專利名稱：一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法
一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種對電極上設(shè)有光反射層的染 料敏化太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
自1991年瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院教授Michael Gratzel在Nature雜志報道了第 三代太陽能電池-染料敏化太陽能電池(DSSC)制備方法以及其7. 1-7. 9%光能轉(zhuǎn)化率后， 引起國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的高度重視。與其他太陽能電池相比，DSSC具有簡單的制備工藝，低 廉的制造價格，無毒無污染的制備材料等優(yōu)勢。其光能轉(zhuǎn)化率也在逐年增長，據(jù)報道稱，目 前Michael GdtzeI實驗組制備的DSSC光能轉(zhuǎn)化率已經(jīng)超過12%，而且穩(wěn)定性、效率仍有很 大的提升空間，其產(chǎn)業(yè)化、實用化的目標(biāo)已越來越近。
納米晶染料敏化太陽能電池是以納米TW2多孔膜作為工作電極，以釕配合物或純 有機(jī)染料作為光敏化染料，以氧化還原對作為電解質(zhì)，鉬膜作為對電極以及導(dǎo)電基材組裝 而成。光照后，染料分子受激發(fā)釋放電子-空穴對，由于染料最低未占軌道與TiA導(dǎo)帶能 級相近，電子被注入到T^2導(dǎo)帶并富集于導(dǎo)電基材表面由外電路引出，被激發(fā)的染料在電 解質(zhì)中還原，電解質(zhì)失去的電子通過外電路得以補(bǔ)償形成電流循環(huán)。
目前制備的DSSC常使用導(dǎo)電玻璃(FTO)做基底，其光透過率超過75%，TiO2工作電 極以及鉬對電極均屬納米級膜層厚度具有高度透明性，使用的電解質(zhì)多為液態(tài)電解質(zhì)使得 封裝而成的電池具有較高的光透過性，Kang M G等人(Kang M G, Park N G, Park Y J et al. Solar energy materials solar cells, 75，475)對 DSSC 光透過率進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)在 可見光范圍其透過率超過60%。染料敏化太陽能電池的這種高透明性可以使染料與更多的 光子接觸，釋放更多的電子，但光由工作電極入射后便直接透過鉬對電極，造成嚴(yán)重的光能 損失，抑制了光電流的進(jìn)一步增長以及光能轉(zhuǎn)化率的提高。因此，設(shè)有光反射層的染料敏化 太陽能電池就可以重復(fù)利用入射的光能，有效地減少光能損失。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法，以提高太 陽能電池的光利用率，從而實現(xiàn)光能轉(zhuǎn)化率的提高。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法，包括如下工藝步驟(a)清洗清洗導(dǎo)電玻璃；(b)制備TiA納米透明層采用絲網(wǎng)印刷法將TiA料漿涂覆于導(dǎo)電玻璃表面制備TiA 納米透明層；(C)制備TiA光散射層在所述TiA納米透明層上再絲印一層TiA光散射層； (d)形成光陽極在氣氛爐內(nèi)熱處理后，使用TiCl4溶液處理所述導(dǎo)電玻璃，經(jīng)烘干、燒 結(jié)后制得光陽極；(e)真空蒸鍍在真空蒸鍍設(shè)備中，調(diào)節(jié)真空度>ΙΟ"5 torr，控制蒸鍍時間在對電極非 導(dǎo)電表面鍍一層鋁鏡面光反射層；(f)電極對接封裝將鍍有鋁鏡面光反射層的對電極與所述光陽極對接，使用沙林膜進(jìn) 行封裝；(g)注入電解質(zhì)在真空環(huán)境中，注入電解質(zhì)；(h )密封電解質(zhì)注入口 使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口，制得太陽能電池。
進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述真空蒸鍍工藝完成后進(jìn)行燒結(jié)處理在石英管式爐中 550°C下熱處理30-60分鐘。
本專利中，光反射層還可以采用粘接全反射鏡的方式制得，這種染料敏化太陽能 電池的制備包括如下工藝步驟(a)清洗清洗導(dǎo)電玻璃；(b)制備TiO2納米透明層采用絲網(wǎng)印刷法將TiA料漿涂覆于導(dǎo)電玻璃表面制備TiA 納米透明層；(C)制備TW2光散射層在所述TiA納米透明層上再絲印一層TiA光散射層；(d)形成光陽極在氣氛爐內(nèi)熱處理后，使用TiCl4溶液處理所述導(dǎo)電玻璃，經(jīng)烘干、燒 結(jié)后制得光陽極；(e)粘接全反射鏡、電極對接封裝在烘箱內(nèi)120°C下將全反射鏡粘合于對電極表面作 為光反射層；將粘合有全反射鏡的對電極與所述光陽極對接，使用沙林膜進(jìn)行封裝；(f)注入電解質(zhì)在真空環(huán)境中，注入電解質(zhì)；(g)密封電解質(zhì)注入口使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口，制得太陽能電池。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電解質(zhì)為I-1A3-1氧化還原對。
