专利名称：一种准固态纳米晶太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料的技术领域，具体涉及一种采用β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态纳米晶太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
随着世界人口的持续增长，人类面临食品和能源两大难题。开发新的清洁能源成为重要的议题。
据统计，每年达到地面的太阳能辐射为3×1024J(相当于130万吨标准煤)，如果将转化效率为10％的太阳能电池覆盖全球表面的1/1000，即可满足全人类对能源的需求。因此，将太阳能转化为电能成为近年来重要研究领域之一。目前，作为太阳能电池类型之一的新型的薄膜太阳能电池，特别是二十世纪九十年代瑞士洛桑大学的Michael Grtzel教授研究出染料敏化纳米晶太阳能电池，参见国际专利申请书WO91/16719，克服了硅太阳能电池的缺点，具有制作工艺简单、材料纯度要求不高、价格低廉等优点，成为该领域的研究热点。
染料敏化太阳能电池由工作电极(染料敏化半导体纳米晶膜，其中染料也称光敏化剂)、对电极和电解质三部分组成。目前，染料敏化纳米晶太阳能电池的电解质主要采用含有I3-/I2氧化还原电对的乙腈等有机溶剂，但是液体电解质存在着溶剂挥发和泄漏的问题。目前全固态电解质主要是P-型无机半导体、有机空穴传输材料，但是全固态电解质的电子和离子传导性急剧下降，效果并不理想，而含有I3-/I2氧化还原电对的准固态电解质介于液态电解质和固态电解质之间，兼有液态电解质和固态电解质的优点，既克服了液体电解质的溶剂泄漏的问题，又有液体电解质的高的离子导电性，成为染料敏化纳米晶太阳能电池电解质材料的重要发展方向。
准固态电解质通常是由液态电解质加入一些添加剂使其凝胶化。已经报道的添加剂有小分子凝胶材料、高分子凝胶材料以及纳米粒子。目前已公开报道的纳米粒子添加剂仅为SiO2纳米粒子，SiO2纳米粒子为阴离子传输提供通道，形成网络支架材料，但同时SiO2纳米粒子容易团聚，因此将影响太阳能电池的长期稳定性。
到目前为止人们还无法知道在纳米晶太阳能电池的电解质中加入纳米粒子是如何影响电解质的性能和太阳能电池的性能。我们的研究表明，在电解质中加入不经表面修饰的纳米粒子，则纳米粒子很容易沉淀，从而出现相分离问题并影响着太阳能电池的稳定性。因此，对纳米粒子进行表面修饰是提高太阳能电池稳定性的关键。
发明内容
本发明的目的在于提出一种对纳米粒子进行化学修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池及其制备方法，以提高太阳能电池的稳定性和使用寿命。
本发明提出的染料敏化纳米晶太阳能电池，是在吸附光敏化剂的宽禁带半导体纳米晶膜的表面组装上以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质，其两面为镀有铂层的导电玻璃，组成夹心形状，其中染料敏化纳米晶膜为工作电极，镀铂层的导电玻璃为对电极。
本发明采用界面配位化学的手段，在纳米粒子的表面通过化学键的方式引入界面相容层，有效地解决无机纳米粒子的团聚问题和无机纳米粒子在有机体系中的相容性与稳定性问题。将β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质应用于染料敏化纳米晶太阳能电池中，能够有效地将液态电解质凝胶化，解决电解质材料中的相分离问题，在不明显降低电池光电转换效率的前提下，可以大幅度延长染料敏化纳米晶太阳能电池的使用寿命。
本发明以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质，是组装在吸附光敏化剂的宽带半导体纳米晶膜的表面上。本发明的宽禁带半导体纳米晶膜可采用二氧化钛纳米晶膜；光敏化剂可采用顺式-二硫氰酸根-二(-4，4′-二羧酸-2，2′联吡啶)合钌cis-dithiocyanatobis(-4，4’-dicarboxy-2，2’-bipyridine)ruthenium(简称N3染料)或Ru(H2dcbpy)(dnbpy)(NCS)2(简称Z-907，其中H2dcbpy和dnbpy为4，4′-dicarboxylic acid-2，2′-bipyridine和4，4′-dinonyl-2，2′-bipyridine)。
