一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法
【專利摘要】一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法。其特征在于用噴霧器將鈦源溶液（鈦源與溶劑的體積比為1:1～1:10）噴出霧化到預先加熱到一定溫度（400～550℃）的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，通過熱分解鈦源生成二氧化鈦納米顆粒而制備光散射層。根據(jù)本發(fā)明制備的光散射層不但生產(chǎn)工藝簡單、成本低、所需設備簡單、易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，而且能夠顯著提高光陽極薄膜對太陽光的吸收，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。
【專利說明】一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池開發(fā)與利用研究領域，具體涉及一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，其特征在于用噴霧器將鈦源溶液(鈦源與溶劑的體積比為1:1?1:10)噴出霧化到預先加熱到一定溫度(400?550°C)的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，通過熱分解鈦源生成二氧化鈦納米顆粒而制備光散射層。
【背景技術】
[0002]染料敏化太陽電池主要是模仿光合作用原理而研制出來的一種新型太陽能電池，與目前已經(jīng)商業(yè)化的硅基太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池具有理論轉換效率高、原料豐富、材料穩(wěn)定、制作工藝簡單、成本低等諸多優(yōu)點，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢，被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵刂?。?991年瑞士的M.Gratzc丨教授在染料敏化太陽能電池研究取得突破性進展以來，美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)都投入了大量的資金進行研發(fā)。目前，染料敏化太陽能電池的最高轉換效率已經(jīng)達到了 13.1%。其中，由TiO2納米顆粒組成光陽極薄膜既是染料附著的載體，又起著關鍵的分離和傳輸電荷的作用，是染料敏化太陽能電池的核心組成部分之一。為了增大光陽極薄膜的比表面積，提高染料的吸附量，TiO2納米顆粒的粒徑一般都比較小，約為20nm，但納米粒子的尺寸越小，透過率就越高，反而造成了太陽光的浪費。因此，有必要在光陽極薄膜的外層制備由大粒徑的TiO2納米顆粒所組成的散射層，將透過內(nèi)層光陽極薄膜的太陽光反射回來再次被吸收利用，從而有效提高光陽極薄膜的捕光效率，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。
[0003]文獻“大粒徑TiO2反射層對染料敏化太陽能電池性能改進”(無機化學學報，2008，24 =2002-2006)使用大粒徑的TiO2納米顆粒制備了散射層，提高了對光的反射率。但該散射層的制備過程復雜，首先要用有機堿四甲基氫氧化銨做膠化劑制備大粒徑的TiO2納米顆粒，其次配制TiO2納米顆粒漿料，然后涂布漿料，最后還要經(jīng)過高溫熱處理才能獲得散身寸層 ° 文獻 “Dual - Function Scattering Layer of Submicrometer - Sized MesoporousTiO2Beads for High-Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells，， (Advanced FunctionalMaterial, 2010, 20:1301-1305)報道了一種由亞微米級別的介孔結構TiO2納米顆粒所組成的散射層，能夠有效提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。該散射層能夠在一定程度上提高光陽極薄膜的捕光效率，但制備過程仍然十分復雜，需要依次經(jīng)歷溶膠凝膠-水熱反應-過濾提取-制漿-印刷-熱處理等諸多步驟。以上及其它相關報道中，染料敏化太陽能電池光陽極薄膜散射層的制備基本要經(jīng)歷合成-提取-制漿-熱處理的復雜步驟，因此工藝流程復雜，不利用大規(guī)模生產(chǎn)應用?；诒景l(fā)明的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，通過在光陽極薄膜上直接熱分解霧化的鈦源即可完成，不但大大簡化工藝流程，而且能夠顯著提高光陽極薄膜對太陽光的吸收，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。
[0004]本發(fā)明開發(fā)了一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，制備工藝簡單、制備條件溫和、成本低、所需設備簡單、易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層能夠顯著提高光陽極薄膜對太陽光的吸收，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。根據(jù)本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層，在組裝染料敏化太陽能電池之后，獲得了 7.5%的光電轉換效率，與沒有制作光散射層的的染料敏化太陽能電池相比，光電轉換效率提高了 23%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法。其特征是用噴霧器將鈦源溶液(鈦源與溶劑的體積比為1:1?1:10)噴出霧化到預先加熱到一定溫度(400?550°C)的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，通過熱分解鈦源生成二氧化鈦納米顆粒而制備光散射層。根據(jù)本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層，在組裝染料敏化太陽能電池之后，獲得了 7.5%的光電轉換效率，與沒有制作光散射層的的染料敏化太陽能電池相比，光電轉換效率提高了 23%。
[0006]本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法。包括以下幾個步驟:
步驟1:在噴霧器中配制鈦源溶液(鈦源與溶劑的體積比為1:1?1:10)；
步驟2:將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜加熱到400?550°C ；
步驟3:將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，通過熱分解霧化的鈦源生成二氧化鈦納米顆粒而獲得光散射層。
[0007]其中鈦源是乙酰丙酮鈦、鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四丙酯、四氯化鈦中的一種。
[0008]其中溶解鈦源的溶劑是乙醇或丙酮。
[0009]其中鈦源與溶劑的體積比為1:1?1:10，霧化熱解的溫度為400?550°C。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:提出了一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法。該光散射層通過在光陽極薄膜上直接熱分解霧化的鈦源即可完成，不但大大簡化工藝流程，而且制備條件溫和、成本低、所需設備簡單、生產(chǎn)安全性強，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層能夠顯著提高光陽極薄膜對太陽光的吸收，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。根據(jù)本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層，在組裝染料敏化太陽能電池之后，獲得了 7.5%的光電轉換效率，與沒有制作光散射層的的染料敏化太陽能電池相比，光電轉換效率提高了 23%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]圖1是包含根據(jù)本發(fā)明制備的光散射層的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜結構示意圖。從圖中可以看出，該染料敏化太陽能電池光陽極薄膜由三部分組成，分別是導電玻璃1、由小粒徑的TiO2納米顆粒所形成的光吸收層2，以及由大粒徑的TiO2納米顆粒所形成的光散射層3。
