專利名稱：一種染料敏化太陽能電池及其入射電極的表面處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池領域，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池及其入 射電極的表面處理方法。
背景技術：
傳統(tǒng)能源的污染和不可再生性，導致目前新能源取代傳統(tǒng)能源發(fā)展趨勢已不可避 免，其中對太陽能的利用已成為新能源的發(fā)展熱點，據國外相關研究機構報道本世紀末太 陽能的利用率將達到80%左右。世界各國尤其是發(fā)達國家已將太陽能的利用定位于戰(zhàn)略發(fā) 展地位，不斷增加科研項目和投入資金。目前太陽能電池主要采用單晶硅和真空條件下制備的薄膜材料，但由于其價格昂 貴，限制了太陽能電池的進一步推廣和應用。因此開發(fā)一種價格低廉的光電轉換材料或方 法是太陽能電池大規(guī)模應用的關鍵。近二十年發(fā)展起來的第三代太陽能電池染料敏化太陽 能電池是薄膜電池中的佼佼者。與目前處于主導地位的晶體硅太陽能電池相比，染料敏化 太陽能電池結構及生產工藝簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產；制備成產工藝中無毒無污染，且 成本較低，預計只有晶體硅電池的1/1(Γ /5 ；制備電池能耗較少，能源回收周期短。染料敏化太陽能電池理論光能轉換率最大值為31%，隨著近幾十年來研究發(fā)展，目 前已文獻報道的轉換率已達到1 左右，具備與傳統(tǒng)晶體硅電池市場競爭能力。但近幾年 提高染料敏化太陽能電池轉化率進程較慢。染料敏化太陽能電池的光電轉換率的影響因素 包括薄膜自身的性能和結構形態(tài)，染料的吸附性及染料分子的結構，電解質的電荷傳 輸性，以及入射電極的透光程度等。染料敏化太陽能電池制備過程中使用透明導電玻璃做 基底，非導電面為光滑平面，有很大一部分太陽光直接反射而沒有利用，造成光能損失。因 此，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換率的一個關鍵就是在太陽能電池的入射電極表面 處理方法中實現技術突破。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種染料敏化太陽能電池入射電極的表面處 理方法，使用不同的化學腐蝕溶液對染料敏化太陽能電池入射電極表面進行腐蝕，形成減 反射層，有效防止光的反射，充分吸收和散射太陽光。本發(fā)明所要解決的另一技術問題是提供一種采用上述表面處理方法處理的染料 敏化太陽能電池，其導電玻璃的非導電面刻蝕有網格，有效防止光的反射，充分吸收和散射 太陽光。為了達到上述目的，本發(fā)明提出了一種染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理 方法，包括以下步驟
a.清洗導電玻璃；
b.制備絲網印刷網版，通過所述網版在所述導電玻璃的非導電面印刷圖形；
c.將印刷有圖形的導電玻璃置于刻蝕溶液中刻蝕；d.清洗經步驟c刻蝕后的導電玻璃。上述染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，還包括步驟e 將顏料涂覆 于所述導電玻璃刻蝕有圖形的非導電面。上述染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，所述步驟a中的清洗導電玻 璃是指將所述導電玻璃在超聲清洗器內依次使用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗，再于烘箱 內烘干。上述染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，所述步驟b中印刷圖形是指 采用絲網印刷技術將防腐蝕膠在所述導電玻璃非導電面上印刷出不同形狀的圖形，然后低 溫烘干。上述染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，所述步驟C中的將印刷有圖 形的導電玻璃置于刻蝕溶液中處理是指將所述導電玻璃的非導電面浸泡在所述刻蝕溶液 中進行刻蝕，刻蝕時間2 10min，將腐蝕坑深度調節(jié)在1(Γ30μπι范圍內。