進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(a)清洗導(dǎo)電玻璃后，將處理后的導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理， 使用氣氛爐在325°C下保溫5 10分鐘后升至375°C保溫5 10分鐘，再升溫到450°C保 溫10 15分鐘，最后將溫度升至500°C并保溫10 15分鐘。
本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明在染料敏化電池的制備過程中利用真空蒸鍍技 術(shù)在對電極表面蒸鍍一層具有高亮度的鋁鏡面反射層，或結(jié)合染料敏化電池封裝技術(shù)直接 將全反射鏡粘合于對電極表面從而在對電極表面形成了光反射層。該發(fā)明制備的染料敏化 太陽能電池可以完全反射透過電池對電極的光，有效的抑制光能損失，提高光能利用率，進(jìn) 而提高電池的光能轉(zhuǎn)化率。而且本發(fā)明提供的制備方法操作簡單，成本低廉，不會影響整個 太陽能電池的制備工藝。


通過下面結(jié)合附圖對其示例性實施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明上述特征和優(yōu)點將會變得更 加清楚和容易理解。
圖1為本發(fā)明的染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中粘設(shè)有全反射鏡的對電極剖面圖。
附圖標(biāo)號說明1 一導(dǎo)電玻璃非導(dǎo)電面、2 —摻氟SnO2導(dǎo)電層、3 —透明納米TiO2層、4 一 TW2散射層、 5 —染料、6—電解質(zhì)、7—對電極、8—光反射層、9-沙林膜、10—電解質(zhì)注入孔。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1、圖2所示，圖1例示性地展示了本發(fā)明所述的染料敏化太陽能電池整體結(jié) 構(gòu)，包括導(dǎo)電玻璃非導(dǎo)電面1、濺射的摻氟SnA導(dǎo)電層2、納米透明TiA膜層3、400nm TiO2 散射層4、染料5、電解質(zhì)Γ7ΙΖ氧化還原對6、對電極7，設(shè)置在導(dǎo)電玻璃非導(dǎo)電面1的光 反射層8，以及用于封裝的沙林膜9。
下面，對本發(fā)明所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法進(jìn)行一個 詳細(xì)的描述。
實施例一(a)清洗清洗導(dǎo)電玻璃；在超聲清洗器內(nèi)依次使用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗10 分鐘，于烘箱內(nèi)烘干；配制40mM TiCl4溶液，浸泡導(dǎo)電玻璃(FT0)，并于70°C下處理30分鐘 后烘干；將處理后的FTO進(jìn)行燒結(jié)處理，使用氣氛爐在325°C下保溫5-10分鐘后升至375°C保 溫5-10分鐘，再升溫到450°C保溫10-15分鐘，最后將溫度升至500°C并保溫10-15分鐘；(b)制備TW2納米透明層利用絲網(wǎng)印刷法，將已配制好的25nmTiO2料漿涂覆于FTO 表面形成TW2納米透明層3，通過均化、干燥工藝控制其厚度為1^16 μ m ；(c)制備TW2光散射層在TW2納米透明層之上再絲印一層400nmTiO2光散射層4 ；(d)形成光陽極第二次使用40mMTiCl4溶液處理FT0，烘干后進(jìn)行第二次熱處理，在 氣氛爐內(nèi)450°C下保溫30分鐘，制備出光陽極；(e)真空蒸鍍在真空蒸鍍設(shè)備中，調(diào)節(jié)真空度>ΙΟ"5 torr，控制蒸鍍時間在對電極非 導(dǎo)電表面鍍一層鋁鏡面光反射層；為提高鋁鏡面與導(dǎo)電玻璃的結(jié)合力，蒸鍍后經(jīng)過燒結(jié)工 藝，即在石英管式爐中550°C下熱處理30-60分鐘；(f)電極對接封裝將鍍有鋁鏡面光反射層的對電極與所述光陽極對接，使用沙林膜進(jìn) 行封裝；(g)注入電解質(zhì)在真空環(huán)境中，注入電解質(zhì)6，電解質(zhì)6為Γ1/〗氧化還原對；(h)密封電解質(zhì)注入口使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口 10，制得太陽能電池。
實施例二本實施例與實施例一在步驟a d完全相同，不同之處在于(e)粘接全反射鏡、電極對接封裝在烘箱內(nèi)120°C下將全反射鏡粘合于對電極表面作 為光反射層；將粘合有全反射鏡的對電極與所述光陽極對接，使用沙林膜進(jìn)行封裝；(f)注入電解質(zhì)在真空環(huán)境中，注入電解質(zhì)6，電解質(zhì)6為Γ1/〗氧化還原對；(g)密封電解質(zhì)注入口使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口 10，制得太陽能電池。
