專利名稱：染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法及其修飾工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法及其修飾工藝。
背景技術(shù)：
太陽能電池作為能源的一種新形式，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。染料敏化太陽能電池由于其使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、無毒無污染等特性，占據(jù)了太陽能電池的市場(chǎng)。目前染料敏化太陽能電池(DSSC)，通常由染料敏化半導(dǎo)體氧化物膜(通常為納米二氧化鈦)、電解質(zhì)和對(duì)電極組成；而影響染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能的主要因素之一為二氧化鈦納米晶的性質(zhì)和組成及形態(tài)。納米二氧化鈦(TiO2)的物理化學(xué)性質(zhì)取決于其粒徑、形貌和晶型。在銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種晶型中，銳鈦礦型納米TiO2在染料敏化太陽電池(DSSC)中具有最佳的光電性能，但是，銳鈦礦型納米TiO2對(duì)光的散射性能較差。為了提高太陽光利用率，可采用往DSSC光電極中摻入次微米級(jí)大顆粒TW2形成散射中心的技術(shù)方案或單獨(dú)將這些次微米級(jí)大顆粒TiO2作反射層置于光電極之上，這些方法能明顯提高DSSC光電轉(zhuǎn)換效率；但是次微米級(jí)大顆粒TW2比表面積較低，染料吸附能力差、摻入光電極中會(huì)降低染料吸附量，影響光生電子傳輸過程，反射層本身無法進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，僅能起到散射光作用，這些缺陷限制了 DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的提高幅度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠提高光電轉(zhuǎn)化效率的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法及其修飾工藝。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，采用鈦鹽水解法，利用堿性溶液促進(jìn)水解，形成白色沉淀至溶液PH = 6 8 ；將白色沉淀洗滌后，利用氧化物溶解，制備過氧化鈦中間產(chǎn)物，按照比例用蒸餾水稀釋，在水熱釜中按照一定溫度和時(shí)間處理，獲得均勻短棒狀的納米級(jí)二氧化鈦電池散射層漿料；其具體工藝步驟如下(1)取鈦鹽溶解于蒸餾水中，形成溶液，鈦鹽與蒸餾水的重量配比為1 5 1 20 ；(2)向步驟(1)制得的溶液中滴加溶質(zhì)含量為5% -40%堿性溶液，鈦鹽與堿性溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，直至溶液pH為6 8 ；(3)將步驟(2)制得的沉淀物從溶液中離心分離，對(duì)分離出的沉淀物進(jìn)行水洗，水洗三次，每次水洗時(shí)間為5-15分鐘；(4)向步驟C3)得到的沉淀物中加入溶質(zhì)含量為5% -30%的氧化物至沉淀完成溶解形成過氧化鈦溶液；( 把過氧化鈦溶液與蒸餾水按照體積比為1 1 1 20稀釋后，加入反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度為100°c 220°C，反應(yīng)時(shí)間為6-48小時(shí)，獲得電池散射層漿料。所述步驟(1)中所用鈦鹽為硫酸鈦、鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、乳酸鈦銨等。所述步驟O)中所用堿性溶液為氨水溶液、氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氫氧化鋇溶液、氫氧化鈣溶液等。所述步驟(4)中所用氧化物為雙氧水、過氧化鈉、過氧化鉀、過氧化鋇、過氧化鈣等。所述染料敏化太陽能電池散射層漿料的修飾工藝，所述染料敏化太陽能電池散射層漿料用于修飾染料敏化電池光陽極膜層，具體包括以下步驟；(1)將光陽極膜層冷卻后浸泡到散射層漿料中，反應(yīng)1 60分鐘；(2)取出光陽極膜層，用乙醇沖洗表面，自然晾干；(3)將步驟(2)處理的光陽極膜層放入烘箱中，烘烤溫度為50 150°C，烘烤時(shí)間為5 120分鐘；(4)將步驟(3)處理的光陽極膜層放入馬弗爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400 550°C， 燒結(jié)時(shí)間為5 120分鐘，制得經(jīng)電池散射層漿料修飾的染料敏化電池光陽極膜層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所述染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法及其修飾工藝，采用鈦鹽水解制備過氧化鈦中間產(chǎn)物，通過水熱處理獲得均勻棒狀的二氧化鈦納米材料，并用其修飾構(gòu)建DSSC的散射層；電池散射層漿料的制備過程中，無需使用表面活性劑， 最終漿料體系處于中性環(huán)境，能夠有效避免對(duì)光電轉(zhuǎn)換層和導(dǎo)電層的腐蝕作用；利用本發(fā)明提供的銳鈦礦相棒狀二氧化鈦溶膠取代次微米級(jí)大顆粒Ti02，用作染料敏化太陽能電池的散射層修飾劑；經(jīng)過散射層溶膠修飾后，所組裝的染料敏化太陽能電池光電流密度得到了提高，且有效提高了 DSSC電池的光電轉(zhuǎn)換效率。


