專利名稱：染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏領(lǐng)域有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池，具體為染料敏化太 陽能電池光陽極基板的制備方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池由于其成本低、易于制作等優(yōu)點引起人們的廣泛關(guān)注，目前國內(nèi)外關(guān)于該類電池的大面積的制作工藝的優(yōu)化及效率的提高等工作正在廣泛開展。但是由于FTO導(dǎo)電玻璃的面電阻較大，大概在20 Ω-30 Ω之間，電池的面積的增大致使電子在傳輸?shù)倪^程中損失增多，電荷的復(fù)合幾率也加大，從而導(dǎo)致電池的光電轉(zhuǎn)換效率下降。目前用于解決大面積染料敏化太陽能電池的效率的問題的常用方法是在大面積的導(dǎo)電玻璃基底上金屬柵極以增強電子的傳輸。但是由于金屬柵極是采用導(dǎo)電的金屬電子漿料進行高溫?zé)Y(jié)制備而得，常容易與電解質(zhì)反應(yīng)而影響體系的穩(wěn)定性。有學(xué)者采用高分子進行保護，此方法不僅僅使電池的制備工序增加，同時對阻隔材料的性能要求也很高。目前還沒有確定很適合的材料確保電池的長期穩(wěn)定性，因此阻礙了 DSC電池的商業(yè)化的進程和廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決金屬柵極與電解質(zhì)直接接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致電池的性能下降的問題，同時為了更為有效的利用光陽極基板的受光面積，本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法，該方法包括下述步驟步驟1，清洗普通玻璃基底將普通玻璃基片經(jīng)蒸餾水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超聲清洗機中清洗，晾干備用；步驟2，制備導(dǎo)電金屬柵極在清洗干凈的玻璃基片上，按照設(shè)計圖形通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極；步驟3，制備FTO導(dǎo)電玻璃基板I)配制前驅(qū)體溶液取氯化物溶于無水乙醇中，在80°C下回流3_5h，按比例緩慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流l_3h，加入甲酰胺調(diào)節(jié)pH值至I. 5-3，再加入NH4F水溶液，攪拌，配制好的溶液靜止24h待用；2)將步驟2經(jīng)印刷金屬柵極后的基片固定在甩膜機上，將步驟3-1)配制的前驅(qū)體溶液用膠頭滴管滴加數(shù)滴在該基片上，以1400r/min的轉(zhuǎn)速甩膜，然后真空干燥，再高溫?zé)Y(jié)，得到摻氟的金屬氧化物；3)重復(fù)步驟2)甩膜過程2-4次，最終在500°C下高溫?zé)Y(jié)10_20min，即得到帶有金屬柵極的染料敏化太陽能電池光陽極FTO導(dǎo)電玻璃基板。本發(fā)明進一步的特征在于
所述超聲清洗時間為15_20min。所述通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極是在150-180°C下干燥10-20min，然后在燒結(jié)溫度為450°C _600°C燒結(jié)15-30min ;再經(jīng)過500°C的溫度燒結(jié)30min。所述金屬柵極為金、鋁、銅、鉬、銀、銦、鎳、鐵或錫。 所述步驟3中前驅(qū)體溶液中，導(dǎo)電薄膜材料=NH4F摩爾比為O. 25-1 :1。所述步驟3中前驅(qū)體溶液中，水和乙醇混合液體積比為O. 5-1:1。所述氯化物為氯化銦、氯化錫或者氯化銦錫。所述步驟3-2)中于真空干燥箱中90-120°C干燥10_20min，再放入馬氟爐中高溫?zé)Y(jié)，緩慢加溫至280-320°C并恒溫10-20min。該技術(shù)可以有效的解決目前大面積的DSC電池的光電轉(zhuǎn)換效率低的問題，同時增加DSC電池的有效的利用面積?？梢院喕疍SC電池大面積的制備過程，而且對DSC電池的商業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。本發(fā)明的特點在于在光陽極基板的導(dǎo)電薄膜下面設(shè)計有金屬柵極，進而增加電子的傳輸速率，有效的避免電荷的復(fù)合，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率；同時避免了金屬柵極與電解質(zhì)的直接接觸，也提高了光陽極基板的有效利用面積。本發(fā)明的陽極基底材料的底部為透明玻璃，其透光率要求在90%以上。通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其表面制備有金屬柵極，金屬柵極的制作主要采用導(dǎo)電的金屬漿料用絲網(wǎng)印刷機進行涂覆，經(jīng)過500°C -800°C高溫?zé)Y(jié)而成。