专利名称：一种染料敏化太阳能电池的制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种染料敏化太阳能电池的制备方法。
背景技术：
染料敏化太阳能电池因制作工艺简单，价格相对低廉，很有可能成为未来太阳能 电池的主导。目前在导电基底上设置的常用高电导率的辅助电极材料易被电解质腐蚀，即使是 辅助电极上制备了无机绝缘层(常用的介质材料)可以保护电极免受电解质腐蚀，但在四 氯化钛溶液修饰二氧化钛薄膜层时，保护辅助电极的绝缘层又容易被四氯化钛溶液腐蚀， 从而导致辅助电极被腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池的制备方法，以保护银栅电极免 受四氯化钛溶液以及电解质溶液的腐蚀，从而保证电池模块的稳定性。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种染料敏化太阳能电池的制 备方法，其特征在于先准备好印刷有银栅电极的光阳极导电玻璃基板和对电极导电玻璃 基板，在光阳极的导电玻璃基板的银栅电极上蒸镀一层透明的LaB6层，然后在光阳极的导 电玻璃基板上再喷涂一层硅烷偶联剂，干燥后，在光阳极的银栅电极的间隙印刷二氧化钛 薄膜层，再进行烧结，再将烧结处理后的光阳极导电玻璃基板放入配置好的染料溶液中对 二氧化钛薄膜层进行染料敏化，由此制得光阳极；在对电极的导电玻璃基板上制作无机绝 缘层并印刷钼电极，后进行烧结，由此得到对电极；最后将光阳极与对电极进行对接、灌注 电解质进行封装。进一步的，所述的制备方法包括以下步骤1)在光阳极的导电玻璃基板和打好封装孔的对电极的导电玻璃基板上，通过丝网 印刷的方法各印刷一层银栅电极，然后在烘箱中150°C下干燥20分钟，再转移到电阻炉中 进行烧结，烧结温度为450-500°C，保温15-30分钟；2)将光阳极的导电玻璃基板放入到电子束蒸发腔室中，在银栅电极上蒸镀一层透 明的LaB6 (六硼化镧)层；3)在光阳极的导电玻璃基板上，喷涂一层有机硅烷偶联剂溶液，后在烘箱中 80-100°C下干燥10-20分钟，后印刷二氧化钛薄膜层，在450-500°C下进行烧结，保温10-25 分钟；4)将经过步骤1)、2)、3)处理后的光阳极的导电玻璃基板放入配置好的40mM的 40-65°C四氯化钛溶液中浸泡处理15-30分钟，然后从溶液中取出，用去离子水冲洗5分钟 后烘干进行烧结，烧结温度为450-50(TC，保温10-25分钟；5)将光阳极放入钌配合物二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2'-联
3吡啶_4，4' - 二羧酸)钌(II)的染料溶液中，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化24-72h ；由 此制得光阳极；6)在由步骤1)制得的对电极的导电玻璃基板上印刷白色反射层浆料，制作无机 绝缘层，后进行烧结，烧结温度为530-56(TC，保温15-30分钟；7)在由步骤6)制得的对电极的导电玻璃基板上，印刷钼电极，转移到电阻炉中进 行烧结，烧结温度为450-470°C，保温20-30分钟；由此制的对电极；8)将步骤5)得到的光阳极和步骤7)得到的对电极进行图形对位，采用ΙΟΟμπι的 Surlyn膜(沙林膜)在130-160°C下热压2_5分钟进行封装，得到半成品电池；9)使用真空泵从对电极的导电玻璃基板上的封装孔进行电解质灌注，灌注完成后 在封装孔上点上紫外固化胶，在紫外灯下照射1-5分钟，得到封装好的染料敏化太阳能电 池模块。其中，所述的导电玻璃基板为掺铟氧化锡或掺氟氧化锡的导电玻璃基板。所述硅烷偶联剂溶液是将有机硅烷偶联剂稀释100-200倍，溶剂为水、乙醇中的一种。所述LaB6层的厚度为150_300nm。与现有技术相比，本发明提供的染料敏化太阳能电池的制备方法，在光阳极玻璃 基板的辅助电极上制备一层化学稳定性好、耐腐蚀性强的LaB6层来保护光阳极基板上的辅 助电极，同时LaB6晶体是透明的，不影响玻璃的透光率。光阳极上制备的透明的LaB6层可 以不降低光线的透过率，反射层可以提高二氧化钛薄膜层对光子的利用，提高大面积电池 模块的光电转换效率。在对电极玻璃基板的的辅助电极上，制备一层反射层来保护对电极 基板上的辅助电极，同时可以将通过光阳极玻璃基板LaB6层透过的光线进行反射而被二氧 化钛层充分利用，提高电池的光电转换效率。在光阳极的二氧化钛层制备前过程中，在光阳 极的玻璃基底上喷涂一层硅烷偶联剂，很好地改善了二氧化钛薄膜浆料与玻璃基底的附着 力，提高了生产效率和产品的良品率。
