专利名称：一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料及制备方法
技术领域：
本发明属于染料敏化太阳电池制造领域，特别是一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的 光阳极浆料及制备方法。
背景技术：
随着社会不断的进步、经济不断的发展、人口不断的增加、常规燃料不断的消耗， 太阳能作为一种可再生、清洁环保的新能源受到广泛关注。与常规燃料相比，太阳能取 之不尽、用之不竭；与核能相比，太阳能更为安全，其应用不会对环境构成任何污染； 与水能、风能相比，太阳能利用的成本较低，且不受地域限制。染料敏化太阳电池 (dye-sensitized solar cell简称DSC)是瑞士联邦高等工业学院(EPFL)的M. Gratzel 教授于1991年首次报道的。相对于硅太阳电池而言，由于其成本低廉，工艺简单，应用 前景广阔等优点而受到世界各国学者的广泛重视。
DSC是通过光化学-物理过程来实现光电转换，从而使太阳电池的光电转换材料不再 局限于制备过程复杂、价格昂贵的高纯无机半导体材料，例如采用纳米多孔Ti02薄膜电 极替代传统的平板电极、以二价钌(II)的多吡啶配合物作敏化剂、用1—3/ I—氧化还原 电对电解质体系来制备DSC。该DSC的成功之处在于引入纳米多孔Ti02薄膜作为电池的光
阳极，海绵状纳米Ti02多孔薄膜光阳极有很大的内部表面积，k够吸收更多的染料单分
子层，这样既克服了传统化学光电池中只能吸附单分子层染料从而吸收太阳光量少的缺 点，又可使太阳光在膜内多次反射，使太阳光被染料充分吸收，产生更大的光电流，从 而大大提高光电转换效率。
纳米多孔的Ti02薄膜主要通过配置水相或油相的Ti02浆料，然后采用刮涂法、旋涂 法、丝网印刷法等将Ti02浆料刷到导电基底上。目前Ti02浆料主要采用乙醇、乙酰丙酮 等作为溶剂和分散剂，聚乙二醇、曲拉通等作为表面活性剂，乙基纤维素作为成膜剂、 造孔剂。这种浆料很容易干燥，刷制的Ti02龟裂现象严重。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种具有良好的成膜性和粘接性、吸湿性 和热膨胀性良好、光阳极吸附染料的数量高、不易产生龟裂、能提高电池的短路电流密 度和电池的光电转换效率的以聚乙烯吡咯垸酮为成膜剂的光阳极浆料及制备方法。
本发明技术方案是
一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料，原料包括乙醇、乙酰丙酮、聚乙二 醇、曲拉通、松油醇，以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂。
一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料的制备方法，步骤如下
1) 将聚乙烯吡咯烷酮在常温下溶解于酒精中，浓度为0. 1 50mmol/L;
2) 将光阳极粉、乙酰丙酮、曲拉通、松油醇放入上述溶剂中，研磨30分钟，使其 成粘液状即可。
所述光阳极粉为Ti02粉、ZnO粉或两种粉任意比例的组合。
3所述光阳极粉与溶剂中聚乙烯吡咯垸酮的重量比为5: 4 2 。
本发明的优点是用聚乙烯吡咯垸酮(PVP)取代乙基纤维素(M70)作为成膜剂， 不但价钱便宜，而且使制备的光阳极浆料具有更优异的性能，如成膜性、粘接性；由于 聚乙烯吡咯烷酮是一种水溶性的高分子化合物，具有优异的溶解性，在常温下易溶于水、 乙醇、胺等，具有胶体保护作用、吸湿性、热膨胀性和对某些化合物的强络合能力；利 用PVP制备的薄膜，提高了 Ti02薄膜吸附染料的数量，可提高电池的短路电流密度，进 而提高电池的光电转换效率。
具体实施例方式
一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料，包括乙醇、乙酰丙酮、聚乙二醇、 曲拉通、松油醇，以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂。 实施例1:
光阳极浆料的制备方法，步骤如下
1) 将0.15g聚乙烯吡咯烷酮在常温下溶解在10ml酒精中，聚乙烯吡咯垸酮在酒精 中的浓度为0. 375mraol/L。
2) 将Ti。2粉(P25) 0.25g、乙酰丙酮O. 32ml、曲拉通X-100 0.6ml、松油醇1.3ml 放入上述溶剂中，研磨30分钟，使其成粘稠状即可。
将上述制得的浆料用刮涂法刷在导电玻璃上，经过500'C保温30min烧结后即制成光 阳极；再按常规工艺程序即可制备成DSC电池。将该电池在AM1.5标准太阳光下进行测 试，结果显示电池的短路电流密度达到了 11.3mA/cm2，开路电压为0. 81V，电池的填充因 子为59%，效率也达到了 5. 31%。
实施例2:
光阳极浆料的制备方法，步骤如下-
1) 将0.3g聚乙烯吡咯垸酮在常温下溶解在20ml酒精中，聚乙烯吡咯垸酮在酒精中 的浓度为0. 375mraol/L。
2) 将ZnO纳米花材料O. 5g、乙酰丙酮0.64ml、曲拉通X-IOO 1.2ml、松油醇2. 6ml 放入上述溶剂中，研磨30分钟，使其成粘稠状即可。
将上述制得的浆料用刮涂法刷在导电玻璃上，经过50(TC保温30min烧结后即制成光 阳极；再按常规工艺程序即可制备成DSC电池。将该电池在AM1.5标准太阳光下进行测 试，结果显示电池的短路电流密度达到了 4.88mA/cm2，开路电压为0.54V，电池的填充因 子为44%,效率也达到了 1. 17%。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该以权利 要求的保护范围为准。
权利要求
1. 一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料，原料包括乙醇、乙酰丙酮、聚乙二醇、曲拉通、松油醇，其特征在于以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂。
2. —种以聚乙烯吡咯垸酮为成膜剂的光阳极浆料的制备方法，其特征在于步骤如下1) 将聚乙烯吡咯垸酮在常温下溶解于酒精中，浓度为0. 1 50mmol/L;2) 将光阳极粉、乙酰丙酮、曲拉通、松油醇放入上述溶剂中，研磨30分钟，使其 成粘液状即可。
3. 根据权利要求2所述的以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料的制备方法，其 特征在于所述光阳极粉为Ti02粉、ZnO粉或两种粉任意比例的组合。
4. 根据权利要求2所述的以聚乙烯吡咯垸酮为成膜剂的光阳极浆料的制备方法，其 特征在于所述光阳极粉与溶剂中聚乙烯吡咯垸酮的重量比为5: 4 2 。
全文摘要
一种以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂的光阳极浆料，原料包括乙醇、乙酰丙酮、聚乙二醇、曲拉通、松油醇，以聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂；该浆料的制备步骤是将聚乙烯吡咯烷酮在常温下溶解于酒精中；将光阳极粉、乙酰丙酮、曲拉通、松油醇放入上述溶剂中，研磨30分钟，使其成粘液状即可。本发明的优点是用聚乙烯吡咯烷酮作为成膜剂，不但价钱便宜，而且使制备的光阳极浆料具有更优异的性能，如成膜性、粘接性；由于聚乙烯吡咯烷酮是一种水溶性的高分子化合物，具有优异的溶解性，吸湿性、热膨胀性和络合性好；利用PVP制备的薄膜，提高了TiO<sub>2</sub>薄膜吸附染料的数量和电池的短路电流密度，进而提高电池的光电转换效率。
文档编号H01G9/04GK101430970SQ20081015405
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者建 孙, 张晓丹, 熊绍珍, 耿新华, 颖 赵, 魏长春 申请人:南开大学