經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)的金屬柵極具有較好的導(dǎo)電性能，但是由于金屬元素活性較強，容易與電池中的電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而影響電池性能的穩(wěn)定性。同時太陽能電池工作過程中要求玻璃基底具有良好的導(dǎo)電性和透光率。因此采用磁控濺射、真空蒸鍍、化學(xué)氣相沉積或者溶膠凝膠法等方法進行氧化銦、氧化錫或者摻氟的氧化銦錫透明薄膜的制備，制備的薄膜的透光率在85%以上，面電阻在5 Ω-10 Ω之間。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施例I—種染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法，該方法包括下述步驟步驟1，清洗普通玻璃基底將普通玻璃基片經(jīng)蒸餾水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超聲清洗機中清洗15分鐘，晾干備用；步驟2，制備導(dǎo)電金屬柵極在清洗干凈的玻璃基片上，按照設(shè)計圖形通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極(金屬柵極為金)；在150°C下干燥20min，然后在燒結(jié)溫度為450°C燒結(jié)30min ;再經(jīng)過500°C的溫度燒結(jié)30min，得到所需要的柵極；步驟3，制備FTO導(dǎo)電玻璃基板I)配制前驅(qū)體溶液取氯化錫溶于無水乙醇中，在80°C下回流3h，按水和乙醇混合液體積比為0.5 :1比例緩慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流lh，加入甲酰胺調(diào)節(jié)pH值至I. 5，再加入NH4F水溶液(氯化錫順/摩爾比為O. 25 :1)，攪拌，配制好的溶液靜止24h待用；2)將步驟2經(jīng)印刷金柵極后的基片固定在甩膜機上，將步驟3-1)配制的前驅(qū)體溶液用膠頭滴管滴加數(shù)滴在該基片上，以1400r/min的轉(zhuǎn)速甩膜，然后于真空干燥箱中90°C干燥20min，再放入馬氟爐中高溫?zé)Y(jié)，緩慢加溫至280°C并恒溫20min，得到摻氟的氧化3)重復(fù)步驟2)甩膜過程2次，最終在500°C下高溫?zé)Y(jié)lOmin，即得到帶有金屬柵極的染料敏化太陽能電池光陽極FTO導(dǎo)電玻璃基板。
實施例2一種染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法，該方法包括下述步驟步驟1，清洗普通玻璃基底將普通玻璃基片經(jīng)蒸餾水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超聲清洗機中清洗20分鐘，晾干備用；步驟2，制備導(dǎo)電金屬柵極在清洗干凈的玻璃基片上，按照設(shè)計圖形通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極(金屬柵極為銀)；在170°C下干燥15min，然后在燒結(jié)溫度為500°C燒結(jié)20min ;再經(jīng)過500°C的溫度燒結(jié)30min，得到所需要的柵極；步驟3，制備FTO導(dǎo)電玻璃基板I)配制前驅(qū)體溶液取氯化銦溶于無水乙醇中，在80°C下回流4h，按水和乙醇混合液體積比為0.8 :1比例緩慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流2h，加入甲酰胺調(diào)節(jié)pH值至2，再加入NH4F水溶液(氯化銦NH4F摩爾比為O. 5 :1 )，攪拌，配制好的溶液靜止24h待用；2)將步驟2經(jīng)印刷銀柵極后的基片固定在甩膜機上，將步驟3-1)配制的前驅(qū)體溶液用膠頭滴管滴加數(shù)滴在該基片上，以1400r/min的轉(zhuǎn)速甩膜，然后于真空干燥箱中110°C干燥15min，再放入馬氟爐中高溫?zé)Y(jié)，緩慢加溫至300°C并恒溫15min，得到摻氟的氧化銦；3)重復(fù)步驟2)甩膜過程3次，最終在500°C下高溫?zé)Y(jié)15min，即得到帶有金屬柵極的染料敏化太陽能電池光陽極FTO導(dǎo)電玻璃基板。實施例3一種染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法，該方法包括下述步驟步驟1，清洗普通玻璃基底將普通玻璃基片經(jīng)蒸餾水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超聲清洗機中清洗20分鐘，晾干備用；步驟2，制備導(dǎo)電金屬柵極在清洗干凈的玻璃基片上，按照設(shè)計圖形通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極(金屬柵極為銅)；在180°C下干燥lOmin，然后在燒結(jié)溫度為600°C燒結(jié)15min ;再經(jīng)過500°C的溫度燒結(jié)30min，得到所需要的柵極；步驟3，制備FTO導(dǎo)電玻璃基板I)配制前驅(qū)體溶液取氯化銦錫溶于無水乙醇中，在80°C下回流5h，按水和乙醇混合液體積比為I :1比例緩慢加入水和乙醇混合液，在80°c下回流3h，加入甲酰胺調(diào)節(jié)pH值至3，再加入NH4F水溶液(摻氟的氯化銦錫=NH4F摩爾比為I :I)，攪拌，配制好的溶液靜止24h待用；2)將步驟2經(jīng)印刷銅柵極后的基片固定在甩膜機上，將步驟3-1)配制的前驅(qū)體溶液用膠頭滴管滴加數(shù)滴在該基片上，以1400r/min的轉(zhuǎn)速甩膜，然后于真空干燥箱中120°C干燥lOmin，再放入馬氟爐中高溫?zé)Y(jié)，緩慢加溫至320°C并恒溫lOmin，得到摻氟的氧化銦
