专利名称：具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法
技术领域：
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳电池的工作电极层的制备方法。
背景技术：
目前，研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池，然而硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限，限制了它的民用化，因此，急需开发低成本的太阳能电池。1991年，瑞士科学家Gi^tzel等人第一次制备出光电转换效率为7. 1 % 7. 9%的染料敏化纳米晶太阳电池(Nano-crystalline Dyesensitized Solar Cells，DSSC)，该类电池由于制作成本低，制作工艺简单，光电转化效率高等受到学者的广泛关注。为了增加入射光在电池中的传播路径，一方面可以在DSSC电池的背面附上一层反光膜，但由于一部分入射光穿过钼黑对电极时被吸收，从而使得到的银反射镜的光的数量减少，光反射效率降低。除此之外，可以通过改变光阳极膜的结构以提高入射光路径，将多层光子晶体嵌入光阳极膜的表面或内部。尽管使用光子晶体层可以拓宽由固体颗粒造成的应用限制，但是效率并没有显著提高。究其原因，一是反蛋白石结构作为一种洞状结构，容易造成光的泄露，降低了光的传播路径。其次，反蛋白光子晶体容易造成电荷传输障碍，增加复合机会，从而直接导致开路电压和短路电流的减少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可提高入射光在电池中的传播路径，增加电池对光的吸收，从而提高光电转换效率的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成1、铺制TiO2薄膜在导电玻璃上铺制厚度为4 5 μ m的质量分数为45%的TW2悬浮水溶液与体积分数为70%的乙醇水溶液的体积比为1 2的混合液，在马弗炉中500°C烧结30分钟，导电玻璃上形成TiO2薄膜。上述的导电玻璃是掺氟氧化锡导电玻璃或掺锡氧化铟导电玻璃，由大连七色光太阳能科技开发有限公司提供。2、自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层向温度为70°C的去离子水中加入苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入过硫酸铵，去离子水与苯乙烯、过硫酸铵的质量比为100 11.3 0.03 0.40，701搅拌反应对小时，冷却至室温，离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤，自然干燥，制备成聚苯乙烯微球。将聚苯乙烯微球加入体积分数为50%的乙醇水溶液中，超声分散，将分散液滴加入蒸馏水中，滴加质量分数为2%的十二烷基磺酸钠水溶液，聚苯乙烯微球与体积分数为50%的乙醇水溶液、蒸馏水、质量分数为2%的十二烷基磺酸钠水溶液的质量比为 1 35.8 30 0.2，得到表面上悬浮有单分子层聚苯乙烯微球的悬浮液。将步骤1铺制有TW2薄膜的导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，TiO2 薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，取出，在烘箱中80 120°C加热20 60分钟，冷却到室温，TiO2薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层。3、制备太阳电池光阳极钛酸丁酯与乙醇、稳定剂、蒸馏水按质量比为0. 1 1.0 0.06 7.44 0. 24 混合，配制成TW2溶胶，将TiA薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层的导电玻璃浸泡在TiA溶胶中，浸泡30 60秒，取出，室温晾干，在马弗炉中500°C灼烧30 60分钟，除掉聚苯乙烯胶体层，TiO2薄膜上形成TiA壳，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。上述的稳定剂为二乙醇胺或盐酸，优选二乙醇胺。本发明的自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，将步骤1铺制有TiO2薄膜的导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，取出，TW2薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，在烘箱中100°c加热30分钟，冷却到室温，TiA薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层。本发明制备的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极与Pt对电极、电解质溶液组成染料敏化太阳电池后，电池的光电转换效率与传统染料敏化太阳电池相比，提高约 2% 50%。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。实施例11、铺制TiO2薄膜 将2mL质量分数为45 %的TW2悬浮水溶液加入4mL体积分数为70 %的乙醇水溶液中，混合均勻，将该混合液均勻铺制在IcmXlcm的掺氟氧化锡导电玻璃上，铺制厚度为 4. 2 μ m，再将掺氟氧化锡导电玻璃置于马弗炉中，500°C烧结30分钟，掺氟氧化锡导电玻璃上形成TiO2薄膜。2、自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层向250mL的三口烧瓶中加入IOOg去离子水，升温到70°C，加入11. 3g苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入0. 041g过硫酸铵，70°C搅拌反应M小时，冷却至室温，13500转/分钟离心分离10分钟，倾去上层清液，向沉淀中加入去离子水，重复离心洗涤3次，再用无水乙醇超声洗涤3次，除去过硫酸铵及未反应的苯乙烯，产物放在通风厨中晾干，制备成粒径为 900nm的聚苯乙烯微球。将0.5g聚苯乙烯微球加入17. 9g体积分数为50 %的乙醇水溶液中，用功率为 IOOff的超声波清洗仪产生的频率为40Hz的超声波分散30分钟，将分散液以1 2滴/秒的速度滴加入15g蒸馏水中，再以1 2滴/秒的速度滴加0. Ig质量分数为2%的十二烷基磺酸钠水溶液，聚苯乙烯微球与体积分数为50%的乙醇水溶液、蒸馏水、质量分数为2% 的十二烷基磺酸钠水溶液的质量比为1 35.8 30 0.2，得到表面上悬浮有单分子层聚苯乙烯微球的悬浮液。将步骤1铺制有TW2薄膜的掺氟氧化锡导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，使TiO2薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，取出掺氟氧化锡导电玻璃，置于烘箱中100°c加热30分钟，冷却到室温，TiA薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层。