一種染料敏化太陽能電池用光陽極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及染料敏化太陽能電池材料領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種染料敏化太陽能電池用 光陽極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 染料太陽能電池(DSSCs)是有前途的光伏設(shè)備，主要是由于其成本低和效率高。通 常，DSSC有Ξ個主要組件:光電陽極，氧化還原電解質(zhì)和對電極(CE)。其中，光陽極是其重要 組成部分，它不僅是吸附染料的載體，也是傳輸光生電子的載體。染料敏化半導(dǎo)體材料多用 二氧化鐵，二氧化鐵具有對人體無毒性，穩(wěn)定性好，來源豐富，成本低廉等優(yōu)點。近年來，許 多科研人員花費了大量精力來優(yōu)化二氧化鐵薄膜的制備工藝，運些研究工作可W分為W下 幾種:改善薄膜中二氧化鐵的結(jié)晶度，減少晶格缺陷，運可W提高二氧化鐵晶體和敏化劑界 面光生載流子的分離效率;增加二氧化鐵薄膜的孔隙率，使其具有高比表面積，運可W使光 陽極上吸附更多的光敏化劑并吸收更多的光能。
[0003] 上述優(yōu)化光陽極制備工藝的方法，雖然對提高電池的性能可W取得明顯的效果， 但是仍有尚需改進的環(huán)節(jié)，其中一點便是在光陽極的制備過程中，二氧化鐵薄膜存在一些 未被燒結(jié)充分的殘余成分；另外，具有高比表面積的二氧化鐵薄膜也會吸附彌散于環(huán)境中 的一些雜質(zhì)，對其自身產(chǎn)生污染，運些都會使二氧化鐵薄膜吸附染料的活性面積降低，最終 導(dǎo)致DSSC達不到預(yù)期的光電轉(zhuǎn)換效果。
[0004] CN 101866753 A公開一種處理染料敏化太陽能電池的二氧化鐵光陽極薄膜表面 的方法，通過使用稀酸結(jié)合臭氧氣體處理染料敏化太陽能電池光陽極的方法，在微觀尺度 通過強氧化劑的氧化作用修復(fù)了在二氧化鐵表面大量存在的氧空位缺陷，但是該方法需要 用到稀酸，處理不便。CN 102324313 A公開一種用于染料敏化太陽能電池的復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽 極的制備方法，在導(dǎo)電基底上涂覆半導(dǎo)體金屬氧化物納米顆粒與有機高分子的混合物后， 采用熱處理、紅外處理、等離子處理或微波處理等方法除去電極中的有機高分子成分，但是 上述處理僅是用于制備半導(dǎo)體金屬氧化物薄膜，而非對已制得的薄膜的進一步活化處理。 CN 102347139 A公開一種染料敏化太陽能電池光陽極的低溫制備方法，在30~180°C熱處 理形成二氧化鐵薄膜后進行紫外處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述DSSC制備過程中二氧化鐵薄膜吸附染料的活性面積降低的問題，本 發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池用光陽極的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池用光陽極的制備方法，包括W下步驟： (1) 在導(dǎo)電基底上制備二氧化鐵薄膜得到光陽極； (2) 將步驟(1)制得的光陽極進行活化處理，即完成染料敏化太陽能電池用光陽極的制 備，所述活化處理包括等離子體處理、紫外處理和臭氧處理方式中的任意一種或幾種方式 聯(lián)用。
[0007]本方法可W提高二氧化鐵薄膜中的殘余物或吸附于其表面的污染物的去除率，減 少二氧化鐵薄膜的缺陷，增加二氧化鐵薄膜吸附染料分子的活性面積，進而提高染料敏化 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換性能，本發(fā)明的技術(shù)方案易于實現(xiàn)，為染料敏化太陽能電池，尤其是 其主要部件光陽極制備提供了新思路。
[000引較佳地，所述等離子體處理在化氣氛下，W5~50sccm的流量、20~200W的功率，處 理2~30分鐘。
[0009] 較佳地，所述紫外處理是W50~5000W的功率照射5~60分鐘。
[0010] 較佳地，所述臭氧處理是在臭氧生成量為1~150ug/ml的條件下，處理5~60分鐘。
[0011] 本發(fā)明中，所述導(dǎo)電基底可為Ti、不誘鋼、不誘鋼\Ti、玻璃\滲氣Sn化、玻璃\銅錫 復(fù)合氧化物、玻璃\滲侶Sn化、聚對苯二甲酸乙二醋\滲氣Sn化、聚對苯二甲酸乙二醋\銅錫復(fù) 合氧化物、聚對苯二甲酸乙二醋\滲侶Sn化、聚糞二甲酸乙二醋\滲氣Sn化、聚糞二甲酸乙二 醋\銅錫復(fù)合氧化物、或聚糞二甲酸乙二醋\滲侶Sn化。
[0012] 本發(fā)明中，二氧化鐵薄膜的制備方法包括磁控瓣射法、脈沖激光瓣射、涂覆法如絲 網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和噴涂法中的任意一種或幾種聯(lián)用。
[0013] 較佳地，在步驟（1)和步驟(2)之間還包括對制得的二氧化鐵薄膜進行高溫處理， 所述高溫處理的溫度為150~550°C，般燒時間為5~60分鐘。
[0014] 較佳地，所述二氧化鐵薄膜的厚度為5~30WI1。
【附圖說明】
