專利名稱：一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于太陽能電池領域，更具體涉及一種利用金屬有機框架材料改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池DSSC具有價格低廉、制作簡單、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，成為第三代太陽能電池的代表。染料受太陽光激發(fā)后，將電子注入到半導體的導帶中；電子在半導體中擴散至導電基底，然后流入外電路；處于氧化態(tài)的染料分子被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生；氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子后被還原，從而完成DSSC循環(huán)工作。瑞士科學家 Michael Gratzel研究小組于1991年率先取得DSSC的突破性進展，目前DSSC光電轉(zhuǎn)化效率已達11%，可與傳統(tǒng)的非晶硅光伏電池媲美，但是其效率與理論最大值還有著較大的差距。由于抑制發(fā)生在電極/電解質(zhì)和電極/染料界面的電荷復合是提高其光電轉(zhuǎn)換效率的有效途徑，為了降低界面處的電荷復合，已報道的方法都是在光陽極表面覆蓋一層寬帶隙半導體或者絕緣層如CaCO3，但是利用金屬有機框架材料來改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法還未見報道。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，該方法使用金屬有機框架材料作為染料敏化太陽能電池核殼結(jié)構(gòu)光陽極的殼層材料， 顯著的提高了其光電性能。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實施的
一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法包括使用金屬有機框架材料作為染料敏化太陽能電池核殼結(jié)構(gòu)光陽極的殼層材料，以提高其光電性能。所述方法的步驟為
1)加入0.5-5g的二氧化鈦的納米晶在乙酰纖維素的乙醇溶液中，充分攪拌制得漿料， 用絲網(wǎng)印刷將其印在導電玻璃上并于500-550°C焙燒l_4h得到待敏化的電極材料；
2)將待敏化的電極材料浸入濃度為0.5-50 mmol/L的金屬有機框架材料的醇溶液中， 浸泡時間為2-60分鐘，得到表面生長了薄層金屬有機框架材料的核殼結(jié)構(gòu)的電極，將此電極浸泡于溶解了 N719染料的乙醇溶液中，得到敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的染料敏化的納米晶薄膜太陽能電池。所述的金屬有機框架材料為Zn2+和咪唑類化合物形成的超分子配位聚合物。所述的咪唑類化合物包括咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑、2-乙基咪唑、2-硝基咪唑中的任意一種或幾種。所述步驟1)的乙酰纖維素的乙醇溶液的體積為20_200mL。所述步驟1)的乙酰纖維素的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為2%_30%。
所述步驟1)得到的待敏化的電極材料的膜厚度為2-10 μ m。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明制備方法簡單，通過使用金屬有機框架材料作為染料敏化太陽能電池核殼結(jié)構(gòu)光陽極的殼層材料，顯著的提高了其光電性能。測試結(jié)果表明其可對染料敏化太陽能電池的開路電壓進行有效的調(diào)控，使其從741mV線性增加到796mV。
圖1為金屬有機框架材料生長時間和電池開路電壓的關(guān)系。
具體實施例一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法包括使用金屬有機框架材料作為染料敏化太陽能電池核殼結(jié)構(gòu)光陽極的殼層材料，以提高其光電性能。所述方法的步驟為
1)將二氧化鈦的納米晶在乙酰纖維素的乙醇溶液中，充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導電玻璃上并于500-550°C焙燒l_4h得到待敏化的電極材料；
2)將待敏化的電極材料浸入濃度為0.5-50mM的金屬有機框架材料的醇溶液中，浸泡時間為2-60分鐘，得到表面生長了薄層金屬有機框架材料的核殼結(jié)構(gòu)的電極，將此電極浸泡于溶解了 N719染料的乙醇溶液中，得到敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化的納米晶薄膜太陽能電池。所述的金屬有機框架材料為Zn2+和咪唑類化合物形成的超分子配位聚合物。所述的咪唑類化合物包括咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑、2-乙基咪唑、2-硝基咪唑中的任意一種或幾種。所述的二氧化鈦的納米晶的添加量為0. 5_5g。所述步驟1)的乙酰纖維素的乙醇溶液的體積為20_200mL。所述步驟1)的乙酰纖維素的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為2%_30%。所述步驟1)得到的待敏化的電極材料的膜厚度為2-10 μ m。實施例1