图1是是本发明的染料敏化太阳能电池的截面结构示意图；其中，1.光阳极的导电玻璃基板；2.导电层；3.银栅电极；4丄动6层；5. 二氧化钛 薄膜层；6.对电极的导电玻璃基板；7.导电层；8.银栅电极；9.无机绝缘层；10.钼电极； 11. Surlyn 膜。
具体实施例方式实施例1一种染料敏化太阳能电池的制备方法，该电池的具体制备方法包括以下步骤准备工作将对电极导电玻璃基板6按图形设计的位置打封装孔，然后将光阳极 的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超 声波清洗，每次清洗时间为5-20分钟，清洗完毕后用气枪吹干备用。所述的导电玻璃基板 1、6为掺铟氧化锡或掺氟氧化锡的导电玻璃基板。步骤一在光阳极的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6上，按照设计的图形通过丝网印刷的方法各印刷一层银栅电极3、8。然后在烘箱中150°C下干燥20分钟，再 转移到电阻炉中进行烧结，烧结温度为450°C，保温30分钟。待炉温降低到室温后取出光阳 极的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6。步骤二 将光阳极的导电玻璃基板1放入到电子束蒸发腔室中，按照设计的掩模 板在银栅电极上蒸镀一层透明的LaB6层4，厚度为150nm。蒸镀完毕后取出光阳极的导电 玻璃基板1。步骤三将有机硅烷偶联剂加水稀释100倍，然后将配制好的有机硅烷偶联剂溶 液喷涂在光阳极的导电玻璃基板1上，后在烘箱中100°C下干燥10分钟。按照设计的纳米 晶二氧化钛薄膜层的图形，在光阳极导电玻璃基板1上的银栅电极3间隙印刷二氧化钛薄 膜层5，首先印刷两层粒径较小的二氧化钛薄膜层作为吸收层，再印刷一层粒径较大的二氧 化钛薄膜层作为散射层，每层印刷后在烘箱中100°C下干燥10分钟，然后转移到电阻炉中 进行烧结，烧结温度为450°C，保温25分钟。步骤四将经过步骤一至三处理后的光阳极的导电玻璃基板1放入现配置好的 40mM的40°C四氯化钛溶液中浸泡30分钟，然后从溶液中取出，用去离子水反复冲洗5分钟 后烘干进行烧结，烧结温度为450°C，保温25分钟。步骤五待炉温降低到室温后取出，将光阳极的导电玻璃基板1放入配置好的钌 配合物二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶_4，4' _ 二羧酸)钌(II) 的染料溶液中进行染料敏化24h。至此，光阳极制备完毕。步骤六在由步骤1)制得的对电极的导电玻璃基板6上，按照设计的图形，印刷两 层白色反射层浆料，制作无机绝缘层9，后进行烧结，烧结温度为530°C，保温30分钟。步骤七在由步骤六制得的对电极的导电玻璃基板6上，后按照设计的图形印刷 一层钼电极10，转移到电阻炉中进行烧结，烧结温度为470°C，保温20分钟。对电极制作完 毕。步骤八将制作好的光阳极和对电极按照图形进行对接，采用ΙΟΟμπι的Surlyn膜 130°C下热压5分钟进行封装，得到半成品电池。步骤九使用真空泵通过封装孔灌注电解质，灌注完成后在封装孔上点上紫外固 化胶，在紫外灯下照射1分钟，得到封装好的染料敏化太阳能电池模块。实施例2一种染料敏化太阳能电池的制备方法，该电池的具体制备方法包括以下步骤准备工作与实施例1中的准备工作相同，在此不再重复。步骤一在光阳极的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6上，按照设计的图 形通过丝网印刷的方法各印刷一层银栅电极3、8。然后在烘箱中150°C下干燥20分钟，再 转移到电阻炉中进行烧结，烧结温度为500°C，保温15分钟。待炉温降低到室温后取出光阳 极的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6。步骤二 将光阳极的导电玻璃基板1放入到电子束蒸发腔室中，按照设计的掩模 板在银栅电极上蒸镀一层透明的LaB6层4，厚度为300nm。蒸镀完毕后取出光阳极的导电 玻璃基板1。步骤三将有机硅烷偶联剂加水稀释200倍，然后将配制好的有机硅烷偶联剂溶 液喷涂在光阳极的导电玻璃基板1上，后在烘箱中80°C下干燥20分钟。按照设计的纳米晶
