，用乙醇沖洗，洗去吸附在表面的染料，得到二氧化鈦薄膜電極；3)封裝測試用厚度為80um的surlyn膜將二氧化鈦薄膜電極與Pt對電極封裝，從Pt電極預留的小孔內(nèi)注入電解液，封孔后在標準太陽光下測試其光電性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫制備染料敏化太陽能電池電極的方法，其特征在于， 所述的N3染料為順-二硫氰根-二(4，4’ - 二羧酸-2，2’ -聯(lián)吡啶)合釕染料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池電極的制備方法，本方法基于目前廣泛應用的陽極材料P25型二氧化鈦顆粒的優(yōu)點，向其中添加特制的二氧化鈦溶膠，對漿料制備過程進行改進，彌補了p25型二氧化鈦顆粒制備漿料的不足，加強了P25顆粒之間的橋接作用，降低了光電子在薄膜中的傳輸阻力，避免了耗時耗能的長時間高溫水熱反應，提高了電池的光電流。
文檔編號H01G9/20GK101894688SQ20101021419
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉文秀, 姜春華, 王立新 申請人:彩虹集團公司