兩實施例制備的染料敏化太陽能電池均可以完全反射透過電池對電極的光，有效 的抑制光能損失，提高光能利用率，進(jìn)而提高電池的光能轉(zhuǎn)化率。
需要注意的是，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以在上述實施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范 圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限 制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下工藝 步驟(a)清洗清洗導(dǎo)電玻璃；(b)制備TiA納米透明層采用絲網(wǎng)印刷法將TiA料漿涂覆于導(dǎo)電玻璃表面制備TiA 納米透明層；(C)制備TiA光散射層在所述TiA納米透明層上再絲印一層TiA光散射層；(d)形成光陽極在氣氛爐內(nèi)熱處理后，使用TiCl4溶液處理所述導(dǎo)電玻璃，經(jīng)烘干、燒 結(jié)后制得光陽極；(e)真空蒸鍍在真空蒸鍍設(shè)備中，調(diào)節(jié)真空度>IO-5 torr，控制蒸鍍時間在對電極非 導(dǎo)電表面鍍一層鋁鏡面光反射層；(f)電極對接封裝將鍍有鋁鏡面光反射層的對電極與所述光陽極對接，使用沙林膜進(jìn) 行封裝；(g)注入電解質(zhì)在真空環(huán)境中，注入電解質(zhì)；(h )密封電解質(zhì)注入口 使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口，制得太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在 于在所述真空蒸鍍工藝完成后進(jìn)行燒結(jié)處理在石英管式爐中550°C下熱處理30-60分 鐘。
3.一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下工藝 步驟(a)清洗清洗導(dǎo)電玻璃；(b)制備TiO2納米透明層采用絲網(wǎng)印刷法將TiA料漿涂覆于導(dǎo)電玻璃表面制備TiA 納米透明層；(C)制備TW2光散射層在所述TiA納米透明層上再絲印一層TiA光散射層；(d)形成光陽極在氣氛爐內(nèi)熱處理后，使用TiCl4溶液處理所述導(dǎo)電玻璃，經(jīng)烘干、燒 結(jié)后制得光陽極；(e)粘接全反射鏡、電極對接封裝在烘箱內(nèi)120°C下將全反射鏡粘合于對電極表面作 為光反射層；將粘合有全反射鏡的對電極與所述光陽極對接，使用沙林膜進(jìn)行封裝；(f)注入電解質(zhì)在真空環(huán)境中，注入電解質(zhì)；(g)密封電解質(zhì)注入口使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口，制得太陽能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)項所述的設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方 法，其特征在于所述電解質(zhì)為Γ7ΙΖ氧化還原對。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)項所述的設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方 法，其特征在于在步驟(a)清洗導(dǎo)電玻璃后，將處理后的導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理，使用氣 氛爐在325°C下保溫5 10分鐘后升至375°C保溫5 10分鐘，再升溫到450°C保溫10 15分鐘，最后將溫度升至500°C并保溫10 15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種設(shè)有光反射層的染料敏化太陽能電池的制備方法，包括如下工藝步驟(a)清洗；(b)制備TiO2納米透明層；(c)制備TiO2光散射層；(d)形成光陽極；(e)真空蒸鍍或粘合反射層；(f)電極對接封裝；(g)注入電解質(zhì)；(h)密封電解質(zhì)注入口，制得太陽能電池。該發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池可以完全反射透過電池對電極的光，有效的抑制光能損失，提高光能利用率，進(jìn)而提高電池的光能轉(zhuǎn)化率。而且本發(fā)明提供的制備方法操作簡單，成本低廉，不會影響整個太陽能電池的制備工藝。
文檔編號H01M14/00GK102034615SQ201010530300
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者吳明明, 張根發(fā), 李帥, 王長君, 羅軍, 蘇青峰, 賴建明 申請人:上海聯(lián)孚新能源科技有限公司