本发明所涉及的β-二酮配体选自长烷基取代吡唑啉酮和恶唑啉酮，具体结构如下 其中R1为——CH3、——CH2CH2CH3等烷基、 等芳基，R2为C9-Ci7直链烷烃基。
与已公开配体相比，本发明的几类β-二酮配体具有优良的配位能力，可以与很多金属纳米粒子和金属氧化物纳米粒子形成化学键，并通过增加取代基的长度，使其具有良好的有机溶剂溶解性，从而有效地阻止纳米粒子的团聚，解决相分离问题。
配体的例子为3-甲基-1-苯基-4-十八烷基酰基吡唑啉酮-5(PMOP)，3-甲基-1-苯基-4-癸酰吡唑啉酮-5(PMDP)，3-甲基-4-十八烷基酰基恶唑啉酮。
上述配体可按照本领域已知的技术制备。例如长烷基取代吡唑啉酮可按Xi-Cun Gao等，Synthetic Metals，99，p27-132(1999)公开的方法合成。具体方法是将3-甲基-1-(R1-取代苯基)-4-吡唑啉酮-5溶于无水的二氧六环，加入氢氧化钙和氢氧化钡粉末，再滴加入相应的酰氯R-COX，其中X为卤素。搅拌回流一定的时间，反应结束后，反应混合物用酸中和，过滤，该初产品可用常规的纯化方法如重结晶、柱色谱等方法纯化。
本发明所涉及的纳米无机粒子选自Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2、SiO2等金属氧化物以及稀土金属氧化物。
用上述配体修饰金属氧化物的方法举例如下将一定量的上述配体在乙醇溶剂中用等摩尔的氢氧化钠中和，在无水乙醇中将纳米Al2O3均匀分散，再将PMOP的钠盐乙醇液与纳米Al2O3按一定的化学计量比(1∶1～1∶10)混合，搅拌超声半小时，旋去乙醇，固体用乙醇-水重结晶，即得到配体包裹的Al2O3。其余配体修饰金属氧化物的方法相同。
本发明的敏化纳米晶太阳能电池结构是在经过染料敏化二氧化钛纳米晶膜的表面组装上以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，构成如图1所示夹心型染料敏化纳米晶太阳能电池。其中，染料敏化纳米二氧化钛电极为工作电极，镀铂的ITO玻璃为对电极。
上述导电玻璃可以采用掺氟的二氧化锡导电玻璃。
本发明的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法如下，在于在经过染料敏化的宽禁带半导体纳米晶膜的表面上组装以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质，然后将镀铂的导电玻璃放在染料敏化的半导体纳米晶膜上，构成夹心型染料敏化纳米晶太阳能电池，并用石蜡进行封装。
上述方法中的宽禁带半导体纳米晶膜为纳米二氧化钛膜。
上述方法中半导体纳米晶膜的制备步骤如下将粒度为1-50纳米的二氧化钛胶体涂布在透明的导电基片上形成宽禁带纳米二氧化钛薄膜，在200-600℃下焙烧15分钟至12小时，冷却后重复操作直至得到1-50微米的宽禁带纳米二氧化钛晶膜。其中透明的导电基片为氟掺杂的二氧化锡导电玻璃。
上述方法中染料敏化过程如下将宽禁带纳米二氧化钛晶膜放入烘箱中于100-250℃下加热10-120分钟，当冷却到25-100℃时浸入到浓度为在10-5-10-3摩尔/升的N3染料中2-48小时敏化。
上述方法中组装以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料准固态电解质的制备步骤如下将β-二酮配体包裹纳米粒子、I2、I-、4-叔丁基吡啶和1-甲基-3-丙基咪唑盐与有机溶剂充分混合搅拌，即制得准固态电解质。其中，纳米氧化物溶液中β-二酮配体包裹纳米粒子的质量含量为1-10％，I2的浓度为0.05-0.5摩尔/升，I-的浓度为0.05-0.5摩尔/升，4-叔丁基吡啶的浓度为0.1-1.0摩尔/升，1-甲基-3-丙基咪唑盐的浓度为0.1-1.0摩尔/升，有机溶剂为乙腈、或碳酸丙烯酯、或甲氧基乙腈或乙腈/碳酸丙烯酯混合物。
上述方法中所述的有机配体选自取代β-二酮配体，纳米粒子选自Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、ZnO等氧化物。
本发明的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电化学测量按照两电极体系测量，照射光源为1000W太阳能模拟器(1.5AM)(Oriel，USA)。光电流和光电压输出通过Keithley2400数字源表(美国Keithley公司)测量。
