光陽(yáng)極的制備方法、光陽(yáng)極和染料敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光陽(yáng)極的制備方法、光陽(yáng)極和染料敏化太陽(yáng)能電池，該方法包括：在第一水熱反應(yīng)釜中加入去離子水和稀鹽酸，并緩慢滴加異丙醇鈦得到第一混合溶液，并將FTO導(dǎo)電玻璃放入第一混合溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，降溫到室溫后取出FTO導(dǎo)電玻璃，將烘干后的FTO導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理，并降溫到室溫得到第一光陽(yáng)極，在第二水熱反應(yīng)釜中加入乙二醇溶液，并在乙二醇溶液中加入鈦酸四丁酯，并攪拌后加入氫氟酸和醋酸，并攪拌得到第二混合溶液；將第一光陽(yáng)極加入第二混合溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，并降溫到室溫后，用去離子水沖洗烘干取出的FTO導(dǎo)電玻璃得到第二光陽(yáng)極，以解決現(xiàn)有的染料敏化太陽(yáng)能電池電子傳輸特性和光散射能力較差且比表面積不高的技術(shù)問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
光陽(yáng)極的制備方法、光陽(yáng)極和染料敏化太陽(yáng)能電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本申請(qǐng)涉及太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，尤其涉及一種光陽(yáng)極的制備方法、光陽(yáng)極和染 料敏化太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源問(wèn)題是制約目前世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要問(wèn)題，太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不 竭，無(wú)污染潔凈的天然綠色能源而成為最有希望的能源之一。目前研究和應(yīng)用最廣泛的太 陽(yáng)能電池主要是硅系太陽(yáng)能電池，但硅系電池原料成本高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，效率提高潛力有 限，其光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限值為30%，限制了其民用化，急需開(kāi)發(fā)低成本的太陽(yáng)能電 池。
[0003] 1991年瑞士學(xué)者GriUze丨等在Nature上發(fā)表文章，提出了一種新型的以染料敏化 二氧化鈦納米晶薄膜為光陽(yáng)極的太陽(yáng)能電池，其具有制作簡(jiǎn)單、成本低廉、效率高和壽命長(zhǎng) 等優(yōu)點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率目前可以達(dá)到12%以上，因此成為新一代太陽(yáng)能電池的主要研究方 向。
[0004] 二氧化鈦納米晶光陽(yáng)極薄膜是染料敏化太陽(yáng)能電池的重要組成部分，其承載著染 料的吸附，電子的傳輸和對(duì)入射光的散射等任務(wù)。二氧化鈦納米晶的高比表面積、光散射能 力以及良好的電子傳輸特性一直是染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極材料所追求的目標(biāo)，有著廣 泛的發(fā)展前景。主要制備方式包括:水熱合成法、氣相沉積法、溶膠一凝膠法、水解沉淀法 等。
[0005] 但是，現(xiàn)有的制備方法制得的染料敏化太陽(yáng)能電池，電子傳輸特性和光散射能力 較差且比表面積不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光陽(yáng)極的制備方法、光陽(yáng)極和染料敏化太陽(yáng)能電池，以 解決現(xiàn)有的染料敏化太陽(yáng)能電池電子傳輸特性和光散射能力較差且比表面積不高的技術(shù) 問(wèn)題。
[0007] 具體地，本申請(qǐng)是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 第一方面，提供一種光陽(yáng)極的制備方法，包括:在第一水熱反應(yīng)釜中加入去離子水 和稀鹽酸并攪拌，并緩慢滴加異丙醇鈦得到第一混合溶液，并攪拌;將FT0導(dǎo)電玻璃放入所 述第一混合溶液，在180°C_210°C下水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，自然降溫到室溫后取出所述FT0導(dǎo) 電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干;將烘干后的FT0導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理，并自然降溫到 室溫得到第一光陽(yáng)極;在第二水熱反應(yīng)釜中加入乙二醇溶液，并在所述乙二醇溶液中逐滴 加入鈦酸四丁酯，并緩慢的攪拌，攪拌后加入氫氟酸和醋酸，并繼續(xù)緩慢的攪拌得到第二混 合溶液;將所述第一光陽(yáng)極加入所述第二混合溶液中，在160°C-200°C下水熱反應(yīng)2~6小 時(shí)，并自然降溫到室溫后，取出FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干得到第二光陽(yáng)極。
[0009] 第二方面，提供一種光陽(yáng)極，包括上述光陽(yáng)極的制備方法制備的第二光陽(yáng)極。
[0010] 第三方面，提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池，包括上述光陽(yáng)極。
