专利名称：一种痕量n型掺杂调制染料敏化太阳能电池光阳极费米能级的方法
技术领域：
本发明属于光伏电池的技术领域，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目前所报道的最高效率在11%左右，与其理论值尚有较大差 距。染料敏化太阳能电池的光电转换效率主要取决于电池的短路电流、开路电压和填充因 子。然而，目前对染料敏化太阳能电池的研究主要集中在以固态电解质或准固态电解质取 代液态电解质，开发新型染料使光谱覆盖面从可见光区拓展到近红外光区，研究新型叠层 串列式电池结构等。对于作为染料敏化太阳能电池基本骨架的多孔TiO2宽带半导体薄膜， 除少量研究探索提高多孔TiO2薄膜的电导率之外，对于通过掺杂调制宽带半导体费米能 级、以及它对染料敏化宽带半导体太阳能电池性能的影响几乎还没有人进行探索。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的用痕量N型掺杂调制染料敏化太 阳能电池光阳极费米能级的方法。本发明技术方案是用含+5价或+6价金属元素的盐作为N型掺杂源材料，掺杂二 氧化钛，用水热法制备二氧化钛浆料，用涂膜法制备二氧化钛纳米晶多孔薄膜电极。N型二氧化钛纳米晶多孔薄膜和透明导电基板组成染料敏化太阳能电池的阳极。如上所述的染料敏化太阳能电池掺杂电极的制备方法，其特征在于掺杂比例 (+5价或+6价金属元素与钛元素的原子比)为广lOOppm。用N719染料敏化本发明所制备的N型掺杂电极，并滴加氧化还原电解质于该N型 掺杂电极上，加盖对电极组装成染料敏化太阳能电池。上述方案中的氧化还原电解质配比为0· lmol/L l-propy-3-methylimidazolium iodide(l-丙基-3-甲基咪唑碘)，0. 05mol/L Lil，0. lmol/L GNCS，0. 03mol/L 12,0. 5mol/ L 4-切汁-13肚71 1^肚1^(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂与乙腈的混合溶液(体积比 为 1 :1)。本发明提供一种通过痕量N型掺杂掺杂调制宽带半导体二氧化钛纳米颗粒费米 能级，进而制备染料敏化太阳能电池N型掺杂电极的方法。该掺杂电极可以同时显著提高 电池的开路电压，短路电流，是一种提高染料敏化太阳能电池光电转化效率的有效方法。本发明的优势在于该方法制备工艺成本低廉，工艺简单，重复性好。由于痕量N 型掺杂不仅可以增加二氧化钛半导体纳米颗粒的载流子浓度、改善半导体的输运特性，而 且能够同时提高二氧化钛半导体纳米颗粒的费米能级，因此，染料敏化太阳能电池的短路 电流和开路电压均能同时得到提高，进而提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率。
具体实施例方式实施方案一
1.取IOml异丙醇钛和2. Ig醋酸混合均勻后倒入50ml水中，室温下搅拌1小时，之后， 加入0. 68ml硝酸，升温至80°C解胶。2.在解胶过程中，按钼钛原子比为5ppm，向溶胶中加入钼酸铵水溶液。3.解胶3小时后，将溶胶定容为63ml，倒入水热釜内衬中，在230°C下保温12个 小时。4.取出水热釜内衬中的沉淀物，滴加0. 4ml的硝酸，室温下搅拌30分钟，之后，移 入超声仪中，设定超声功率为200W，超声30分钟，之后，旋蒸至20ml，并添加0. 56g聚乙二 醇和0. 5ml聚乙二醇辛基苯基醚，搅拌12小时。5.将4所得的浆料涂到FTO导电玻璃上，在500°C下保温30分钟，得到掺钼的二 氧化钛电极。6.用N719染料敏化本发明所制备的掺杂电极，并滴加氧化还原电解质于该掺杂 电极上，加盖对电极组装成染料敏化太阳能电池。7.光电能量转换效率测量
测试条件500W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA)，Keithly 2400 source meter,辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面积为0. 25cm2。测试结果开路电压V。。为 715mV，短路电流密度Js。为12. 30 mA/cm2，光电转化效率为6. 00%。实施方案二
1.如实施方案一所述。2.在解胶过程中，按钼钛原子比为lOppm，向溶胶中加入钼酸铵水溶液。3 6如实施方案一所述。7.光电能量转换效率测量
测试条件500W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面积为0. 25cm2。测试结果开路电压V。。为735mV， 短路电流密度Js。为13. 69 mA/cm2，光电转化效率为6. 89%。实施方案三
1.如实施方案一所述。2.在解胶过程中，按钼钛原子比为lOOppm，向溶胶中加入钼酸铵水溶液。3 6如实施方案一所述。7.光电能量转换效率测量
测试条件500W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面积为0. 25cm2。测试结果开路电压V。。为675mV， 短路电流密度Js。为12. 20 mA/cm2，光电转化效率为5. 50%。实施方案四
1.如实施方案一所述。2.在解胶过程中，按钨钛原子比为百万分之一，向溶胶中加入偏钨酸铵溶液。3 6如实施方案一所述。7.光电能量转换效率测量测试条件500W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面积为0. 25cm2。测试结果开路电压V。。为700mV， 短路电流密度Js。为12. 57mA/cm2，光电转化效率为5. 44%。实施方案五
1.如实施方案一所述。2.在解胶过程中，按钨钛原子比为十万分之二，向溶胶中加入偏钨酸铵溶液。3 6如实施方案一所述。7.光电能量转换效率测量
测试条件500W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面积为0. 25cm2。测试结果开路电压V。。为685mV， 短路电流密度Js。为15. lOmA/cm2，光电转化效率为7. 13%。
权利要求
一种痕量N型掺杂调制染料敏化太阳能电池光阳极费米能级的方法，用水热法制备二氧化钛浆料，用涂膜法制备二氧化钛纳米晶多孔薄膜电极，其特征在于用含+5价或+6价金属元素的盐作为痕量N型掺杂源材料，掺杂二氧化钛。
2.如权利要求1所述的痕量N型掺杂染料敏化太阳能电池阳极的制备方法，其特征在 于+5价或+6价金属元素与钛元素的原子比为广100 ppm0
全文摘要
本发明公开了一种痕量N型掺杂调制染料敏化太阳能电池光阳极费米能级的方法用含+5价或+6价金属元素的盐作为N型掺杂源材料，采用水热法制备出痕量N型掺杂的二氧化钛浆料，采用涂膜法制备出痕量N型掺杂的二氧化钛纳米晶多孔薄膜电极。痕量N型掺杂调制二氧化钛纳米颗粒的费米能级，可以显著地提高染料敏化太阳能电池的开路电压，短路电流以及光电转化效率，而且成本低廉，工艺简单，重复性好，适合工业化应用。
文档编号H01G9/20GK101976609SQ20101050559
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者彭涛, 赵兴中, 陈博磊 申请人:武汉大学