本发明的以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料准固态电解质是在传统的液态电解质体系中添加β-二酮配体包裹纳米粒子使之凝胶化而形成的。以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料准固态电解质的优点在于，一方面可以利用无机纳米粒子具有很高的刚性，而且堆积起来的孔道可以成为阴离子传输的通道，形成网络支架材料，另外，在纳米粒子的表面通过化学键的方式引入界面相容层，有效地解决无机纳米粒子的团聚问题和无机纳米粒子在有机体系中的相容性与稳定性问题，在不明显降低电池光电转换效率的前提下，大幅度延长染料敏化纳米晶太阳能电池的使用寿命。例如，基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率为7.2％，而基于以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率6.8％，但是经过1000小时后，液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率降低了到原来的41％，而基于以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率则降低到原来的65％左右。
图1采用本发明的染料敏化纳米晶太阳能电池的结构示意图。
图23-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)的H1核磁共振谱。
图33-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米氧化物结构模型。
图43-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米Al2O3紫外可见吸收光谱。
图53-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米Al2O3荧光光谱。
图63-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO紫外可见吸收光谱。
图73-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO荧光光谱。
图8液态电解质的染料敏化太阳能电池的光电流-光电压曲线。
图9基于含有1％的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO准固态电解质的染料敏化太阳能电池的光电流-光电压曲线。
图10基于含有2％的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO准固态电解质的染料敏化太阳能电池的光电流-光电压曲线。
图11基于含有5％3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO准固态电解质的染料敏化太阳能电池的光电流-光电压曲线。
图12基于含有5％3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米Al2O3准固态电解质的染料敏化太阳能电池的光电流-光电压曲线。
图13归一化的基于液体电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的稳定性。
图14归一化的基于含有2％纳米ZnO准固态电解质的染料敏化太阳能电池液体电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的稳定性。
图15归一化的基于含有2％3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO准固态电解质的染料敏化太阳能电池的稳定性。
图中标号1为导电玻璃，2为纳米晶半导体，3为N3或者Z907染料，4为聚合物掺杂准固态电解质，5为铂片，6为导电玻璃。
具体实施例方式
所用原料为已知化合物，可在市场上购得，或可用本领域已知的方法合成。