5
3)重復(fù)步驟2)甩膜過程4次，最終在500°C下高溫?zé)Y(jié)20min，即得到帶有金屬柵極的染料敏化太陽能電池光陽極FTO導(dǎo)電玻璃基板。本發(fā)明金屬柵極可以是金、鋁、銅、鉬、銀、銦、鎳、鐵或錫中的一種。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變形，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍因由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.染料敏化太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟步驟1，清洗普通玻璃基底將普通玻璃基片經(jīng)蒸餾水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超聲清洗機中清洗，晾干備用；步驟2，制備導(dǎo)電金屬柵極在清洗干凈的玻璃基片上，按照設(shè)計圖形通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極；步驟3，制備FTO導(dǎo)電玻璃基板O配制前驅(qū)體溶液取氯化物溶于無水乙醇中，在80°C下回流3-5h，按比例緩慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流l_3h，加入甲酰胺調(diào)節(jié)pH值至I. 5-3，再加入順/水溶液，攪拌,配制好的溶液靜止24h待用；2)將步驟2經(jīng)印刷金屬柵極后的基片固定在甩膜機上，將步驟3-1)配制的前驅(qū)體溶液用膠頭滴管滴加數(shù)滴在該基片上，以1400r/min的轉(zhuǎn)速甩膜，然后真空干燥，再高溫?zé)Y(jié)，得到摻氟的金屬氧化物；3)重復(fù)步驟2)甩膜過程2-4次，最終在500°C下高溫?zé)Y(jié)10-20min，即得到帶有金屬柵極的染料敏化太陽能電池光陽極FTO導(dǎo)電玻璃基板。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述超聲清洗時間為15-20min。
3.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述通過絲網(wǎng)印刷的方法印刷金屬柵極是在150-180°C下干燥10-20min，然后在燒結(jié)溫度為4500C _600°C燒結(jié) 15-30min ;再經(jīng)過 500°C 的溫度燒結(jié) 30min。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述金屬柵極為金、招、銅、鉬、銀、銦、鎳、鐵或錫。
5.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述步驟3中前驅(qū)體溶液中，導(dǎo)電薄膜材料=NH4F摩爾比為O. 25-1 I。
6.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述步驟3中前驅(qū)體溶液中，水和乙醇混合液體積比為O. 5-1:1。
7.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述氯化物為氯化銦、氯化錫或者氯化銦錫。
8.如權(quán)利要求I所述的太陽能電池光陽極基板的制備方法，其特征在于，所述步驟3-2)中于真空干燥箱中90-120°C干燥10-20min，再放入馬氟爐中高溫?zé)Y(jié)，緩慢加溫至280-320°C 并恒溫 10-20min。
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基板的制備方法，包括1)清洗普通玻璃基底；2)制備導(dǎo)電金屬柵極；3)制備透明導(dǎo)電薄膜把配制好的透明導(dǎo)電薄膜采用磁控濺射、真空蒸鍍、化學(xué)氣相沉積和溶膠凝膠法，即得染料敏化太陽能電池光陽極的基板。按本發(fā)明方法制備染料敏化太陽能電池光陽極基板，解決了金屬柵極與電解質(zhì)直接接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致電池的性能下降的問題，光陽極基板的受光面積得到了更為有效的利用。
文檔編號H01G9/042GK102915849SQ20121038783
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者姜春華 申請人:彩虹集團公司