下面對(duì)本發(fā)明說明書各幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說明圖1為本發(fā)明染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法制得的電池散射層晶體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明染料敏化太陽能電池電池光陽極經(jīng)本發(fā)明散射層漿料的制備方法制得電池散射層漿料修飾后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中電池光陽極未經(jīng)修飾時(shí)的光電轉(zhuǎn)換層晶體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法制得的電池散射層漿料修飾電池光陽極后的光電轉(zhuǎn)換層的晶體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為未經(jīng)本發(fā)明染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法制得的電池散射層漿料修飾的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率示意圖；圖6為經(jīng)過本發(fā)明染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法制得的電池散射層漿料修飾的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率示意圖；上述圖中的標(biāo)記均為1、散射層，2、光電轉(zhuǎn)換層，3、導(dǎo)電層。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖，通過對(duì)最優(yōu)實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，采用鈦鹽水解法，利用堿性溶液促進(jìn)水解，形成白色沉淀至溶液PH = 6 8 ；將白色沉淀洗滌后，利用氧化物溶解，制備二氧化鈦中間產(chǎn)物，按照比例用蒸餾水稀釋，在水熱釜中按照一定溫度和時(shí)間處理，即可獲得均勻棒狀的電池散射層漿料；包括以下實(shí)施例。實(shí)施例一所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其具體工藝步驟如下(1)取乳酸鈦銨溶解于蒸餾水中，形成溶液，乳酸鈦銨與蒸餾水的重量配比為 1:5;(2)向步驟(1)制得的溶液中滴加溶質(zhì)含量為40%氫氧化鉀溶液，乳酸鈦銨與氫氧化鉀溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，直至溶液PH為8 ；(3)將步驟(2)制得的沉淀物從溶液中離心分離，對(duì)分離出的沉淀物進(jìn)行水洗，水洗三次，每次水洗時(shí)間為15分鐘；(4)向步驟C3)得到的沉淀物中加入溶質(zhì)含量為30%的過氧化鈣，至沉淀完成溶解形成過氧化鈦溶液；( 把過氧化鈦溶液與蒸餾水按照體積比為1 20稀釋后，加入反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度為220°C，反應(yīng)時(shí)間為48小時(shí)，獲得電池散射層漿料。實(shí)施例二所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其具體工藝步驟如下(1)取四氯化鈦溶解于蒸餾水中，形成溶液，四氯化鈦與蒸餾水的重量配比為 1 20 ；(2)向步驟(1)制得的溶液中滴加溶質(zhì)含量為5%氫氧化鈉溶液，四氯化鈦與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，直至溶液PH為6 ；(3)將步驟(2)制得的沉淀物從溶液中離心分離，對(duì)分離出的沉淀物進(jìn)行水洗，水洗三次，每次水洗時(shí)間為5分鐘；(4)向步驟C3)得到的沉淀物中加入溶質(zhì)含量為5%的過氧化鈣至沉淀完成溶解形成過氧化鈦溶液；(5)把過氧化鈦溶液與蒸餾水按照體積比為1 1稀釋后，加入反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)，獲得電池散射層漿料。