3、制备太阳电池光阳极将0. 6g钛酸丁酯、0. 06g乙醇、7. 44g 二乙醇胺、0. 24g蒸馏水混合均勻，配制成 TiO2溶胶，将TiA薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层的掺氟氧化锡导电玻璃浸泡在 TiO2溶胶中，浸泡30秒，取出，室温晾干，在马弗炉中500°C灼烧30分钟，除掉聚苯乙烯胶体层，TiO2薄膜上形成TiA壳，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例2在实施例1的自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，将步骤1铺制有TW2 薄膜的掺氟氧化锡导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，使TiO2薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，取出掺氟氧化锡导电玻璃，置于烘箱中80°c加热60分钟，冷却到室温，TiO2薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例3在实施例1的自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，将步骤1铺制有TiO2 薄膜的掺氟氧化锡导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，使TiO2薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，取出掺氟氧化锡导电玻璃，置于烘箱中120°c加热20分钟，冷却到室温，TiO2薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例4在实施例1的铺制TW2薄膜步骤1中，在IcmX Icm的掺氟氧化锡导电玻璃上铺制厚度为4. 5 μ m的混合液，该步骤的其他步骤与实施例1相同。在自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，向250mL三口烧瓶中加入IOOg去离子水，升温到70°C，加入11. 3g苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入0. 085g过硫酸铵，70°C搅拌反应M小时，冷却至室温，13500 转/分钟离心分离10分钟，倾去上层清液，向沉淀中加去离子水，重复离心洗涤3次，再用无水乙醇超声洗涤3次，除去过硫酸铵及未反应的苯乙烯，将获得的白色样品放在通风厨中晾干，制备成粒径为600nm的聚苯乙烯微球，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例5在实施例1的铺制TW2薄膜步骤1中，在IcmX Icm的掺氟氧化锡导电玻璃上铺制厚度为4.6μπι的混合液，该步骤的其他步骤与实施例1相同。在自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，向250mL三口烧瓶中加入IOOg去离子水，升温到70°C，加入11. 3g苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入0. 17g过硫酸铵，70°C搅拌反应M小时，冷却至室温，13500转/ 分钟离心分离10分钟，倾去上层清液，向沉淀中加去离子水，重复离心洗涤3次，再用无水乙醇超声洗涤3次，除去过硫酸铵及未反应的苯乙烯，将获得的白色样品放在通风厨中晾干，制备成粒径为500nm的聚苯乙烯微球，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。
实施例6在实施例1的铺制TW2薄膜步骤1中，在IcmX Icm的掺氟氧化锡导电玻璃上铺制厚度为4. 7 μ m的混合液，该步骤的其他步骤与实施例1相同。在自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，向250mL三口烧瓶中加入IOOg去离子水，升温到70°C，加入11. 苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入0. 34g过硫酸铵，70°C搅拌反应M小时，冷却至室温，13500转/ 分钟离心分离10分钟，倾去上层清液，向沉淀中加去离子水，重复离心洗涤3次，再用无水乙醇超声洗涤3次，除去过硫酸铵及未反应的苯乙烯，将获得的白色样品放在通风厨中晾干，制备成粒径为400nm的聚苯乙烯微球，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例7在实施例1 3的铺制TW2薄膜步骤1中，在IcmX Icm的掺氟氧化锡导电玻璃上铺制厚度为4 μ m的混合液，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。在自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，向250mL三口烧瓶中加入IOOg去离子水，升温到70°C，加入11. 3g 苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入0.03g过硫酸铵，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。在制备太阳电池光阳极步骤3中，将1. Og钛酸丁酯、0. 06g乙醇、7. 44g 二乙醇胺、0. 24g蒸馏水混合均勻，配制成T^2溶胶，该步骤的其他步骤与相应实施例相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例8在实施例1 3的铺制T^2薄膜步骤1中，在IcmX Icm的掺氟氧化锡导电玻璃上铺制厚度为5 μ m的混合液，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。在自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤2中，向250mL三口烧瓶中加入IOOg去离子水，升温到70°C，加入11. 3g 苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入0.40g过硫酸铵，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。在制备太阳电池光阳极步骤3中，将0. Ig钛酸丁酯、0. 06g乙醇、7. 44g 二乙醇胺、0. 24g蒸馏水混合均勻，配制成T^2溶胶，该步骤的其他步骤与相应实施例相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例9在实施例1 8的制备太阳电池光阳极步骤3中，所用二乙醇胺用等质量的盐酸替换，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。