上述染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，所述刻蝕溶液為濃度是 129Γ25%的氫氟酸或者濃度是129Γ25%的氫氟酸硝酸溶液。上述染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，所述步驟d是指將刻蝕后的 導電玻璃進行清洗，去除表面防腐蝕膠，反復清洗去除表面污漬，低溫烘干。同時，本發(fā)明還提出了一種采用上述的表面處理方法處理的入射電極制備的染料 敏化太陽能電池，包括背電極、面對所述背電極的入射電極、充注于所述背電極和所述入射 電極之間的電解液、附著于所述入射電極的染料敏化劑，所述入射電極由外向內依次為導 電玻璃、摻氟SnO2導電層、納米透明TW2膜層、TW2散射層，所述入射電極背向所述背電極 的一面為刻蝕有圖形的刻蝕減反射層。上述染料敏化太陽能電池，所述刻蝕減反射層上的圖形為三角形或者矩形的網 格，所述網格的網格線寬度為0. 3-0. 7mm。上述染料敏化太陽能電池，所述刻蝕減反射層表面涂覆有顏料。與現有的染料敏化太陽能電池相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于使用不同的化學腐蝕溶 液對染料敏化太陽能電池的入射電極表面進行腐蝕，即在導電玻璃的非導電面刻蝕圖形， 形成減反射層，有效防止了光的反射，充分吸收和散射太陽光。經過表面處理后的染料敏化 太陽能電池，根據其刻蝕的不同形狀、深度其光能轉化率明顯的不同，其中三角形腐蝕坑的 太陽能電池光電轉換效率最佳，方形次之，這與光入射的反射路徑有關，光能轉化率最高提 高 30%ο


通過下面結合附圖對其示例性實施例進行的描述，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構示意圖； 圖2為三角形刻蝕減反射層圖形示意圖3為矩形刻蝕減反射層圖形示意圖。附圖符號說明
1-刻蝕減反射層，2-導電玻璃，3-摻氟SnO2導電層，4-透明納米TiO2層，5-1102散射層，6 —染料敏化劑， 7—電解液，8—背電極，9-入射電極。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明染料敏化太陽能電池，包括背電極8、面對背電極8的入射電極 9、充注于背電極8和入射電極9之間的電解液7、附著于入射電極9的染料敏化劑6，入射 電極9由外向內依次為導電玻璃2、摻氟SnO2導電層3、納米透明TW2膜層4、TiO2散射層 5，入射電極9背向背電極8的一面為刻蝕有圖形的刻蝕減反射層1。刻蝕減反射層1上的 圖形可以是三角形或者矩形的網格，網格的網格線寬度為0. 3-0. 7mm。也可以是其他形狀的 圖形?？涛g減反射層1表面涂覆有顏料。可以使用不同顏色的顏料涂覆在刻蝕反射層1的 表面。圖2和圖3給出了刻蝕減反射層上的圖形示意圖。以下為按照本發(fā)明的表面處理方法制備染料敏化太陽能電池的實施例。實施例一
(1)清洗導電玻璃，在超聲清洗器內依次使用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗lOmin，于 烘箱內烘干；
(2)制備網版，采用絲網印刷技術，用防腐蝕膠在導電玻璃非導電面印制出三角形的網 格，網格線寬度約為0. 5mm，低溫烘干；
(3)將印制圖形的導電玻璃置于濃度12% 25%的氫氟酸中(配比HI H2O=I 3^1 :8)， 靜置5 10min，清洗，去除殘余氫氟酸，低溫烘干；
(4)清洗導電玻璃，在超聲清洗器內使用H2SO4加熱清洗，去除防腐蝕膠，依次使用去離 子水、無水乙醇、丙酮超聲清洗lOmin，置于烘箱內低溫烘干；
(5)配制40mmol/LTiCl4溶液，浸泡導電玻璃，并于70°C下處理30min后烘干；
(6)利用絲網印刷法，將已配制好的25nmTiO2料漿涂覆于導電玻璃表面形成TW2納 米透明層，通過均化、干燥工藝控制其厚度為 Γ 6μπι;
(7)在TW2納米透明層之上再絲印一層400nmTiO2散射層；
(8)將印刷后的TW2薄膜進行燒結處理使用氣氛爐在325°C下保溫5 10min，后通氧 氣升至375°C保溫5 lOmin，再升溫到450°C保溫l(Tl5min，最后將溫度升至500°C并保溫 l(Tl5min，爐冷降溫，通氧結束；
(9)第二次使用40mmol/LTiCl4溶液處理燒結后的TW2薄膜；