实施例13-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)的合成在干燥的三口瓶中加入7.0g(0.04mol)1-苯基-3-甲基-吡唑啉酮-5和100ml无水1，4-二氧六环，加热搅拌至溶解，加入9g氢氧化钙和1g氢氧化钡的粉末，冷却至室温，滴加15ml(0.04mol)十八酰氯，搅拌回流反应2小时。将反应混合物倾入300ml 0.5mol/L的稀盐酸中，抽滤，用乙醇-水混合溶剂重结晶两次，得到浅粉色针状晶体。产率65％。1H-NMR(400Hz，CDCl3)(δppm)7.26-7.84(5H，m，ArH)，2.73(2H，t，CH2)，2.48(3H，s，CH3)，1.74(2H，m，CH2)，1.24-1.43(28H，m，(CH2)14)，0.88(3H，t，CH3)。其H1核磁共振谱见图2。
实施例23-甲基-1-苯基-4-癸酰吡唑啉酮-5(PMDP)的合成在干燥的三口瓶中加入0.01mol)1-苯基-3-甲基-吡唑啉酮-5和100ml无水1，4-二氧六环，加热搅拌至溶解，加入9g氢氧化钙和1g氢氧化钡的粉末，冷却至室温，滴加0.01mol)癸酰氯，搅拌回流反应2小时。将反应混合物倾入100ml 0.5mol/L的稀盐酸中，抽滤，用乙醇-水混合溶剂重结晶两次，得到白色针状晶体。产率72％。1H-NMR(400Hz，CDCl3)(δppm)7.29-7.85(5H，m，ArH)，2.74(2H，t，CH2)，2.48(3H，s，CH3)，1.76(2H，m，CH2)，1.26-1.44(12H，m，(CH2)6)，0.88(3H，t，CH3)。
实施例33-甲基-4-十八烷基酰基恶唑啉酮(OxOP)的合成按照与实施例1相同的方法，但以3-甲基唑啉酮-5代替1-苯基-3-甲基-吡唑啉酮-5，以制备3-甲基-4-十八烷基酰基恶唑啉酮(OxOP)。该产品的粗产物可通过用乙醇重结晶提纯。熔点78-80℃。
实施例43-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米Al2O3的合成0.01mol的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)在乙醇溶剂中用等摩尔的氢氧化钠中和，制得PMOP的钠盐乙醇液；在无水乙醇中将纳米Al2O3均匀分散，再将PMOP的钠盐乙醇液与纳米Al2O3按1∶3化学计量比混合，搅拌超声半小时，旋去乙醇。加入少许氯仿萃取，分出有机相，减压旋蒸除去氯仿，固体用乙醇-水重结晶，即得到PMOP配体包裹Al2O3纳米材料。图3给出了3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米氧化物结构模型，图4和图5分别是3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米Al2O3紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱，从图可知PMOP配体已经成功地包裹在纳米Al2O3的表面。
实施例53-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO的合成0.01mol的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)在乙醇溶剂中用等摩尔的氢氧化钠中和，制得PMOP的钠盐乙醇液；在无水乙醇中将纳米Al2O3均匀分散，再将PMOP的钠盐乙醇液与纳米ZnO按1∶2化学计量比混合，搅拌超声半小时，旋去乙醇。加入少许氯仿萃取，分出有机相，减压旋蒸除去氯仿，固体用乙醇-水重结晶，即得到PMOP配体包裹ZnO纳米材料。图6和图7分别是3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱，从图可知PMOP配体已经成功地包裹在纳米ZnO的表面。
实施例63-甲基-4-十八烷基酰基恶唑啉酮(OxOP)包裹纳米ZnO的合成0.01mol的3-甲基-4-十八烷基酰基恶唑啉酮(OxOP)在乙醇溶剂中用等摩尔的氢氧化钠中和，制得PMOP的钠盐乙醇液；在无水乙醇中将纳米ZnO均匀分散，再将PMOP的钠盐乙醇液与纳米ZnO按1∶4化学计量比混合，搅拌超声半小时，旋去乙醇。加入少许氯仿萃取，分出有机相，减压旋蒸除去氯仿，固体用乙醇-水重结晶，即得到PMOP配体包裹ZnO纳米材料。