其他步骤与相应实施例相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例10在实施例1 9的制备太阳电池光阳极步骤3中，将1^02薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层的掺氟氧化锡导电玻璃浸泡在TiA溶胶中，浸泡60秒，取出，室温晾干， 500°C灼烧60分钟，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。其他步骤与相应实施例相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。实施例11在实施例1 10的铺制TW2薄膜步骤1中，所用IcmX Icm的掺氟氧化锡导电玻璃用IcmXlcm的掺锡氧化铟导电玻璃替换，该步骤的其他步骤与相应实施例相同。其他步骤与相应实施例相同，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极。为了证明本发明的有益效果，发明人将实施例1 6制备的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极分别组装成染料敏化太阳电池，组装方法如下将具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极在300 μ mol/L的N719染料乙醇溶液中浸泡10小时，取出，用乙醇洗去吸附在光阳极表面的染料，在暗处自然晾干，得到敏化的光阳极。以Pt电极作为对电极，覆盖在敏化的光阳极上，以热封胶作为间隔层，滴入电解质溶液，得到染料敏化太阳电池。上述的电解质溶液是以乙腈为溶剂，电解质溶液中LiI的浓度为0. 5mol/L、I2的浓度为0. 05mol/L、4_叔丁基吡啶的浓度为0. 3mol/L。采用PROVA 200太阳电池分析仪在模拟标准太阳光下(AMI. 5IOOmff -cm^2),测定上述组装成的染料敏化太阳电池与传统染料敏化太阳电池的I-V曲线，并根据下述公式计算其光电转化效率 FF = Pfflax/ (IscX Voc) = (Ifflax X Vfflax) / (Isc X Voc)η = Pmax/Pin = (FFXIscX Vj /Pin式中V。。为开路电压，Isc为短路电流，Pfflax为最大输出功率，Vfflax为最佳工作电压， Imax为最佳工作电流，FF为填充因子，Pin为入射到太阳能电池表面的能量，η为光电转化效率，计算结果见表1。表1染料敏化太阳电池的光电转换效率
传统染料敏化太阳电池实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6光电转换效率2. 42%3. 57%2. 53%2. 76%2. 66%2. 47%3. 45% 由表1可见，实施例1 4制备的光阳极组装成的染料敏化太阳电池与传统敏化太阳电池相比，光电转换效率分别提高了 47. 52%,4. 55%U4.01%,9. 92%,2. 07%, 42. 56%，说明本发明方法制备的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极可提高电池的光电转换效率。
权利要求
1.具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法，由下述步骤组成(1)铺制TiO2薄膜在导电玻璃上铺制厚度为4 5 μ m的质量分数为45%的TiA悬浮水溶液与体积分数为70%的乙醇水溶液的体积比为1 2的混合液，在马弗炉中500°C烧结30分钟，导电玻璃上形成TW2薄膜；上述的导电玻璃是掺氟氧化锡导电玻璃或掺锡氧化铟导电玻璃；(2)自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层向温度为70°C的去离子水中加入苯乙烯，恒温搅拌10分钟，加入过硫酸铵，去离子水与苯乙烯、过硫酸铵的质量比为100 11.3 0.03 0.40，701搅拌反应对小时，冷却， 分离，干燥，制备成聚苯乙烯微球；将聚苯乙烯微球加入体积分数为50%的乙醇水溶液中，超声分散，将分散液滴加入蒸馏水中，滴加质量分数为2%的十二烷基磺酸钠水溶液，聚苯乙烯微球与体积分数为50%的乙醇水溶液、蒸馏水、质量分数为2%的十二烷基磺酸钠水溶液的质量比为 1 35.8 30 0.2，得到表面上悬浮有单分子层聚苯乙烯微球的悬浮液；将步骤(1)铺制有TiO2薄膜的导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，TiO2薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，取出，在烘箱中80 120°C加热20 60分钟， 冷却到室温，TiO2薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层；(3)制备太阳电池光阳极钛酸丁酯与乙醇、稳定剂、蒸馏水按质量比为0.1 1.0 0.06 7.44 0. M混合， 配制成TiA溶胶，将TiA薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层的导电玻璃浸泡在TiA 溶胶中，浸泡30 60秒，取出，室温晾干，在马弗炉中500°C灼烧30 60分钟，TiO2薄膜上形成TW2壳，制备成具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极；上述的稳定剂为二乙醇胺或盐酸。
2.根据权利要求1所述的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法，其特征在于在制备太阳电池光阳极步骤(3)中，所述的稳定剂为二乙醇胺。
3.根据权利要求1所述的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法，其特征在于在自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层步骤O)中，将步骤(1)铺制有TiO2薄膜的导电玻璃浸入单分子层聚苯乙烯微球悬浮液中，取出，TiO2薄膜的外表面覆盖上单分子层聚苯乙烯微球，在烘箱中100°c加热30分钟，冷却到室温，TiA薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层。
全文摘要
一种具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法，在TiO2薄膜上自组装单分子层的聚苯乙烯胶体层，以单分子层的聚苯乙烯胶体层为模板，在TiO2薄膜上形成TiO2壳。本发明制备的具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极与Pt对电极、电解质溶液组成染料敏化太阳电池后，电池的光电转换效率与传统染料敏化太阳电池相比，提高2％～50％。
文档编号H01M14/00GK102254692SQ20111009638
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者曾京辉, 龚彩虹 申请人:陕西师范大学