专利名称：一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。
背景技术：
染料敏化太阳能电池主要是模仿光合作用原理的一种新型太阳能电池。与主流无 机材料制作的晶体硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池工艺技术相对简单，可利用旋 转涂布、浸液涂布、丝网印刷等简便易行的加工方式，在大面积工业化生产中具有较大的优势。与现有通常采用的丝网印刷方式制作大面积电池功能层相比，本发明通过采用光 刻的工艺来实现。我们在制作完银栅辅助电极后，开始采用光刻的方法分别制作保护银栅 的介质层和分布在介质层间隙的二氧化钛薄膜层，在两层分别制作完毕后再进行烧结处 理，减少了介质层的单独烧结工艺，节约了成本；同时介质层与二氧化钛薄膜层一起进行烧 结，可以防止银栅电极经过再次烧结时严重扩散而导致的二氧化钛薄膜边缘变色的现象。
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光阳极的制备方法，通过光刻的 方法分别制作介质层和二氧化钛薄膜层后，一起进行烧结，从而能够简化电池的制作工艺， 节约成本，并且可以防止银栅电极经过再次烧结时严重扩散而导致的二氧化钛薄膜边缘变 色的现象。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤a、在透明导电玻璃基板上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷银栅电极，在 150-180°C下干燥10-20min，然后进行烧结，烧结温度为450_500°C，保温15_30min，烧结后 银栅厚度在4-15μπι;b、在上一步骤得到的透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性介质粉浆料，在 100-130°C下干燥10-20min，利用介质菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到介质图形覆 盖在银栅电极上，曝光量为600-800mJ/cm2，显影液采用温度为30_40°C的质量百分比浓度 0. 2% -0. 6%的碳酸钠溶液，显影时间为20-60s ；C、在上一步骤得到的透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性二氧化钛浆料， 80-100°C下干燥10-20min，利用二氧化钛菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到二氧化 钛图形，间隔分布在介质图形间隙处，曝光量为400-600mJ/cm2，显影液采用温度为30-40°C 的质量百分比浓度0. 2% -0. 6%的碳酸钠溶液，显影时间为15-40s，然后在450-500°C下进 行烧结，保温10-25min，烧结后介质层厚度在8_20 μ m，二氧化钛薄膜厚度为9_30 μ m ；d、然后将上一步骤得到的透明导电玻璃基板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，即得到制作好的光阳极。
其中感光性介质粉浆料的制备方法如下，将质量百分比为4% -15%的溶剂2，2， 4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯，质量百分比为10%-15%的光引发剂2-甲基-l-(4-甲 硫基苯基)-2_吗啉基-1-丙酮，即紫外光引发剂907，质量百分比为0. 3% -0. 5%的分散 剂，质量百分比为55% -70%的玻璃粉，余量为树脂，充分混合研磨20-30min即可。其中研磨后玻璃粉浆料的粒径小于7 μ m。其中研磨后感光性介质粉浆料黏度控制在20到50kcps之间。其中分散剂为BYK171、BYK2025、BYK354、BYK358和BYK140中的至少一种，树脂为 乙基纤维素松油醇按质量比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。其中感光性二氧化钛浆料的制备方法如下，将质量百分比为15% -30%的溶剂2， 2，4_三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯，质量百分比为8%-15%的光引发剂2-甲基-l-(4-甲 硫基苯基)-2_吗啉基-1-丙酮，即紫外光引发剂907，质量百分比为0. 3% -0. 5%的分散 剂，质量百分比为15% -25%的二氧化钛粉体，余量为树脂，充分混合研磨20-30min即可。其中二氧化钛粉体粒径为ll_400nm。其中分散剂为BYK171、BYK2025、BYK354、BYK358和BYK140中的至少一种，树脂为 乙基纤维素松油醇按质量比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。与现有技术相比，本发明提供的染料敏化电池光阳极的制备方法，在制作完银栅 辅助电极后，采用光刻的方法分别制作保护银栅的介质层和分布在介质层间隙的二氧化钛 薄膜层，在两层分别制作完毕后再进行烧结处理，减少了介质层的单独烧结工艺，节约了成 本；同时介质层与二氧化钛薄膜层一起进行烧结，可以防止银栅电极经过再次烧结时严重 扩散而导致的二氧化钛薄膜边缘变色的现象。
附图1是本发明方法制备的太阳能电池光阳极的截面结构示意图。
具体实施例方式实施例1一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，具体制备方法为感光性介质粉浆料配制在研钵中称量15. 7g树脂，IOg紫外光引发剂907，70g玻 璃粉，0. 3g分散剂，4g溶剂2，2，4-三甲基-1. 3戊二醇单异丁酸酯，充分研钵25min，研磨后 感光性介质粉浆料黏度50kcps。其中分散剂为BYK140，树脂为乙基纤维素松油醇按质量 比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。感光性二氧化钛浆料配制在研钵中称量36. 7g树脂，8g紫外光引发剂907，25g 粒径为Ilnm的二氧化钛粉体，0. 3g分散剂，30g溶剂2，2，4-三甲基-1. 3戊二醇单异丁酸 酯，充分研钵25min。其中分散剂为BYK2025，树脂为乙基纤维素松油醇按质量比1 9， 在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。