專利名稱：一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池，具體是指一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。
背景技術(shù)：
1991年，瑞士 Gratzel教授等人開發(fā)出了基于多孔二氧化鈦薄膜及有機(jī)染料構(gòu)成的染料敏化太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)7. 1% -7. 9%。染料敏化太陽能電池以原材料豐富，成本低，制備工藝相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，成為太陽能行業(yè)新的研究熱點(diǎn)。染料敏化太陽能電池主要由涂覆在導(dǎo)電基底上的多孔二氧化鈦薄膜，染料敏化劑，電解質(zhì)，對(duì)電極構(gòu)成。 其中二氧化鈦薄膜在電池中起著分離電荷和運(yùn)輸電子的作用，是染料敏化太陽能電池的重要組成部分。目前二氧化鈦薄膜的制備方法主要有水熱合成法、溶膠-凝膠法、粉末涂覆法、電化學(xué)沉積法、磁控濺射和離子噴涂等方法。其中最常使用的方法是溶膠-凝膠法。傳統(tǒng)溶膠-凝膠法制備二氧化鈦薄膜的過程是先將鈦酸酯類化合物為前軀體水解制備出二氧化鈦膠體，再經(jīng)200°C的高壓釜處理，濾除溶劑后加表面活性劑研磨制得二氧化鈦膠體。然后經(jīng)直接涂膜，絲網(wǎng)印刷，旋涂等方法在導(dǎo)電基底上沉積二氧化鈦，再經(jīng)500°C燒結(jié)制備出二氧化鈦電極。因?yàn)樵谌苣z-凝膠法制備二氧化鈦的工藝中需要經(jīng)過高壓熱釜處理，導(dǎo)致這種工藝能耗大，危險(xiǎn)性高，且后續(xù)的涂膜過程不適用于復(fù)雜形狀基底，不利于批量化生產(chǎn)。專利號(hào)為ZL200910218663、公告號(hào)為CN1013M968B的中國發(fā)明專利，公開了一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法，包括下述步驟(1)將顆粒尺寸為10 50nm， 厚度為10 50um的二氧化鈦納米多孔薄膜放入10_5 Krtiol/L染料的乙醇溶液中浸泡 1 M小時(shí)，用無水乙醇沖洗后晾十；( 將上述染料敏化后的納米多孔薄膜放入體積比為 1 10 1 50的正硅酸乙酷和環(huán)己烷的混合溶液中，按混合溶液體積的 5%加入表面活性劑，混合均勻后浸泡20 60分鐘，按正硅酸乙酷體積的40% 70%加入氨水，室溫浸泡1 12小時(shí)，反應(yīng)沉積一層納米二氧化硅層；C3)將上述步驟修飾后所得到的納米多孔薄膜在10_5 10_3mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1 M小時(shí)，用無水乙醇沖洗后晾干， 即形成染料敏化太陽能電池光陽極。上述方法也避免了現(xiàn)有傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法的不足， 得制得的染料敏化太陽能電池光陽極在生產(chǎn)應(yīng)用中的性能還不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡便易行、對(duì)基底無限制、安全性較高、且適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，包括下述步驟(1) 將導(dǎo)電玻璃基片清洗干凈后，放入去離子水中靜置待用；( 在室溫下，配制濃度為0. 1 0. 9mol/L的純氟鈦酸銨(NH4)2TiF6水溶液和濃度為0. 1 0. 9mol/L的硼酸H3B03水溶液，將純氟鈦酸銨(NH4) 2TiF6和硼酸H;3B03混合均勻后加入聚乙二醇PEG-400，即制得反應(yīng)液；C3)將步驟(1)中的導(dǎo)電玻璃基片放入步驟( 制得的反應(yīng)液中，沉積2 3 后取出，用去離子水沖洗干凈，室溫下吹干；然后再在350 560°C下燒結(jié)15 50分鐘后后取出，完成在導(dǎo)電玻璃基片的表面的二氧化鈦薄膜的制備；(4)將步驟C3)制備的含有二氧化鈦薄膜導(dǎo)電玻璃基片浸泡在濃度為4X 10_4 2X 10_4mOl/L的染料N719中，5 他后取出晾干，即可形成染料敏化太陽能電池光陽極。所述的導(dǎo)電玻璃基片的清洗過程如下先將導(dǎo)電玻璃基片放在洗滌劑中浸泡6 20分鐘，用超聲波清洗；接著將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片放入有去離子水、氨水和過氧化氫配成的清洗液超聲波清洗6 20分鐘；然后將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片放入由去離子水、鹽酸和過氧化氫組成的清洗液超聲清洗6 20分鐘；最后將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片用去離子水沖洗干凈，放入去離子水中靜置待用。