[001引圖1為利用實施例1制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件 下測得的J-V曲線； 圖2為利用實施例2制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線； 圖3為利用實施例3制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線； 圖4為利用實施例4制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線； 圖5為利用對比例1制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線； 圖6為利用對比例2制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線； 圖7為利用對比例3制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線； 圖8為利用對比例4制得的光陽極所組裝的電池在AM1.5，1000W/V標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測 得的J-V曲線。
【具體實施方式】
[0016] W下結(jié)合附圖和下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實施方式 僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0017] 本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池(DSSC)用光陽極的制備方法，在導(dǎo)電基底上 制備二氧化鐵薄膜后極進行活化處理，即完成DSSC用光陽極的制備。
[0018] 導(dǎo)電基底可W是由透明基板和透明導(dǎo)電膜構(gòu)成。作為透明基板，可W使用石英、藍 寶石W及玻璃等透明無機基板，W及聚對苯二甲酸乙二醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醋(PEN)、 聚碳酸醋、聚丙締、聚苯硫酸、聚偏氣乙締、聚酷亞胺、聚諷、聚締控等透明塑料基板。作為透 明導(dǎo)電膜，可W使用例如銅錫復(fù)合氧化物（ITO)、滲氣Sn化(FT0)、滲錬Sn化(ΑΤΟ)、Sn化、滲侶 Sn〇2(AZO)等。作為導(dǎo)電基底的示例，可舉出Ti、不誘鋼、不誘鋼\Ti、玻璃\FT0、玻璃\ΙΤ0、玻 璃\八20、PET\FT0、ΡΕΤ\ I TO、ΡΕΤ\ΑΖ0、PEN\FT0、ΡΕΝ\ I TO、ΡΕΝ\ΑΖ0 等。
[0019] 制備二氧化鐵薄膜的方法包括但不限于磁控瓣射法、脈沖激光瓣射、涂覆法如絲 網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和噴涂法等方法的一種或幾種聯(lián)用。優(yōu)選 地，二氧化鐵薄膜還可進行高溫處理W燒結(jié)。在一個示例中，高溫處理的溫度為150~550 °C，般燒時間為5~60min。二氧化鐵薄膜(電催化活性材料薄膜)經(jīng)過高溫處理后的厚度為5 ~30皿。
[0020] 燒結(jié)后，二氧化鐵薄膜中還存在一些未被燒結(jié)充分的殘余成分。另外，具有高比表 面積的二氧化鐵薄膜也會吸附彌散于環(huán)境中的一些雜質(zhì)，對其自身產(chǎn)生污染，運些都會使 二氧化鐵薄膜吸附染料的活性面積降低。對此，本發(fā)明中，進一步對二氧化鐵薄膜進行活化 處理，W去除二氧化鐵薄膜中的殘余物或吸附于其表面的污染物，減少二氧化鐵薄膜的缺 陷，增加二氧化鐵薄膜吸附染料分子的活性面積，進而提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn) 換性能。
[0021] 本發(fā)明中，活化處理可W是等離子體處理、UV處理和臭氧處理等方式中的一種或 幾種方式聯(lián)用。
[0022] 等離子體活化處理過程可在化氣氛下，W5~50sccm的流量、20~200W的功率，處 理2~30min。通過等離子體處理，可W去除二氧化鐵薄膜中還存在一些未被燒結(jié)充分的殘 余成分。。等離子體處理例如可在等離子處理機中進行。
[0023] UV活化處理過程可WW50~5000W的功率，照射5~60min。通過UV處理，可W使二 氧化鐵薄膜中殘余成分充分分解。UV處理例如可在UV照射儀中進行。
[0024] 臭氧活化處理過程可在臭氧生成量為1~150ug/ml的條件下，處理5~60min。通過 臭氧處理，可W充分氧化二氧化鐵薄膜中未被燒結(jié)充分的殘余成分。臭氧的制備方法可選 自W下方法中的一種或幾種：W臭氧發(fā)生器通過高壓放電氧化空氣或氧氣的方法、紫外燈 法、電解法W及核福射法。
[0025] 等離子體處理、UV處理和臭氧處理等方式中的任意幾種的聯(lián)用可W進一步增強活 化效果。
[0026] W下，作為示例，說明本發(fā)明所提及的光陽極及相關(guān)器件(DSSC)的制備及性能測 試的步驟。
[0027] 步驟一光陽極的制備： 在導(dǎo)電基板上制備二氧化鐵薄膜，用馬弗爐進行般燒處理，冷卻至室溫后取出。
[0028] 步驟二二氧化鐵薄膜的活化處理 利用離子體處理、UV處理和臭氧處理等方式中的一種或幾種方式聯(lián)用的方式對制備于 導(dǎo)電基底上的二氧化鐵薄膜進行活化處理。
[0029] 步驟Ξ光陽極的敏化 將活化處理好的光陽極置于準(zhǔn)備好的染料溶液中。染料包括但不限于釘基、化嘟類、菁 類及香豆素類染料的至少一種，例如N3、N719、black dye、Z907、K8、K19、N945、Z910、K73、 1(51、2955、2991、了66、花青、香豆素、化嘟、嗎|噪、二糞嵌苯花菁、半花菁等。染料溶液的溶劑 可選自乙臘、叔下醇、二甲基甲酯胺、二甲基亞諷中的一種或幾種。在一個示例中，染料溶液 為Z991的DMS0或乙臘/叔下醇(體積混合比例為1:1)混合溶劑。浸泡24~4她取出，制得敏化 后光陽極。