将透明导电玻璃基板依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次 清洗时间为5-20min，清洗完毕后用气枪吹干备用；在透明导电玻璃基板上，按照设计的图 形通过丝网印刷的方法印刷一层银栅极，然后在烘箱中150°C下干燥20min，再转移到电阻 炉中进行烧结，烧结温度为450°C，保温30min，银栅厚度为15 μ m ；待炉温降低到室温后取出，在透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性介质粉浆料，100°C下干燥20min，利用介 质菲林掩膜在紫外进行曝光显影，得到介质图形覆盖在银栅电极上，曝光量为800mJ/cm2， 显影液采用温度为30°C的质量百分比浓度0. 2%的碳酸钠溶液，显影时间为60s，再用去离 子水反复冲洗IOmin烘干；后在透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性二氧化钛浆料， 80°C下干燥20min，利用二氧化钛菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到二氧化钛图形， 间隔分布在介质图形间隙处，曝光量为600mJ/cm2，显影液采用温度为30°C，质量百分比浓 度0. 2%的碳酸钠溶液，显影时间为40s，后在450°C下进行烧结，保温25min，烧结后介质 层厚度为20μπι，二氧化钛厚度为30 μ m;将制备好二氧化钛薄膜的透明导电玻璃基板放入 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)的染料溶液中浸泡24h，得到制作好的光阳极。实施例2一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，具体制备方法为感光性介质粉浆料配制在研钵中称量14. 5g树脂，15g紫外光引发剂907，55g玻 璃粉，0. 5g分散剂，15g溶剂2，2，4-三甲基-1. 3戊二醇单异丁酸酯，充分研钵25min，研磨 后感光性介质粉浆料黏度控制在20kcps。其中分散剂为BYK354，树脂为乙基纤维素松油 醇按质量比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。感光性二氧化钛浆料配制在研钵中称量54. 5g树脂，15g紫外光引发剂907，15g 粒径为400nm的二氧化钛粉体，0. 5g分散剂，15g溶剂2，2，4-三甲基-1. 3戊二醇单异丁酸 酯，充分研钵25min。其中分散剂为BYK358，树脂为乙基纤维素松油醇按质量比1 9，在 80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。将透明导电玻璃基板依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次 清洗时间为5-20min，清洗完毕后用气枪吹干备用；在透明导电玻璃基板上，按照设计的图 形通过丝网印刷的方法印刷一层银栅极，然后在烘箱中180°C下干燥lOmin，再转移到电阻 炉中进行烧结，烧结温度为50(TC，保温15min，烧结后银栅厚度为4μ m ；待炉温降低到室温 后取出，在透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性介质粉浆料，130°C下干燥lOmin，利 用介质菲林掩膜在紫外进行曝光显影，得到介质图形覆盖在银栅电极上，曝光量为600mJ/ cm2，显影液采用温度为40°C的质量百分比浓度0. 6%的碳酸钠溶液，显影时间为20s，再用 去离子水反复冲洗IOmin烘干；后在透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性二氧化钛 浆料，100°C下干燥lOmin，利用二氧化钛菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到二氧化钛 图形，间隔分布在介质图形间隙处，曝光量为400mJ/cm2，显影液采用温度为40°C，质量百分 比浓度0. 6%的碳酸钠溶液，显影时间为15s，后在500°C下进行烧结，保温lOmin，烧结后介 质层厚度为8 μ m，二氧化钛厚度为9 μ m ；将制备好二氧化钛薄膜的透明导电玻璃基板放入 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 )的染料溶液中浸泡72h，得到制作好的光阳极。实施例3一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，具体制备方法为感光性介质粉浆料配制在研钵中称量15g树脂，12g紫外光引发剂907，60g玻璃 粉，0. 5g分散剂，12. 5g溶剂2，2，4-三甲基-1. 3戊二醇单异丁酸酯，充分研钵25min，研磨 后感光性介质粉浆料黏度控制在30kcps。其中分散剂为BYK140，树脂为乙基纤维素松油醇按质量比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。感光性二氧化钛浆料配制在研钵中称量41. 5g树脂，12g紫外光引发剂907，21g 粒径为20nm的二氧化钛粉体，0. 5g分散剂，25g溶剂2，2，4-三甲基-1. 3戊二醇单异丁酸 酯，充分研钵25min。其中分散剂为BYK171和BYK2025，树脂为乙基纤维素松油醇按质量 比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。将透明导电玻璃基板依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次 清洗时间为5-20min，清洗完毕后用气枪吹干备用；在透明导电玻璃基板上，按照设计的图 形通过丝网印刷的方法印刷一层银栅极，然后在烘箱中160°C下干燥15min，再转移到电阻 炉中进行烧结，烧结温度为480°C，保温20min，烧结后银栅厚度为8 μ m ；待炉温降低到室温 后取出，在透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性介质粉浆料，120°C下干燥15min，利 用介质菲林掩膜在紫外进行曝光显影，得到介质图形覆盖在银栅电极上，曝光量为650mJ/ cm2，显影液采用温度为35°C的质量百分比浓度0. 5%的碳酸钠溶液，显影时间为30s，再用 去离子水反复冲洗IOmin烘干；后在透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性二氧化钛 浆料，90°C下干燥15min，利用二氧化钛菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到二氧化钛 图形，间隔分布在介质图形间隙处，曝光量为500mJ/cm2，显影液采用温度为40°C，质量百分 比浓度0. 5%的碳酸钠溶液，显影时间为20s，后在480°C下进行烧结，保温20min，烧结后介 质层厚度为12μπι，二氧化钛厚度为14μπι;将制备好二氧化钛薄膜的透明导电玻璃基板放 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 )的染料溶液中浸泡48h，得到制作好的光阳极。