5二氧化钛薄膜层的图形，在光阳极导电玻璃基板1上的银栅电极3间隙印刷二氧化钛薄膜 层5，首先印刷两层粒径较小的二氧化钛薄膜层作为吸收层，再印刷一层粒径较大的二氧化 钛薄膜层作为散射层，每层印刷后在烘箱中100°C下干燥10分钟，然后转移到电阻炉中进 行烧结，烧结温度为500°C，保温10分钟。步骤四将经过步骤一至三处理后的光阳极的导电玻璃基板1放入现配置好的 40mM的65°C四氯化钛溶液中浸泡15分钟，然后从溶液中取出，用去离子水反复冲洗5分钟 后烘干进行烧结，烧结温度为500°C，保温10分钟。步骤五待炉温降低到室温后取出，将光阳极的导电玻璃基板1放入配置好的钌 配合物二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶_4，4' _ 二羧酸)钌(II) 的染料溶液中进行染料敏化72h。至此，光阳极制备完毕。步骤六在由步骤1)制得的对电极的导电玻璃基板6上，按照设计的图形，印刷两 层白色反射层浆料，制作无机绝缘层9，后进行烧结，烧结温度为560°C，保温15分钟。步骤七在由步骤六制得的对电极的导电玻璃基板6上，后按照设计的图形印刷 一层钼电极10，转移到电阻炉中进行烧结，烧结温度为450°C，保温20分钟。对电极制作完 毕。步骤八将制作好的光阳极和对电极按照图形进行对接，采用ΙΟΟμπι的Surlyn膜 160°C下热压2分钟进行封装，得到半成品电池。步骤九使用真空泵通过封装孔灌注电解质，灌注完成后在封装孔上点上紫外固 化胶，在紫外灯下照射5分钟，得到封装好的染料敏化太阳能电池模块。实施例3一种染料敏化太阳能电池的制备方法，该电池的具体制备方法包括以下步骤准备工作与实施例1中的准备工作相同，在此不再重复。步骤一在光阳极的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6上，按照设计的图 形通过丝网印刷的方法各印刷一层银栅电极3、8。然后在烘箱中150°C下干燥20分钟，再 转移到电阻炉中进行烧结，烧结温度为490°C，保温20分钟。待炉温降低到室温后取出光阳 极的导电玻璃基板1和对电极的导电玻璃基板6。步骤二 将光阳极的导电玻璃基板1放入到电子束蒸发腔室中，按照设计的掩模 板在银栅电极上蒸镀一层透明的LaB6层4，厚度为200nm。蒸镀完毕后取出光阳极的导电 玻璃基板1。步骤三将有机硅烷偶联剂加水稀释140倍，然后将配制好的有机硅烷偶联剂溶 液喷涂在光阳极的导电玻璃基板1上，后在烘箱中90°c下干燥15分钟。按照设计的纳米晶 二氧化钛薄膜层的图形，在光阳极导电玻璃基板1上的银栅电极3的间隙印刷二氧化钛薄 膜层5，首先印刷两层粒径较小的二氧化钛薄膜层作为吸收层，再印刷一层粒径较大的二氧 化钛薄膜层作为散射层，每层印刷后在烘箱中100°C下干燥10分钟，然后转移到电阻炉中 进行烧结，烧结温度为470°C，保温15分钟。步骤四将经过步骤一至三处理后的光阳极的导电玻璃基板1放入现配置好的 40mM的45°C四氯化钛溶液中浸泡20分钟，然后从溶液中取出，用去离子水反复冲洗5分钟 后烘干进行烧结，烧结温度为470°C，保温15分钟。步骤五待炉温降低到室温后取出，将光阳极的导电玻璃基板1放入配置好的钌配合物二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶_4，4' _ 二羧酸)钌(II) 的染料溶液中进行染料敏化48h。至此，光阳极制备完毕。步骤六在由步骤1)制得的对电极的导电玻璃基板6上，按照设计的图形，印刷两 层白色反射层浆料，制作无机绝缘层9，后进行烧结，烧结温度为550°C，保温20分钟。步骤七在由步骤六制得的对电极的导电玻璃基板6上，后按照设计的图形印刷 一层钼电极10，转移到电阻炉中进行烧结，烧结温度为460°C，保温25分钟。对电极制作完 毕。步骤八将制作好的光阳极和对电极按照图形进行对位，采用ΙΟΟμπι的Surlyn膜 150°C下热压3分钟进行封装，得到半成品电池。步骤九使用真空泵通过封装孔灌注电解质，灌注完成后在封装孔上点上紫外固 化胶，在紫外灯下照射3分钟，得到封装好的染料敏化太阳能电池模块。本发明提供的染料敏化太阳能电池的制备方法，在光阳极导电玻璃基板1的辅助 电极上制备一层化学稳定性好、耐腐蚀性强的LaB6层4来保护光阳极基板1上的辅助电极， 同时LaB6晶体是透明的，不影响玻璃的透光率。光阳极上制备的透明的LaB6层4可以不降 低光线的透过率，反射层可以提高二氧化钛薄膜层5对光子的利用，提高大面积电池模块 的光电转换效率。在对电极玻璃基板的的辅助电极上，制备一层反射层来保护对电极基板 上的辅助电极，同时可以将通过光阳极玻璃基板LaB6层透过的光线进行反射而被二氧化钛 层充分利用，提高电池的光电转换效率。在光阳极的二氧化钛层制备前过程中，在光阳极的 玻璃基底上喷涂一层硅烷偶联剂，很好地改善了二氧化钛薄膜浆料与玻璃基底的附着力， 提高了生产效率和产品的良品率。以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 一次而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不 脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因 此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