实施例7将一个二氧化钛纳米晶膜电极在5×10-5摩尔/升N3染料的乙醇溶液中浸泡24小时。敏化再滴0.1毫升含有0.1摩尔/升I2，0.1摩尔/升LiI，0.1摩尔/升4-叔丁基吡啶，0.6摩尔/升1-甲基-3-丙基咪唑盐的乙腈/碳酸丙烯酯(体积比＝1∶1)溶液，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，用夹子夹紧进行测量。在100mW/cm2的白光照射下测得电极的开路光电压为634mV、短路光电流为17.6mA/cm2、填充因子为0.64、能量转换效率为7.2％(见图8)，放置1000小时后，该太阳能电池的能量转换效率降低到原来的41％。
实施例8将一个二氧化钛纳米晶膜电极在1×10-4摩尔/升N3染料的乙醇溶液中浸泡24小时敏化。再滴0.1毫升0.1摩尔/升I2，0.1摩尔/升LiI，0.5摩尔/升4-叔丁基吡啶，0.6摩尔/升1-甲基-3-丙基咪唑盐，1％(质量分数)的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO的乙腈/碳酸丙烯酯(体积比＝1∶1)溶液，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，用夹子夹紧进行测量。在100mW/cm2的白光照射下测得电极的开路光电压为636mV、短路光电流为17.6mA/cm2、填充因子为0.62、能量转换效率为6.9％(见图9)。放置1000小时后，该太阳能电池的能量转换效率降低到原来的53％。
实施例9将一个二氧化钛纳米晶膜电极在5×10-4摩尔/升N3染料的乙醇溶液中浸泡24小时敏化。滴加0.1毫升含有0.1摩尔/升I2，0.1摩尔/升LiI，0.5摩尔/升4-叔丁基吡啶，0.6摩尔/升1-甲基-3-丙基咪唑盐，2％(质量分数)的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO的乙腈/碳酸丙烯酯(体积比＝1∶1)溶液，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，用夹子夹紧进行测量。在100mW/cm2的白光照射下测得电极的开路光电压为640mV、短路光电流为17.4mA/cm2、填充因子为0.60、能量转换效率为6.8％(见图10)，放置1000小时后，该太阳能电池的能量转换效率降低到原来的67％。
实施例10将一个二氧化钛纳米晶膜电极在1×10-3摩尔/升N3染料的乙醇溶液中浸泡24小时敏化。滴加0.1毫升含有0.1摩尔/升I2，0.1摩尔/升LiI，0.5摩尔/升4-叔丁基吡啶，0.6摩尔/升1-甲基-3-丙基咪唑盐，5％(质量分数)的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米ZnO的乙腈/碳酸丙烯酯(体积比＝1∶1)溶液，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，用夹子夹紧进行测量。在100mW/cm2的白光照射下测得电极的开路光电压为679mV、短路光电流为16.4mA/cm2，填充因子为0.60、能量转换效率为6.8％(见图11)。放置1000小时后，该太阳能电池的能量转换效率降低到原来的70％。
实施例11将一个二氧化钛纳米晶膜电极在5×10-5摩尔/升Z907染料的乙醇溶液中浸泡48小时敏化。滴加0.05毫升含有0.5摩尔/升I2，0.5摩尔/升LiI，1.0摩尔/升4-叔丁基吡啶，1.0摩尔/升1-甲基-3-丙基咪唑盐，5％(质量分数)的3-甲基-1苯基-4-(十八烷基酰基)吡唑啉酮-5(PMOP)包裹纳米Al2O3的乙腈/碳酸丙烯酯(体积比＝1∶1)溶液，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，用夹子夹紧进行测量。在100mW/cm2的白光照射下测得电极的开路光电压644mV、短路光电流16.6mA/cm2，填充因子0.60、能量转换效率6.6％(见图12)。放置1000小时后，该太阳能电池的能量转换效率降低到原来的65％。