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層的正面掃描電鏡圖。從圖中可以看出，形成光散射層的TiO2納米顆粒的粒徑為200納米左右。[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層的側面掃描電鏡圖。從圖中可以看出，光散射層與光吸收層之間沒有間隙，說明光散射層與光吸收層的結合效果良好。
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層的X射線衍射譜圖。從圖中可以看出，主要成分為Ti02。
[0016]圖5是基于無光散射層的光陽極薄膜所組裝的染料敏化太陽能電池的光電流-光電壓曲線圖(曲線I)和基于本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層所組裝的染料敏化太陽能電池的光電流-光電壓曲線圖(曲線2)。從圖中可以看出，基于本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層所組裝的染料敏化太陽能電池的光電性能得到了明顯的改善。
【具體實施方式】
[0017]實施例1:以乙酰丙酮鈦為鈦源，以丙酮為溶劑，制備染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層。在噴霧器中預先加入IOOml丙酮，將10?IOOml的乙酰丙酮鈦攪拌下緩慢滴入噴霧器中，繼續(xù)攪拌5min后配制成鈦源溶液。將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜置于加熱板上，加熱到400?550°C。將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，熱分解霧化的鈦源，保溫時間lh，自然降溫后，即獲得光散射層。
[0018]實施例2:以鈦酸四丁酯為鈦源，以乙醇為溶劑，制備染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層。在噴霧器中預先加入IOOml乙醇，將10?IOOml的鈦酸四丁酯攪拌下緩慢滴入噴霧器中，繼續(xù)攪拌5min后配制成鈦源溶液。將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜置于加熱板上，加熱到400?550°C。將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，熱分解霧化的鈦源，保溫時間lh，自然降溫后，即獲得光散射層。
[0019]實施例3:以鈦酸四乙酯為鈦源，以乙醇為溶劑，制備染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層。在噴霧器中預先加入IOOml乙醇，將10?IOOml的鈦酸四乙酯攪拌下緩慢滴入噴霧器中，繼續(xù)攪拌5min后配制成鈦源溶液。將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜置于加熱板上，加熱到400?550°C。將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，熱分解霧化的鈦源，保溫時間lh，自然降溫后，即獲得光散射層。
[0020]實施例4:以鈦酸四丙酯為鈦源，以乙醇為溶劑，制備染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層。在噴霧器中預先加入IOOml乙醇，將10?IOOml的鈦酸四丙酯攪拌下緩慢滴入噴霧器中，繼續(xù)攪拌5min后配制成鈦源溶液。將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜置于加熱板上，加熱到400?550°C。將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，熱分解霧化的鈦源，保溫時間lh，自然降溫后，即獲得光散射層。
[0021]實施例5:以四氯化鈦為鈦源，以乙醇為溶劑，制備染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層。在噴霧器中預先加入IOOml乙醇，將IOml的四氯化鈦劇烈攪拌下緩慢滴入噴霧器中，繼續(xù)攪拌5min后配制成鈦源溶液。將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜置于加熱板上，加熱到400?550°C。將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，熱分解霧化的鈦源，保溫時間lh，自然降溫后，即獲得光散射層。
[0022]本發(fā)明所制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層通過在光陽極薄膜上直接熱分解霧化的鈦源即可獲得，不但大大簡化工藝流程，而且制備條件溫和、成本低、所需設備簡單、生產(chǎn)安全性強，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層能夠顯著提高光陽極薄膜對太陽光的吸收，提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。
[0023]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已。并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；凡熟悉本專業(yè)的普通技術人員均可按說明書附圖和以上所述而順暢地實施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術人員在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術內(nèi)容而作出的些許更改、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實施技術對以上實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變等，均屬于本發(fā)明的技術方案的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.本發(fā)明的目的是提供一種染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，其特征是用噴霧器將鈦源的乙醇溶液噴出霧化到預先加熱到一定溫度的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，通過熱分解鈦源生成二氧化鈦納米顆粒而制備光散射層，該光散射層的制備包括以下幾個步驟: 步驟1:在噴霧器中配制鈦源溶液(鈦源與溶劑的體積比為1:1?1:10)； 步驟2:將染料敏化太陽能電池光陽極薄膜加熱到400?550°C ； 步驟3:將鈦源溶液噴出霧化到預先加熱的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜上，通過熱分解霧化的鈦源生成二氧化鈦納米顆粒而獲得光散射層。
2.根據(jù)權利要求1所述的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，其中鈦源是乙酰丙酮鈦、鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四丙酯、四氯化鈦中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，其中溶解鈦源的溶劑是乙醇或丙酮。
4.根據(jù)權利要求1所述的染料敏化太陽能電池光陽極薄膜光散射層及其制備方法，其中鈦源與溶劑的體積比為1:1?1:10，霧化熱解的溫度為400?550°C。
【文檔編號】H01G9/20GK103871749SQ201410103901
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權日:2014年3月19日
【發(fā)明者】楊廣武, 賀冰, 苗程成, 郭文躍 申請人:中國石油大學(華東)