一种染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于先准备好印刷有银栅电极的光阳极导电玻璃基板和对电极导电玻璃基板，在光阳极的导电玻璃基板的银栅电极上蒸镀一层透明的LaB6层，然后在光阳极的导电玻璃基板上再喷涂一层硅烷偶联剂，干燥后，在光阳极的银栅电极的间隙印刷二氧化钛薄膜层，再进行烧结，再将烧结处理后的光阳极导电玻璃基板放入配置好的染料溶液中对二氧化钛薄膜层进行染料敏化，由此制得光阳极；在对电极的导电玻璃基板上制作无机绝缘层并印刷铂电极，后进行烧结，由此得到对电极；最后将光阳极与对电极进行对接、灌注电解质进行封装。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述的制备方 法具体包括以下步骤1)在光阳极的导电玻璃基板和打好封装孔的对电极的导电玻璃基板上，通过丝网印刷 的方法各印刷一层银栅电极，然后在烘箱中150°C下干燥20分钟，再转移到电阻炉中进行 烧结，烧结温度为450-500°C，保温15-30分钟；2)将光阳极的导电玻璃基板放入到电子束蒸发腔室中，在银栅电极上蒸镀一层透明的 LaB6 层；3)在光阳极的导电玻璃基板上，喷涂一层有机硅烷偶联剂溶液，后在烘箱中80-100°C 下干燥10-20分钟，后在光阳极的银栅电极的间隙印刷二氧化钛薄膜层，在450-500°C下进 行烧结，保温10-25分钟；4)将经过步骤1)、2)、3)处理后的光阳极的导电玻璃基板放入配置好的40mM的 40-65°C四氯化钛溶液中浸泡处理15-30分钟，然后从溶液中取出，用去离子水冲洗5分钟 后烘干进行烧结，烧结温度为450-50(TC，保温10-25分钟；5)将光阳极放入钌配合物二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡 啶_4，4' - 二羧酸)钌(II)的染料溶液中，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化24-72h ；由此 制得光阳极；6)在由步骤1)制得的对电极的导电玻璃基板上印刷白色反射层浆料，制作无机绝缘 层，后进行烧结，烧结温度为530-560°C，保温15-30分钟；7)在由步骤6)制得的对电极的导电玻璃基板上，印刷钼电极，转移到电阻炉中进行烧 结，烧结温度为450-470°C，保温20-30分钟；由此制的对电极；8)将步骤5)得到的光阳极和步骤7)得到的对电极按图形进行对接，采用IOOym的 Surlyn膜在130-160°C下热压2_5分钟进行封装，得到半成品电池；9)使用真空泵从对电极的导电玻璃基板上的封装孔进行电解质灌注，灌注完成后在封 装孔上点上紫外固化胶，在紫外灯下照射1-5分钟，得到封装好的染料敏化太阳能电池模 块。
3.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征 在于所述的导电玻璃基板为掺铟氧化锡或掺氟氧化锡的导电玻璃基板。
4.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂溶 液是将有机硅烷偶联剂稀释100-200倍，溶剂为水、乙醇中的一种。
5.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于=LaB6层的厚度 为 150-300nm。
全文摘要
本发明提供一种染料敏化太阳能电池的制备方法，先准备好印刷有银栅电极的光阳极导电玻璃基板和对电极导电玻璃基板，在光阳极的导电玻璃基板的银栅电极上蒸镀一层透明的LaB6层，然后在光阳极的导电玻璃基板上再喷涂一层硅烷偶联剂，干燥后，在光阳极的银栅电极的间隙印刷二氧化钛薄膜层，再进行烧结，将烧结处理后的光阳极导电玻璃基板放入配置好的染料溶液中对二氧化钛薄膜层进行染料敏化，由此制得光阳极；在对电极的导电玻璃基板上制作无机绝缘层并印刷铂电极，后进行烧结，由此得到对电极；最后将光阳极与对电极进行对接、灌注电解质进行封装。本发明所述的方法可保护银栅电极免受四氯化钛溶液以及电解质溶液的腐蚀，从而保证电池模块的稳定性。
文档编号H01M14/00GK101950677SQ20101029310
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者王香 申请人:彩虹集团公司