实施例12将一个二氧化钛纳米晶膜电极在5×10-4摩尔/升Z907染料的乙醇溶液中浸泡48小时敏化。滴加0.05毫升含有0.1摩尔/升I2，0.5摩尔/升LiI，0.5摩尔/升4-叔丁基吡啶，1.0摩尔/升1-甲基-3-丙基咪唑盐，5％(质量分数)的3-甲基-4-十八烷基酰基恶唑啉酮(OxOP)包裹纳米ZrO2的乙腈/碳酸丙烯酯(体积比＝1∶2)溶液，然后将一片镀铂的ITO玻璃放在染料敏化的的纳米二氧化钛晶膜上，用夹子夹紧进行测量。在100mW/cm2的白光照射下测得电极的开路光电压656mV、短路光电流15.8mA/cm2，填充因子0.61、能量转换效率6.3％。放置1000小时后，该太阳能电池的能量转换效率降低到原来的60％。
权利要求
1.一种染料敏化纳米晶太阳能电池，其特征在于在吸附光敏化剂的宽禁带半导体纳米晶膜的表面组装上以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质，其两面为镀有铂层的导电玻璃，组成夹心形状，其中染料敏化纳米晶膜为工作电极，镀铂层的导电玻璃为对电极。
2.根据权利要求1所述的染料敏化纳米晶太阳能电池，其特征在于宽禁带半导体纳米晶膜为二氧化钛纳米晶膜。
3.根据权利要求1或者2所述的染料敏化纳米晶太阳能电池，其特征在于所说的光敏化剂为N3或者Z907染料。
4.根据权利要求1所述的染料敏化纳米晶太阳能电池，，其特征在于所说β-二酮配体选自长烷基取代吡唑啉酮和恶唑啉酮，纳米无机粒子选自Al2O3、SiO2、TiO2、、ZrO2、ZnO。
5.一种如权利要求1-4之一所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于在经过染料敏化的宽禁带半导体纳米晶膜的表面组装上以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质，然后将镀铂的导电玻璃放在染料敏化的半导体纳米晶膜上，构成夹心型染料敏化纳米晶太阳能电池，并用石蜡进行封装。
6.根据权利要求5所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于组装以β-二酮配体包裹纳米粒子为支架材料准固态电解质的步骤如下将β-二酮配体包裹的纳米粒子、I2、 I-、4-叔丁基吡啶和1-甲基-3-丙基咪唑盐与有机溶剂充分混合搅拌，制得准固态电解质；其中，纳米氧化物溶液中β-二酮配体包裹纳米粒子的质量含量为1-10％，I2的浓度为0.05-0.5摩尔/升，I-的浓度为0.05-0.5摩尔/升，4-叔丁基吡啶的浓度为0.1-1.0摩尔/升，1-甲基-3-丙基咪唑盐的浓度为0.1-1.0摩尔/升，有机溶剂为乙腈、或碳酸丙烯酯、或甲氧基乙腈或乙腈/碳酸丙烯酯混合物。
7.根据权利要求5所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于半导体纳米晶膜的制备步骤如下将粒度为1-50纳米的二氧化钛胶体涂布在透明的导电基片上形成宽禁带纳米二氧化钛晶膜，在200-600℃下焙烧15分钟至12小时，冷却后重复操作直至得到1-50微米的宽禁带纳米二氧化钛晶膜。
8.根据权利要求5所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于β-二酮配体包裹纳米粒子的β-二酮配体选自长烷基取代吡唑啉酮和恶唑啉酮，纳米粒子选自Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、ZnO。
9.根据权利要求5所述的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于纳米晶膜的敏化步骤为将宽禁带纳米二氧化钛晶膜放入烘箱中于100-250℃下加热10-120分钟，当冷却到25-100℃时浸入到浓度为在10-5-10-3摩尔/升的N3或者Z907染料中2-48小时敏化。
全文摘要
本发明属于纳米材料技术领域，具体是一种以β－二酮配体包裹纳米粒子为支架材料的准固态纳米晶太阳能电池及其制备方法。在该太阳能电池中，在吸附光敏化剂的宽禁带半导体纳米晶膜的表面组装上以有机配体β－二酮包裹纳米粒子为支架材料的准固态电解质来代替液体电解质，解决了液体电解质的封装问题，而且在不明显降低电池的光电转化效率的前提下，能够大幅度延长染料敏化纳米晶太阳能电池的使用寿命。
文档编号H01G9/20GK1585139SQ200410024710
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者李富友, 夏江滨, 黄春辉, 杨红 申请人:复旦大学