專利名稱：一種染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，屬于光伏材料與器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽(yáng)能電池是一種電化學(xué)電池。染料敏化太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的光生電子都要經(jīng)過光陽(yáng)極的導(dǎo)電玻璃導(dǎo)入到外電路，由于電解質(zhì)(尤其是液態(tài)電解質(zhì))可能會(huì)與導(dǎo)電玻璃直接接觸，使得導(dǎo)電玻璃上集到的電子會(huì)與電解質(zhì)中的13_發(fā)生復(fù)合，降低了電子的收集率以及光電轉(zhuǎn)換效率。電子的復(fù)合程度強(qiáng)烈地影響著電池的光電轉(zhuǎn)換效率，甚至影響電池的短路。如何減少電子復(fù)合是提升電池性能的有效途徑。國(guó)內(nèi)外研究者為了減小導(dǎo)電玻璃上的電子與電解質(zhì)的復(fù)合，進(jìn)行了大量的研究。 常規(guī)工藝主要是引入一層致密的二氧化鈦(參見H. Yu, S.Q. Zhang, H.J. Zhao, G. Will, P. R. Liu, Electrochimica Acta, 54 (2009) 1319-1324)，避免導(dǎo)電玻璃直接與電解質(zhì)接觸，從而在一定程度上阻止了此界面處的電荷復(fù)合。Lee等(參見Lee，S. ； Noh, J. H. ； Han, H. S. ； Yim, D. K. ； Kim, D. H. ； Lee, J. K. ； Kim, J. Y. ； Jung, H. S.； Hong, K. S. J Phys Chem C 2009，113 (16)，6878-6882)以及 Noh 等(參見 Noh, J. H.； Lee, S. ； Kim, J. Y. ； Lee, J. K. ； Han, H. S. ； Cho, C. M. ； Cho, I. S. ； Jung, H. S. ； Hong, K. S. J Phys Chem C 2009，113 (3)，1083-1087)采用脈沖激光沉積法在導(dǎo)電玻璃上制備了 Nb摻雜的二氧化鈦致密層，有效抑制了電子復(fù)合，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。Xia等(參見Xia, J. B. ； Masaki, N. ； Jiang, K. J. ； Yanagida, S. Chem. Commun. 2007, (2) 138-140)采用濺射法在導(dǎo)電玻璃上沉積一層Nb2O5，抑制了電子復(fù)合，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。但是，這兩種致密層在真空系統(tǒng)中制備，工藝相對(duì)復(fù)雜，制備成本高，從而增加了電池的整體費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，該復(fù)合光陽(yáng)極可以顯著減小導(dǎo)電玻璃上的電子與電解質(zhì)的復(fù)合，提高電池的性能參數(shù)，并且成本低廉、工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明技術(shù)方案是
將醋酸鋅溶解到無水乙醇中，將相當(dāng)于醋酸鋅摩爾含量1%_3%的硝酸鋁溶解到上述溶液中攪拌15分鐘，然后加入與醋酸鋅摩爾含量相同的二乙醇胺，升溫到60度攪拌30分鐘， 獲得ZnO濃度為0. 1-0. 5mol/L的Al摻雜SiO (AZO)溶膠；
使用旋涂法，將溶膠在導(dǎo)電玻璃上甩膠做膜，在500°C退火1小時(shí)后獲得厚度為 8(Tl30nm的AZO透明導(dǎo)電致密層；
再將TiO2漿料涂覆到有AZO透明導(dǎo)電致密層的導(dǎo)電玻璃上，在500°C退火1小時(shí)，獲得 Azomo2復(fù)合光陽(yáng)極。
如上所述的料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，通過涂覆法制備二氧化鈦納米晶薄膜，二氧化鈦漿料由水熱合成制得。用N719敏化本發(fā)明所制得的復(fù)合光陽(yáng)極，并滴加氧化還原電解質(zhì)于該雜化電極上，加蓋對(duì)電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池。氧化還原電解質(zhì)配比為0. lmol/L l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_ 丙基-3-甲基咪唑碘)，0. 05mol/L LiI, 0. lmol/L GNCS, 0. 03M I2, 0. 5mol/L 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶劑為碳酸丙烯脂與乙腈的混合溶液(體積比為1:1)。本發(fā)明利用旋涂法在導(dǎo)電玻璃上制備了一層AZO透明導(dǎo)電致密層，可有效減小導(dǎo)電玻璃上的電子與電解質(zhì)的復(fù)合，同時(shí)也讓二氧化鈦納米晶層上的電子順暢地流入外電路，而且該AZO致密層的透光性很好，增加了光陽(yáng)極的光吸收能力。該方法工藝簡(jiǎn)單，無需真空系統(tǒng)，成本低廉，重復(fù)性好。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明 實(shí)施例1 1%A1摻雜的AZO/TiA復(fù)合光陽(yáng)極