所述的純氟鈦酸銨(NH4) 2TiF6和硼酸H3BO3的混合液中，進(jìn)行下列的配位體交換反應(yīng)[Tiig2-+nH20< = >TiF6_n(0H)n2-+nHF，加入的硼酸與F—反應(yīng)形成絡(luò)離子使這個(gè)平衡反應(yīng)向右移動(dòng)并加速了配位體的交換反應(yīng)H3B03+4HF< = >BF4-+H30++2H20，最終消耗了未配位的 F—，加速了水解反應(yīng)的進(jìn)行，由[TiF6]2-的水解形成的[Ti(OH)6]2-脫水，使TiO2薄膜在浸入溶液的導(dǎo)電玻璃基片上形成。本發(fā)明染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法采用液相沉積法制備二氧化鈦薄膜，液相沉積法既不需要高壓熱釜的過程也不需要后續(xù)的涂膜過程，直接在室溫將導(dǎo)電基底浸泡在氟鈦酸銨、硼酸和表面活性劑的混合液中，沉積一段時(shí)間后取出燒結(jié)，便制備出二氧化鈦電極?；诜佀徜@在弱酸環(huán)境中的水解作用，向其中加入高分子化合物(充當(dāng)表面活性劑)，在導(dǎo)電玻璃基板上沉積二氧化鈦薄膜，避免長時(shí)間的高溫?zé)岣磻?yīng)及繁雜的涂膜過程，同時(shí)可制得與溶膠-凝膠法光電轉(zhuǎn)化效率相當(dāng)?shù)娜玖厦艋柲茈姵?。相?duì)于傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法制備染料敏化太陽能電池的二氧化鈦薄膜，本發(fā)明的優(yōu)勢在于，不需要高溫高壓的熱釜反應(yīng)及涂膜過程，僅需沉積就可完成整個(gè)二氧化鈦膜的制備，方法簡單，反應(yīng)條件溫和，工藝可靠安全。


附圖1為本發(fā)明染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法的生產(chǎn)流程示意圖；附圖2為本發(fā)明染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法的光陽極組裝的電池的電流電壓曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合說明書附圖來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一如附圖1所示，本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，包括下述步驟(1)將導(dǎo)電玻璃基片清洗干凈后，放入去離子水中靜置待用；( 在室溫下 (250C )，配制濃度為配制濃度為0. 3mol/L的(NH4) 2TiF6水溶液，硼酸濃度為0. 2mol/L,取每種藥品細(xì)1混合均勻后加入0. 48g的PEG-400 ； (3)配置好反應(yīng)液后，將導(dǎo)電玻璃基板放置其中，沉積24h后取出，用去離子水沖洗干凈，室溫下吹干；(4)然后再在450°C下燒結(jié)半小時(shí)后取出，完成二氧化鈦薄膜的制備；( 上述得到光陽極在3X 10-4mol/L的染料的有機(jī)溶劑中浸泡8個(gè)小時(shí)，取出晾干，即可形成染料敏化太陽能電池光陽極，將染料敏化太陽能電池光陽極采用碘/碘化鋰電解質(zhì)，鍍鉬的導(dǎo)電玻璃作為對(duì)電極，組裝成電池，并進(jìn)行光電性能測試。所述的導(dǎo)電玻璃基片的清洗過程如下先將導(dǎo)電玻璃基片放在洗滌劑中浸泡10 分鐘，用超聲波清洗；接著將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片放入有去離子水、氨水和過氧化氫配成的清洗液超聲波清洗10分鐘；然后將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片放入由去離子水、鹽酸和過氧化氫組成的清洗液超聲清洗10分鐘；最后將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片用去離子水沖洗干凈，放入去離子水中靜置待用。所述的純氟鈦酸銨(NH4)2TiF6和硼酸H3BO3的混合液中，進(jìn)行下列的配位體交換反應(yīng)[TiF6]2-+nH20< = >TiF6_n (OH) +nHF，加入的硼酸與F—反應(yīng)形成絡(luò)離子使這個(gè)平衡反應(yīng)向右移動(dòng)并加速了配位體的交換反應(yīng)H3B03+4HF< = >BF4-+H30++2H20，最終消耗了未配位的 F—，加速了水解反應(yīng)的進(jìn)行，由[TiF6]2-的水解形成的[Ti(OH)6]2-脫水，使TiO2薄膜在浸入溶液的導(dǎo)電玻璃基片上形成。