权利要求
一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤a、在透明导电玻璃基板上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷银栅电极，在150 180℃下干燥10 20min，然后进行烧结，烧结温度为450 500℃，保温15 30min，烧结后银栅厚度在4 15μm；b、在上一步骤得到的透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性介质粉浆料，在100 130℃下干燥10 20min，利用介质菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到介质图形覆盖在银栅电极上，曝光量为600 800mJ/cm2，显影液采用温度为30 40℃的质量百分比浓度0.2％ 0.6％的碳酸钠溶液，显影时间为20 60s；c、在上一步骤得到的透明导电玻璃基板上，整面印刷一层感光性二氧化钛浆料，80 100℃下干燥10 20min，利用二氧化钛菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到二氧化钛图形，间隔分布在介质图形间隙处，曝光量为400 600mJ/cm2，显影液采用温度为30 40℃的质量百分比浓度0.2％ 0.6％的碳酸钠溶液，显影时间为15 40s，然后在450 500℃下进行烧结，保温10 25min，烧结后介质层厚度在8 20μm，二氧化钛薄膜厚度为9 30μm；d、然后将上一步骤得到的透明导电玻璃基板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，即得到制作好的光阳极。
2.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其中感光性介质粉浆料的制备方法如下将质量百分比为4%-15%的溶剂2，2，4_三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯，质量百分比 为10%-15%的光引发剂2-甲基-l-(4-甲硫基苯基)-2_吗啉基-1-丙酮，即紫外光引发 剂907，质量百分比为0.3%-0.5%的分散剂，质量百分比为55%-70%的玻璃粉，余量为树 脂，充分混合研磨20-30min即可。
3.如权利要求2所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其 中研磨后玻璃粉浆料的粒径小于7 μ m。
4.如权利要求2所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其 中研磨后感光性介质粉浆料黏度控制在20到50kcps之间。
5.如权利要求2所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其 中分散剂为BYK171、BYK2025、BYK354、BYK358和BYK140中的至少一种，树脂为乙基纤维 素松油醇按质量比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。
6.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其中感光性二氧化钛浆料的制备方法如下将质量百分比为15% -30%的溶剂2，2，4_三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯，质量百分 比为8% -15%的光引发剂2-甲基-l-(4-甲硫基苯基)-2_吗啉基-1-丙酮，即紫外光引 发剂907，质量百分比为0.3%-0.5%的分散剂，质量百分比为15%-25%的二氧化钛粉体， 余量为树脂，充分混合研磨20-30min即可。
7.如权利要求6所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其 中二氧化钛粉体粒径为ll-400nm。
8.如权利要求6所述的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于其 中分散剂为BYK171、BYK2025、BYK354、BYK358和BYK140中的至少一种，树脂为乙基纤维素松油醇按质量比1 9，在80°C水浴中加热搅拌30min配制的有机树脂。
全文摘要
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。其特征在于，包括如下步骤a、在透明导电玻璃基板上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷银栅电极；b、整面印刷一层感光性介质粉浆料，利用介质菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到介质图形覆盖在银栅电极上；c、整面印刷一层感光性二氧化钛浆料，利用二氧化钛菲林掩膜在紫外灯下进行曝光显影，得到二氧化钛图形，然后烧结；d、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)的染料溶液中敏化24-72h。与现有技术相比，本发明提供方法，减少了介质层的单独烧结工艺，节约了成本，可以防止二氧化钛薄膜边缘变色的现象。
文档编号H01M14/00GK101950679SQ20101029741
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者王香 申请人:彩虹集团公司