將醋酸鋅溶解到無水乙醇中，將相當(dāng)于醋酸鋅摩爾含量1%的硝酸鋁溶解到上述溶液中攪拌15分鐘，然后加入適量二乙醇胺，升溫到60度攪拌30分鐘，獲得SiO濃度為0. Imol/ L的Al摻雜SiO (AZO)溶膠；
將導(dǎo)電玻璃固定到勻膠機(jī)上，滴加AZO溶膠到導(dǎo)電玻璃上，以1600轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速甩膠做膜，在500°C退火1小時(shí)后獲得厚度為80nm的1%A1摻雜的AZO透明導(dǎo)電致密層；
水熱合成 TiO2 菜料(參見 S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Li ska, C. Gr tzel, Μ. Nazeeruddin, Μ. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.)，將其涂覆到有AZO透明導(dǎo)電致密層的導(dǎo)電玻璃上，在500°C退火1小時(shí)，獲得AZO/TiA復(fù)合光陽(yáng)極。用N719敏化本發(fā)明所制得的光陽(yáng)極，并滴加氧化還原電解質(zhì)于該光陽(yáng)極上，其配比為 0. lmol/L l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_ 丙基-3-甲基咪唑碘)， 0. 05mol/L LiI, 0. lmol/L GNCS, 0. 03mol/L I2, 0. 5mol/L 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶劑為碳酸丙烯脂與乙腈的混合溶液(體積比為1:1)，加蓋對(duì)電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池測(cè)試光電轉(zhuǎn)化性能。在室溫下，使用1000W模擬太陽(yáng)光光源氙燈(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，輻照強(qiáng)度為lOOW/cm2，電池受光照面積為0. 25cm2條件下測(cè)量光電能量轉(zhuǎn)換效率為6. 24%,比無此微球散射層的納米晶太陽(yáng)能電池(5. 5%)高出11. 85%。實(shí)施例2 2%A1摻雜的AZ0/Ti02復(fù)合光陽(yáng)極
將醋酸鋅溶解到無水乙醇中，將相當(dāng)于醋酸鋅摩爾含量1的硝酸鋁溶解到上述溶液中攪拌15分鐘，然后加入適量二乙醇胺，升溫到60度攪拌30分鐘，獲得SiO濃度為0. 3mol/ L的Al摻雜SiO (AZO)溶膠；
將導(dǎo)電玻璃固定到勻膠機(jī)上，滴加AZO溶膠到導(dǎo)電玻璃上，以1600轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速甩膠做膜，在500°C退火1小時(shí)后獲得厚度為IOOnm的2%A1摻雜的AZO透明導(dǎo)電致密層；
水熱合成 TiO2 菜料(參見 S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Li ska, C. Gr tzel, Μ. Nazeeruddin, Μ. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.)，將其涂覆到有AZO透明導(dǎo)電致密層的導(dǎo)電玻璃上，在500°C退火1小時(shí)，獲得AZO/TiA復(fù)合光陽(yáng)極。用N719敏化本發(fā)明所制得的光陽(yáng)極，并滴加氧化還原電解質(zhì)于該光陽(yáng)極上，其配比為 0.1mol/L l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_ 丙基-3-甲基咪唑碘)， 0. 05mol/L LiI, 0. lmol/L GNCS, 0. 03mol/L I2, 0. 5mol/L 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶劑為碳酸丙烯脂與乙腈的混合溶液(體積比為1:1)，加蓋對(duì)電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池測(cè)試光電轉(zhuǎn)化性能。在室溫下，使用1000W模擬太陽(yáng)光光源氙燈(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，輻照強(qiáng)度為lOOW/cm2，電池受光照面積為0. 25cm2條件下測(cè)量光電能量轉(zhuǎn)換效率為6. 55%，比無此微球散射層的納米晶太陽(yáng)能電池(5. 5%)高出18. 92%。實(shí)施例3 3%A1摻雜的AZ0/Ti02復(fù)合光陽(yáng)極