[0011] 采用上述方法，在第一水熱反應(yīng)釜中加入去離子水和稀鹽酸并攪拌，并緩慢滴加 異丙醇鈦得到第一混合溶液，并攪拌;將FT0導(dǎo)電玻璃放入所述第一混合溶液，在180 °C-210 °C下水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，自然降溫到室溫后取出所述FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗， 烘干;將烘干后的FT0導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理，并自然降溫到室溫得到第一光陽(yáng)極;在第二 水熱反應(yīng)釜中加入乙二醇溶液，并在所述乙二醇溶液中逐滴加入鈦酸四丁酯，并緩慢的攪 拌，攪拌后加入氫氟酸和醋酸，并繼續(xù)緩慢的攪拌得到第二混合溶液;將所述第一光陽(yáng)極加 入所述第二混合溶液中，在160°C-200°C下水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，并自然降溫到室溫后，取出 FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干得到第二光陽(yáng)極，該第二光陽(yáng)極可以有效地增強(qiáng) 了對(duì)入射光的散射能力，提高了電子的傳輸效率，此外，該第二光陽(yáng)極還可以增加在染料吸 附狀態(tài)下對(duì)太陽(yáng)光的捕獲吸收能力，因此通過(guò)該第二光陽(yáng)極得到的染料敏化太陽(yáng)能電池， 大大提高了染料敏化太陽(yáng)電池的光電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率，從而解決了現(xiàn)有的染料敏化 太陽(yáng)能電池電子傳輸特性和光散射能力較差且比表面積不高的技術(shù)問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種光陽(yáng)極的制備方法的流程示意圖；
[0013] 圖2是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種第一光陽(yáng)極和第二光陽(yáng)極的光散射譜；
[0014] 圖3是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種短路電流密度-電壓曲線(J-V)圖；
[0015] 圖4是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種入射單色光子-電子轉(zhuǎn)化效率(IPCE)圖；
[0016] 圖5是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種強(qiáng)度調(diào)制光電壓/電流譜（IMVS/IMPS) 譜。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及 附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例 中所描述的實(shí)施方式并不代表與本申請(qǐng)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附 權(quán)利要求書中所詳述的、本申請(qǐng)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
[0018] 在本申請(qǐng)使用的術(shù)語(yǔ)是僅僅出于描述特定實(shí)施例的目的，而非旨在限制本申請(qǐng)。 在本申請(qǐng)和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的"一種"、"所述"和"該"也旨在包括多數(shù) 形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)"和/或"是指并包 含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何或所有可能組合。
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光陽(yáng)極的制備方法，如圖1所示，包括：
[0020] S101、在第一水熱反應(yīng)釜中加入去離子水和稀鹽酸并攪拌，并緩慢滴加異丙醇鈦 得到第一混合溶液，并攪拌。
[0021] 其中，該去離子水的體積為30mL，該稀鹽酸的體積為30mL，該稀鹽酸的濃度為 36.5%-38%，該異丙醇鈦的體積為0.5mL-0.9mL。
[0022] S102、將FT0導(dǎo)電玻璃放入該第一混合溶液，在180°C_210°C下水熱反應(yīng)2~6小時(shí)， 自然降溫到室溫后取出該FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干。
[0023] S103、將烘干后的FT0導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理，并自然降溫到室溫得到第一光陽(yáng) 極。
[0024] SI 04、在第二水熱反應(yīng)釜中加入乙二醇溶液，并在該乙二醇溶液中逐滴加入鈦酸 四丁酯，并緩慢的攪拌，攪拌后加入氫氟酸和醋酸，并繼續(xù)緩慢的攪拌得到第二混合溶液。 [0025] 其中，該鈦酸四丁酯的體積為0.9mL-l .5mL，該氫氟酸的體積為0.4mL-0.8mL;該醋 酸的體積為2mL-5mL。
[0026] S105、將該第一光陽(yáng)極加入該第二混合溶液中，在160°C-200°C下水熱反應(yīng)2~6小 時(shí)，并自然降溫到室溫后，取出FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干得到第二光陽(yáng)極。
[0027] 本實(shí)施例還提供一種優(yōu)選的制備方法，具體地，在100mL的第一水熱反應(yīng)釜當(dāng)中加 入30mL去離子水和30mL稀鹽酸（濃度：36.5-38 % )，并攪拌5分鐘；隨后，緩慢滴加0.5mL-0.9mL的異丙醇鈦，并攪拌5分鐘得到第一混合溶液，將FT0導(dǎo)電玻璃加入第一混合溶液中， 在180~210°C條件下，水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，并自然降溫到室溫后打開(kāi)第一水熱反應(yīng)釜，取出 FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干，并將烘干后的FT0導(dǎo)電玻璃在450 °C條件下燒結(jié)2 小時(shí)，升溫速率為2°C/min，自然降溫到室溫，得到第一光陽(yáng)極;在第二水熱反應(yīng)釜中加入 25.5mL的乙二醇溶液，隨后滴加0.9mL-l. 5mL的鈦酸四丁酯，并緩慢的攪拌10分鐘，并相繼 滴加0.4mL-0.8mL氫氟酸(HF)和2mL-5mL醋酸(HAc)并緩慢的攪拌10分鐘得到第二混合溶 液，并將第一光陽(yáng)極加入該第二混合溶液中，在160~200°C條件下，水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，自 然降溫到室溫后打開(kāi)水熱釜反應(yīng)釜，取出FT0導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干，得到第 二光陽(yáng)極。