1)將0.5g 二氧化鈦的納米晶在質(zhì)量濃度為2%的乙酰纖維素的乙醇溶液中20mL，充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導電玻璃上并于500°C焙燒4h得到待敏化的電極材料，該電極材料的膜厚度為2 ym；
2)將待敏化的電極材料浸入濃度為0.5mM的硝酸鋅、2-甲基咪唑的乙醇溶液中，浸泡時間為2分鐘，得到表面生長了薄層金屬有機框架材料的核殼結(jié)構(gòu)的電極。將此電極浸泡于溶解了 N719染料的乙醇溶液中，得到敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化的納米晶薄膜太陽能電池。
實施例2
1)將5g 二氧化鈦的納米晶在質(zhì)量濃度為30%的乙酰纖維素的乙醇溶液中200mL，充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導電玻璃上并于550°C焙燒Ih得到待敏化的電極材料，該電極材料的膜厚度為10 μ m ；
2)將待敏化的電極材料 浸入濃度為50mM的硝酸鋅、2-甲基咪唑、苯并咪唑、2-乙基咪唑等咪唑類化合物的甲醇溶液中，浸泡時間為60分鐘，得到表面生長了薄層金屬有機框架材料的核殼結(jié)構(gòu)的電極。將此電極浸泡于溶解了 N719染料的乙醇溶液中，得到敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化的納米晶薄膜太陽能電池。實施例3
1)將3g二氧化鈦的納米晶在15%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中IOOmL,充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導電玻璃上并于520°C焙燒3h得到待敏化的電極材料， 該電極材料的膜厚度為8μπι;
2)將待敏化的電極材料浸入濃度為25mM的硝酸鋅、苯并咪唑、2-乙基咪唑等咪唑類化合物的異丙醇溶液中，浸泡時間為30分鐘，得到表面生長了薄層金屬有機框架材料的核殼結(jié)構(gòu)的電極。將此電極浸泡于溶解了 N719染料的乙醇溶液中，得到敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化的納米晶薄膜太陽能電池。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述方法包括使用金屬有機框架材料作為染料敏化太陽能電池核殼結(jié)構(gòu)光陽極的殼層材料，以提高其光電性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述方法的步驟為1)加入二氧化鈦的納米晶在乙酰纖維素的乙醇溶液中，充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導電玻璃上并于500-550°C焙燒l_4h得到待敏化的電極材料；2)將待敏化的電極材料浸入濃度為0.5-50 mmol/L的金屬有機框架材料的醇溶液中， 浸泡時間為2-60分鐘，得到表面生長了薄層金屬有機框架材料的核殼結(jié)構(gòu)的電極，將此電極浸泡于溶解了 N719染料的乙醇溶液中，得到敏化后的電極材料；3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的染料敏化的納米晶薄膜太陽能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述的金屬有機框架材料為Zn2+和咪唑類化合物形成的超分子配位聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述的咪唑類化合物包括咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑、2-乙基咪唑、2-硝基咪唑中的任意一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述的二氧化鈦的納米晶的添加量為0. 5-5g。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述步驟1)的乙酰纖維素的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為2%-30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，其特征在于所述步驟1)得到的待敏化的電極材料的膜厚度為2-10 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進染料敏化太陽能電池光電性能的方法，該方法包括使用金屬有機框架材料作為染料敏化太陽能電池核殼結(jié)構(gòu)光陽極的殼層材料，以提高其光電性能。通過控制金屬有機框架材料的生長時間，可對染料敏化太陽能電池的開路電壓進行有效的調(diào)控，使其從741mV線性增加到796mV。
文檔編號H01G9/20GK102222576SQ20111007973
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者李亞峰, 魏明燈 申請人:福州大學