實(shí)施例二與實(shí)施例一不同的是在室溫下(25°C )，配制濃度為配制濃度為0.3mol/L的 (NH4) 2TiF6水溶液，硼酸濃度為0. 2mol/L,取每種藥品細(xì)1混合均勻后加入0. 96g的 PEG-400。配置好反應(yīng)液后，將導(dǎo)電玻璃基板放置其中，沉積24h后取出，用去離子水沖洗干凈，室溫下吹干。然后再在450°C下燒結(jié)半小時(shí)后取出，完成二氧化鈦薄膜的制備。將上述得到光陽極在3X 10-4mol/L的染料的有機(jī)溶劑中浸泡8個(gè)小時(shí)，取出晾干，采用碘/碘化鋰電解質(zhì)，鍍鉬的導(dǎo)電玻璃作為對(duì)電極，組裝成電池，并進(jìn)行光電性能測試。圖2為采用液相沉積法制備的光陽極組裝的染料敏化電池的光電流電壓曲線圖。 由圖可計(jì)算出采用液相沉積法制備的光陽極組裝的電池電流密度為13. 05mA/CnT2，開路電壓為0. 742V，填充因子為0. 63，光電轉(zhuǎn)化效率為6. 1%。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說明書附圖所示和以上所述而順暢地實(shí)施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，其特征在于，包括下述步驟(1)將導(dǎo)電玻璃基片清洗干凈后，放入去離子水中靜置待用；(2)在室溫下，配制濃度為0.1 0. 9mol/L的純氟鈦酸銨(NH4)2TiF6水溶液和濃度為0. 1 0. 9mol/L的硼酸Η!3Β03水溶液，將純氟鈦酸銨(ΝΗ4) 2TiF6和硼酸Η!3Β03混合均勻后加入聚乙二醇PEG-400，即制得反應(yīng)液；(3)將步驟(1)中的導(dǎo)電玻璃基片放入步驟(2)制得的反應(yīng)液中，沉積2 3 后取出，用去離子水沖洗干凈，室溫下吹干；然后再在350 560°C下燒結(jié)15 50分鐘后取出， 完成在導(dǎo)電玻璃基片的表面的二氧化鈦薄膜的制備；(4)將步驟(3)制備的含有二氧化鈦薄膜導(dǎo)電玻璃基片浸泡在濃度為4X10—4 2X10_4mol/L的染料N719中，5 他后取出晾干，即可形成染料敏化太陽能電池光陽極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，其特征在于，所述的導(dǎo)電玻璃基片的清洗過程如下先將導(dǎo)電玻璃基片放在洗滌劑中浸泡6 20分鐘，用超聲波清洗；接著將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片放入有去離子水、氨水和過氧化氫配成的清洗液超聲波清洗6 20分鐘；然后將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片放入由去離子水、鹽酸和過氧化氫組成的清洗液超聲清洗6 20分鐘；最后將上述步驟處理后的導(dǎo)電玻璃基片用去離子水沖洗干凈，放入去離子水中靜置待用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，其特征在于，所述的純氟鈦酸銨(NH4)2TiF6和硼酸H3BO3的混合液中，進(jìn)行下列的配位體交換反應(yīng) [Tiig2-+nH20< = >TiF6_n(0H)n2-+nHF，加入的硼酸與F—反應(yīng)形成絡(luò)離子使這個(gè)平衡反應(yīng)向右移動(dòng)并加速了配位體的交換反應(yīng)H3B03+4HF< = >BF4-+H30++2H20，最終消耗了未配位的F_， 加速了水解反應(yīng)的進(jìn)行，由[TiF6]2_的水解形成的[Ti(OH) 6]2_脫水，使TiO2薄膜在浸入溶液的導(dǎo)電玻璃基片上形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，包括下述步驟先將導(dǎo)電玻璃基片清洗干凈后，放入去離子水中靜置待用；接著將導(dǎo)電玻璃基片放入由純氟鈦酸銨(NH4)2TiF6、硼酸H3BO3和聚乙二醇PEG-400混合的反應(yīng)液中，沉積若干小時(shí)后取出，用去離子水沖洗干凈，室溫下吹干；然后燒結(jié)半小時(shí)后取出；最后將含有二氧化鈦薄膜導(dǎo)電玻璃基片浸泡的染料N719中，若干小時(shí)后取出晾干，即可形成染料敏化太陽能電池光陽極。本發(fā)明染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法具有簡便易行、對(duì)基底無限制、安全性較高、且適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/04GK102354606SQ201110290900
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月24日
發(fā)明者何泓材, 孔德廷, 王寧, 陳海軍 申請人:東莞電子科技大學(xué)電子信息工程研究院