[0028] 其中，由圖2可知，第二光陽(yáng)極相比于第一光陽(yáng)極隨著波長(zhǎng)的增加，具有更好的反 射率。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種光陽(yáng)極，該光陽(yáng)極可以是通過(guò)上述步驟S101至步驟S105制 得的第二光陽(yáng)極。
[0030]通過(guò)上述方法制備的第二光陽(yáng)極可以有效地增強(qiáng)了對(duì)入射光的散射能力，提高了 電子的傳輸效率，此外，該第二光陽(yáng)極還可以增加在染料吸附狀態(tài)下對(duì)太陽(yáng)光的捕獲吸收 能力，因此通過(guò)該第二光陽(yáng)極得到的染料敏化太陽(yáng)能電池，大大提高了染料敏化太陽(yáng)電池 的光電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率，從而解決了現(xiàn)有的染料敏化太陽(yáng)能電池電子傳輸特性和光 散射能力較差且比表面積不高的技術(shù)問(wèn)題。
[0031 ]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池，該染料敏化太陽(yáng)能電池包括上述 第二光陽(yáng)極。
[0032]具體地，將第二光陽(yáng)極放入80°C烘箱當(dāng)中，放置20分鐘后取出，隨即放入濃度為5 X 10-4mo 1/L的N719染料當(dāng)中，其中，用100 %無(wú)水乙醇作為染料溶劑，浸泡12小時(shí);在染料浸 泡完畢后，取出第二光陽(yáng)極，用洗耳球或者氮?dú)獯蹈?，放?0°C烘箱當(dāng)中，從烘箱取出第二 光陽(yáng)極，組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池
[0033] 下面，分別對(duì)由第一光陽(yáng)極組成的染料敏化太陽(yáng)能電池1和由本實(shí)施例制備得到 的第二光陽(yáng)極組成的染料敏化太陽(yáng)能電池2依次進(jìn)行電流密度-電壓曲線(J-V)測(cè)試，入射 單色光子-電子轉(zhuǎn)化效率(IPCE)測(cè)試，強(qiáng)度調(diào)制光電壓/電流譜aMVS/lMPS)測(cè)試的說(shuō)明：
[0034] 由圖3至圖5可以看出，與第一光陽(yáng)極組裝成的電池1(即染料敏化太陽(yáng)能電池1)相 比，由第二光陽(yáng)極組裝得到的電池 2(即染料敏化太陽(yáng)能電池 2)均具有更好的光電性能(了_ V，IPCE，IMVS/IMPS)，其中，第二光陽(yáng)極組裝得到的染料敏化太陽(yáng)能電池2轉(zhuǎn)化效率達(dá)到 5.01 %，短路電流密度達(dá)到10.12mA cnf2，與第一光陽(yáng)極相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高42%的比 例。
[0035]以上所述僅為本申請(qǐng)的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本申請(qǐng)，凡在本申請(qǐng)的精 神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于，包括： 在第一水熱反應(yīng)釜中加入去離子水和稀鹽酸并攪拌，并緩慢滴加異丙醇鈦得到第一混 合溶液，并攪拌； 將FTO導(dǎo)電玻璃放入所述第一混合溶液，在180°C-210°C下水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，自然降 溫到室溫后取出所述FTO導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干； 將烘干后的FTO導(dǎo)電玻璃進(jìn)行燒結(jié)處理，并自然降溫到室溫得到第一光陽(yáng)極； 在第二水熱反應(yīng)釜中加入乙二醇溶液，并在所述乙二醇溶液中逐滴加入鈦酸四丁酯， 并緩慢的攪拌，攪拌后加入氫氟酸和醋酸，并繼續(xù)緩慢的攪拌得到第二混合溶液； 將所述第一光陽(yáng)極加入所述第二混合溶液中，在160°C-200°C下水熱反應(yīng)2~6小時(shí)，并 自然降溫到室溫后，取出FTO導(dǎo)電玻璃，用去離子水反復(fù)沖洗，烘干得到第二光陽(yáng)極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去離子水的體積為30mL，所述稀鹽酸 的體積為30mL，所述稀鹽酸的濃度為36.5 % -38 %。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述異丙醇鈦的體積為0.5mL-0.9mL。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈦酸四丁酯的體積為0.9mL-l. 5mL。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氫氟酸的體積為0.4mL-0.8mL;所述醋 酸的體積為2mL-5mL。6. -種光陽(yáng)極，其特征在于，包括上述權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的光陽(yáng)極的制備方法 制備的第二光陽(yáng)極。7. -種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括權(quán)利要求6所述的光陽(yáng)極。
【文檔編號(hào)】H01G9/20GK105931845SQ201610344771
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】程鵬飛, 王瑩麟, 盧革宇, 張華 , 余航, 蘇子生, 孫鵬
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)