實(shí)施例三所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其具體工藝步驟如下(1)取硫酸鈦溶解于蒸餾水中，形成溶液，硫酸鈦與蒸餾水的重量配比為1 10;(2)向步驟(1)制得的溶液中滴加溶質(zhì)含量為20%氨水溶液，硫酸鈦與氨水溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，直至溶液PH為7 ；(3)將步驟(2)制得的沉淀物從溶液中離心分離，對(duì)分離出的沉淀物進(jìn)行水洗，水洗三次，每次水洗時(shí)間為10分鐘；(4)向步驟( 得到的沉淀物中加入溶質(zhì)含量為30%的雙氧水至沉淀完成溶解形成過氧化鈦溶液；(5)把過氧化鈦溶液與蒸餾水按照體積比為1 5稀釋后，加入反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度為150°C，反應(yīng)時(shí)間為M小時(shí)，獲得電池散射層漿料。實(shí)施例四所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其具體工藝步驟如下(1)取鈦酸異丙酯溶解于蒸餾水中，形成溶液，鈦酸異丙酯與蒸餾水的重量配比為 1 12 ；(2)向步驟(1)制得的溶液中滴加溶質(zhì)含量為30%氫氧化鉀溶液，鈦酸異丙酯與氫氧化鉀反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，直至溶液PH為8 ；(3)將步驟(2)制得的沉淀物從溶液中離心分離，對(duì)分離出的沉淀物進(jìn)行水洗，水洗三次，每次水洗時(shí)間為12分鐘；(4)向步驟C3)得到的沉淀物中加入溶質(zhì)含量為25%的過氧化鉀至沉淀完成溶解形成過氧化鈦溶液；(5)把氧化鈦溶液水溶液與蒸餾水按照體積比為1 15稀釋后，加入反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為36小時(shí)，獲得電池散射層漿料。由以上方法制得的電池散射層漿料制得的散射層晶體結(jié)構(gòu)形貌如圖1所示，從圖中可以觀察到，漿料粒徑在50nm左右，長(zhǎng)度在250nm左右，呈均勻短棒狀，產(chǎn)物的形貌一致性較好。電池散射層漿料的制備過程中，無需使用表面活性劑，最終漿料體系處于中性環(huán)境，能夠有效避免對(duì)光電轉(zhuǎn)換層和導(dǎo)電層的腐蝕作用，能夠提供電池光電轉(zhuǎn)換率；同時(shí)電池散射層由均勻短棒狀結(jié)構(gòu)的納米級(jí)二氧化鈦構(gòu)成，不會(huì)影響太陽能電池的表面吸附能力， 進(jìn)而太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率能夠得到有效提高；進(jìn)一步的，均勻棒狀結(jié)構(gòu)二氧化鈦具有結(jié)晶性好，且為銳鈦礦晶型；其涂覆在二氧化鈦表面時(shí)，由于為均勻棒狀形狀，可以以一定的取向排列在膜層上，形成良好的反光和散射作用；同時(shí)，由于其為銳鈦礦晶型，也可以吸收太陽光轉(zhuǎn)換為電子，通過棒狀結(jié)構(gòu)直接輸送到光陽極內(nèi)層，避免電子在大顆粒界面間不斷的傳輸，造成電池內(nèi)耗，進(jìn)而進(jìn)一步的提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率。所述染料敏化太陽能電池散射層漿料的修飾工藝，所述染料敏化太陽能電池散射層漿料用于修飾染料敏化電池光陽極膜層，具體包括以下步驟；(1)將光陽極膜層冷卻后浸泡到散射層漿料中，反應(yīng)1 60分鐘；(2)取出光陽極膜層，用乙醇沖洗表面，自然晾干；(3)將步驟⑵處理的光陽極膜層放入烘箱中，烘烤溫度為50 150°C，烘烤時(shí)間為5 120分鐘；(4)將步驟(3)處理的光陽極膜層放入馬弗爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400 550°C， 燒結(jié)時(shí)間為5 120分鐘，制得經(jīng)電池散射層漿料修飾的染料敏化電池光陽極膜層。經(jīng)均勻棒狀散射層漿料修飾后的染料敏化電池光陽極膜層的結(jié)構(gòu)如圖2所示，散射層1附著于光電轉(zhuǎn)換層2上，光電轉(zhuǎn)換層2覆蓋在導(dǎo)電層3中，其中，其散射層1為均勻棒狀的TW2散射層，克服了現(xiàn)有技術(shù)中在DSSC光電轉(zhuǎn)換層2中摻入次微米級(jí)大顆粒TW2 形成散射中心，或單獨(dú)將這些微米級(jí)大顆粒TiO2作反射層置于光電極之上的技術(shù)方案所存在的缺陷。圖3為光電轉(zhuǎn)換層的晶態(tài)示意圖，圖4為均勻棒狀散射層修飾染料敏化電池光陽極膜層后的晶態(tài)示意圖，圖5為染料敏化電池光陽極膜層未經(jīng)本發(fā)明制作散射層漿料修飾的電池的光電轉(zhuǎn)化性能的示意圖，圖6為染料敏化電池光陽極膜層經(jīng)本發(fā)明制作散射層漿料修飾的電池的光電轉(zhuǎn)化性能的示意圖，對(duì)比圖5及圖6可知，染料敏化天陽能電池的電流密度由4. 88mA/cm2提高到9. 23mA/cm2，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)化性能。