(10)第二次熱處理，在氣氛爐內450°C下保溫30min；烘干后制備出染料敏化太陽能電 池入射電極；
(11)將制備的染料敏化太陽能電池入射電極置于染料敏化劑中浸泡20 Mh，后于 70°C烘干；
(12)將已濺射一層鉬電極的導電玻璃與入射電極對接，使用沙林膜進行封裝；
(13)在真空環(huán)境中，注入電解質，電解質為Γ7ΙΖ氧化還原對；
(14)使用沙林膜密封電解質注入口，完成入射電極表面處理的染料敏化太陽能電池制 備工藝。
實施例二
(1)清洗導電玻璃，在超聲清洗器內依次使用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗lOmin，于 烘箱內烘干；
(2)制備網版，采用絲網印刷技術，用防腐蝕膠在導電玻璃非導電面印制出正方形的網 格，網格線寬度約為0. 5mm，低溫烘干；
(3)將印制圖形的導電玻璃置于濃度12% 25%的氫氟酸中(配比HI H2O=I 3^1 :8)， 靜置5 10min，清洗，去除殘余氫氟酸，低溫烘干；
(4)清洗導電玻璃，在超聲清洗器內使用H2SO4加熱清洗，去除防腐蝕膠，依次使用去離 子水、無水乙醇、丙酮超聲清洗lOmin，置于烘箱內低溫烘干；
(5)配制40mmol/LTiCl4溶液，浸泡導電玻璃，并于70°C下處理30min后烘干；
(6)利用絲網印刷法，將已配制好的25nmTiO2料漿涂覆于導電玻璃表面形成TW2納 米透明層，通過均化、干燥工藝控制其厚度為 Γ 6μπι;
(7)在TW2納米透明層之上再絲印一層400nmTiO2散射層；
(8)將印刷后的TW2薄膜進行燒結處理使用氣氛爐在325°C下保溫5 10min，后通氧 氣升至375°C保溫5 lOmin，再升溫到450°C保溫l(Tl5min，最后將溫度升至500°C并保溫 l(Tl5min，爐冷降溫，通氧結束；
(9)第二次使用40mmol/L TiCl4溶液處理燒結后的TW2薄膜；
(10)第二次熱處理，在氣氛爐內450°C下保溫30min；烘干后制備出染料敏化太陽能電 池入射電極；
(11)將制備的染料敏化太陽能電池入射電極置于染料敏化劑中浸泡20 Mh，后于 70°C烘干；
(12)將已濺射一層鉬電極的導電玻璃與入射電極對接，使用沙林膜進行封裝；
(13)在真空環(huán)境中，注入電解質，電解質為Γ7ΙΖ氧化還原對；
(14)使用沙林膜密封電解質注入口，完成入射電極表面處理的染料敏化太陽能電池制 備工藝。 實施例三
(1)清洗導電玻璃，在超聲清洗器內依次使用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗lOmin，于 烘箱內烘干；
(2)制備網版，采用絲網印刷技術，用防腐蝕膠在導電玻璃非導電面印制出三角形的網 格，網格線寬度約為0. 5mm，低溫烘干；
(3)將印制圖形的導電玻璃置于濃度129Γ25%的氫氟酸硝酸溶液中(配比HI HNO3=I 3^1 :8)，靜置5 10min，清洗，去除殘余氫氟酸，低溫烘干；
(4)清洗導電玻璃，在超聲清洗器內使用H2SO4加熱清洗，去除防腐蝕膠，依次使用去離 子水、無水乙醇、丙酮超聲清洗lOmin，置于烘箱內低溫烘干；
(5)配制40mmol/LTiCl4溶液，浸泡導電玻璃，并于70°C下處理30min后烘干；
(6)利用絲網印刷法，將已配制好的25nmTiO2料漿涂覆于導電玻璃表面形成TW2納 米透明層，通過均化、干燥工藝控制其厚度為 Γ 6μπι;
(7)在TW2納米透明層之上再絲印一層400nmTiO2散射層；(8)將印刷后的TiA薄膜進行燒結處理使用氣氛爐在325°c下保溫5 10min，后通氧 氣升至375°C保溫5 lOmin，再升溫到450°C保溫l(Tl5min，最后將溫度升至500°C并保溫 l(Tl5min，爐冷降溫，通氧結束；
(9)第二次使用40mmol/LTiCl4溶液處理燒結后的TW2薄膜；
(10)第二次熱處理，在氣氛爐內450°C下保溫30min；烘干后制備出染料敏化太陽能電 池入射電極；
(11)將制備的染料敏化太陽能電池入射電極置于染料敏化劑中浸泡20 Mh，后70°C 烘干；
(12)將已濺射一層鉬電極的導電玻璃與入射電極對接，使用沙林膜進行封裝；
(13)在真空環(huán)境中，注入電解質，電解質為Γ7ΙΖ氧化還原對；