將醋酸鋅溶解到無水乙醇中，將相當(dāng)于醋酸鋅摩爾含量3%的硝酸鋁溶解到上述溶液中攪拌15分鐘，然后加入適量二乙醇胺，升溫到60度攪拌30分鐘，獲得SiO濃度為0. 5mol/ L的Al摻雜SiO (AZO)溶膠；
將導(dǎo)電玻璃固定到勻膠機(jī)上，滴加AZO溶膠到導(dǎo)電玻璃上，以1600轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速甩膠做膜，在500°C退火1小時(shí)后獲得厚度為130nm的3%A1摻雜的AZO透明導(dǎo)電致密層；
水熱合成 TiO2 菜料(參見 S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Li ska, C. Gr tzel, Μ. Nazeeruddin, Μ. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.)，將其涂覆到有AZO透明導(dǎo)電致密層的導(dǎo)電玻璃上，在500°C退火1小時(shí)，獲得AZO/TiA復(fù)合光陽(yáng)極。用N719敏化本發(fā)明所制得的光陽(yáng)極，并滴加氧化還原電解質(zhì)于該光陽(yáng)極上，其配比為 0. lmol/L l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_ 丙基-3-甲基咪唑碘)， 0. 05mol/L LiI, 0. lmol/L GNCS, 0. 03mol/L I2, 0. 5mol/L 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶劑為碳酸丙烯脂與乙腈的混合溶液(體積比為1:1)，加蓋對(duì)電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池測(cè)試光電轉(zhuǎn)化性能。在室溫下，使用1000W模擬太陽(yáng)光光源氙燈(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，輻照強(qiáng)度為lOOW/cm2，電池受光照面積為0. 25cm2條件下測(cè)量光電能量轉(zhuǎn)換效率為6. 96%，比無此微球散射層的納米晶太陽(yáng)能電池(5. 5%)高出26. 5%，其短路電流從 14. 89 mA*cnT2 大幅提升到 17. 3 mA*cnT2。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于將醋酸鋅溶解到無水乙醇中，將相當(dāng)于醋酸鋅摩爾含量1%— 3%的硝酸鋁溶解到上述溶液中攪拌15分鐘，然后加入與醋酸鋅摩爾含量相同的二乙醇胺，升溫到60度攪拌30分鐘，獲得ZnO濃度為0. 1-0. 5mol/L的Al摻雜ZnO溶膠；使用旋涂法，將溶膠在導(dǎo)電玻璃上甩膠做膜，在500°C退火1小時(shí)后獲得厚度為 8(Tl30nm的AZO透明導(dǎo)電致密層；再將TiO2漿料涂覆到有AZO透明導(dǎo)電致密層的導(dǎo)電玻璃上，在500°C退火1小時(shí)，獲得 Azomo2復(fù)合光陽(yáng)極。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述二氧化鈦漿料由水熱合成制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，復(fù)合光陽(yáng)極包括Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電致密層薄膜和二氧化鈦納米晶薄膜兩層。AZO透明導(dǎo)電致密薄膜通過旋涂法制備在導(dǎo)電玻璃上，利用涂覆法將二氧化鈦納米晶薄膜制備到AZO薄膜上構(gòu)成復(fù)合光陽(yáng)極。該方法提高了染料敏化太陽(yáng)能電池的開路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)化效率，而且成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，具有好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01M14/00GK102324312SQ20111018409
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉鈺旻, 孫小華, 孫巍巍, 彭天右, 彭濤, 趙興中 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)