上面僅為本發(fā)明的優(yōu)選方案，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其特征在于具體工藝步驟如下；(1)取鈦鹽溶解于蒸餾水中，形成溶液，鈦鹽與蒸餾水的重量配比為1 5 1 20;(2)向步驟(1)制得的溶液中滴加溶質(zhì)含量為5%-40%堿性溶液，鈦鹽與堿性溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，直至溶液pH為6 8 ；(3)將步驟( 制得的沉淀物從溶液中離心分離，對(duì)分離出的沉淀物進(jìn)行水洗，水洗三次，每次水洗時(shí)間為5-15分鐘；(4)向步驟C3)得到的沉淀物中加入溶質(zhì)含量為的氧化物至沉淀完成溶解形成過氧化鈦溶液；(5)把過氧化鈦溶液與蒸餾水按照體積比為1 1 1 20稀釋后，加入反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度為100°C 220°C，反應(yīng)時(shí)間為6-48小時(shí)，獲得電池散射層漿料。
2.按照權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其特征在于 所述步驟(1)中鈦鹽與蒸餾水的重量配比為1 5 1 12 ；所述步驟O)中滴加的堿性溶液溶質(zhì)含量為5% -30%;所述步驟(3)中每次水洗時(shí)間為5-10分鐘；所述步驟⑷中加入的氧化物溶質(zhì)含量為5% -25%;所述步驟(5)中反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為100°C 180°C，反應(yīng)時(shí)間為6-36小時(shí)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中鈦鹽與蒸餾水的重量配比為1 5 1 10 ；所述步驟(2)中滴加的堿性溶液溶質(zhì)含量為5% -20%;所述步驟C3)中每次水洗時(shí)間為5-10分鐘；所述步驟(4)中加入的氧化物溶質(zhì)含量為5% -25%;所述步驟(5)中反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為100°C 150°C， 反應(yīng)時(shí)間為6- 小時(shí)。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中所用鈦鹽為硫酸鈦、鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、乳酸鈦銨。
5.按照權(quán)利要求1或2或3所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其特征在于所述步驟O)中所用堿性溶液為氨水溶液、氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氫氧化鋇溶液、氫氧化鈣溶液。
6.按照權(quán)利要求1或2或3所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中所用氧化物為雙氧水、過氧化鈉、過氧化鉀、過氧化鋇、過氧化鈣。
7.—種權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的染料敏化太陽能電池散射層漿料的修飾工藝，所述染料敏化太陽能電池散射層漿料用于修飾染料敏化電池光陽極膜層，其特征在于具體包括以下步驟；(1)將光陽極膜層冷卻后浸泡到散射層漿料中，反應(yīng)1 60分鐘；(2)取出光陽極膜層，用乙醇沖洗表面，自然晾干；(3)將步驟(2)處理的光陽極膜層放入烘箱中，烘烤溫度為50 150°C，烘烤時(shí)間為 5 120分鐘；(4)將步驟(3)處理的光陽極膜層放入馬弗爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400 550°C，燒結(jié)時(shí)間為5 120分鐘，制得經(jīng)電池散射層漿料修飾的染料敏化電池光陽極膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法及其修飾工藝，采用鈦鹽水解法，利用堿性溶液促進(jìn)水解，形成白色沉淀至溶液pH＝6～8；將白色沉淀洗滌后，利用氧化物溶解，制備二氧化鈦中間產(chǎn)物，按照比例用蒸餾水稀釋；在水熱釜中按照一定溫度和時(shí)間處理，即可直接獲得均勻棒狀的電池散射層漿料；所制備的散射層漿料用于修飾太陽能電池。本發(fā)明中，電池散射層漿料的制備過程中，無需使用表面活性劑，能夠有效避免對(duì)光電轉(zhuǎn)換層和導(dǎo)電層的腐蝕作用；利用本發(fā)明制備的銳鈦礦相棒狀二氧化鈦溶膠用作染料敏化太陽能電池的散射層修飾劑；經(jīng)修飾后的染料敏化太陽能電池光電流密度得到了提高，DSSC電池的光電轉(zhuǎn)換效率亦得到了有效提高。
文檔編號(hào)H01G9/04GK102360961SQ201110241940
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者嚴(yán)偉, 盧磊, 曾紹忠, 焦方方, 王秀田 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司