(14)使用沙林膜密封電解質注入口，完成入射電極表面處理的染料敏化太陽能電池制 備工藝。 需要注意的是，以上內容是結合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，在本發(fā)明的上述指導下，本領域技術人員可 以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本發(fā)明的保護范 圍內。
權利要求
1.一種染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于 包括以下步驟a.清洗導電玻璃；b.制備絲網印刷網版，通過所述網版在所述導電玻璃的非導電面印刷圖形；c.將印刷有圖形的導電玻璃置于刻蝕溶液中刻蝕；d.清洗經步驟c刻蝕后的導電玻璃。
2.根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于還包括步驟e 將顏料涂覆于所述導電玻璃刻蝕有圖形的非導電面。
3.根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于所述步驟a中的清洗導電玻璃是指將所述導電玻璃在超聲清洗器內依次使用去離子 水、無水乙醇、丙酮清洗，再于烘箱內烘干。
4.根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于所述步驟b中印刷圖形是指采用絲網印刷技術將防腐蝕膠在所述導電玻璃非導電面 上印刷出不同形狀的圖形，然后低溫烘干。
5.根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于所述步驟c中的將印刷有圖形的導電玻璃置于刻蝕溶液中處理是指將所述導電玻 璃的非導電面浸泡在所述刻蝕溶液中進行刻蝕，刻蝕時間flOmin，將腐蝕坑深度調節(jié)在 1(Γ30μπι范圍內。
6.根據權利要求5所述的染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于所述刻蝕溶液為濃度是129Γ25%的氫氟酸或者濃度是129Γ25%的氫氟酸硝酸溶液。
7.根據權利要求4所述的染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，其特征在于所述步驟d是指將刻蝕后的導電玻璃進行清洗，去除表面防腐蝕膠，反復清洗去除表 面污漬，低溫烘干。
8.一種采用權利要求1至7中任一權項所述的表面處理方法處理的入射電極制備的染 料敏化太陽能電池，包括背電極、面對所述背電極的入射電極、充注于所述背電極和所述入 射電極之間的電解液、附著于所述入射電極的染料敏化劑，所述入射電極由外向內依次為 導電玻璃、摻氟Sn02導電層、納米透明Ti02膜層、Τ 02散射層，其特征在于所述入射電極背向所述背電極的一面為刻蝕有圖形的刻蝕減反射層。
9.根據權利要求8所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述刻蝕減反射層上的圖形為三角形或者矩形的網格，所述網格的網格線寬度為 0. 3-0. 7mm。
10.根據權利要求8所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于 所述刻蝕減反射層表面涂覆有顏料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池入射電極的表面處理方法，包括以下步驟清洗導電玻璃；制備絲網印刷網版，通過所述網版在所述導電玻璃的非導電面印刷圖形；將印刷有圖形的導電玻璃置于刻蝕溶液中刻蝕；清洗刻蝕后的導電玻璃。本發(fā)明同時提出了一種采用上述表面處理方法制備的染料敏化太陽能電池，其入射電極背向背電極的一面為刻蝕有圖形的刻蝕減反射層。與現有的染料敏化太陽能電池相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于使用不同的化學腐蝕溶液對染料敏化太陽能電池的入射電極表面進行腐蝕，即在導電玻璃的非導電面刻蝕圖形，形成減反射層，有效防止了光的反射，充分吸收和散射太陽光。
文檔編號H01M14/00GK102136373SQ20111002426
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月22日 優(yōu)先權日2011年1月22日
發(fā)明者張根發(fā), 李帥, 王長君, 羅軍, 蘇青峰, 賴建明 申請人:上海聯孚新能源科技有限公司