专利名称：Ti<sub>(</sub><sub>l-x</sub><sub>)</sub>Sn<sub>x</sub>O<sub>2</sub>太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种Ti (1_x)Snx02太阳能电池及其制 备方法。
背景技术：
太阳能光伏电池将太阳能直接转换成电能实现光伏发电，大致已由单晶硅、多晶 硅太阳能电池，GaAS、CdTe、CUInSe薄膜太阳能电池发展到染料敏化太阳能电池DSSC阶段。 与传统的硅光伏电池依靠物理光电效应不同的是，DSSC则是通过光化学过程来实现光电转 换，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。因此寻找低成本且性能优良的DSSC半导体材料成为染料敏化太阳能电池研究中重要 的课题之一。目前广泛报道的半导体薄膜材料主要是纳米Ti02、ZnO, SnO2, Nb2O5等二元半 导体氧化物，三元半导体如Zn2Sn04、Zn2TiO4, ZnGa2O4, SrTiO3等也被人们重视起来。但是， 目前还未有Ti (1_x)Snx0 2纳米晶染料敏化太阳能电池的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的为提供了一种Ti a-x)Snx02太阳能电池及其制备方法，利用 Ti (1_x)SnxO2纳米晶这种具有良好性能的半导体材料，吸附更多的染料，增加了光的利用率。一种Ti (1_x)SnxO2太阳能电池，包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导 电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti (1_x)SnxO2纳米晶薄膜层和 电解质溶液。所述的Ti (1_x) SnxO2纳米晶的粒径在8_12nm。所述的有机染料为D131，钌染料为N719，其摩尔配比为1:1_1:3。该电池的制备方法为
1)电极材料的制备方法将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照a-X ):χ化学计量比溶 于乙二醇中，其中0<χ<1，溶质浓度为0. 1-1摩尔/升，室温下磁力搅拌20-40分钟后将其转 入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180-220°C烘箱反应18-22小时，经过乙醇离心洗 涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8-14小时得到Ti (1 _ x) SnxO2纳米晶粉末；
2)染料敏化太阳能电池的组装将制得的Ti(1_x)Snx02纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆 料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510-530°C焙烧1.5-2. 5小时，重复印刷焙烧3_5 次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1-1:3的混合染料中，12-24小时后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形 成三明治结构的染料敏化太阳能电池。所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。本发明的优点在于本发明首次提供了一种Ti^SnxO2纳米晶的太阳能电池及 其制备方法，为染料敏化纳米晶太阳能电池发现了一种全新的电极材料。同时本发明利用 简单的溶剂热法合成了粒径较小的Ti (1_x)Snx02纳米晶，用此纳米晶作为染料敏化太阳能电池负极，以D131和N719混合染料为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在lOOmW/cm2的光 强、AMI. 5条件下，其光电转换效率为1. 64% ；经TiCl4处理后，其光电转换效率可达3. 95%， 具有较高的光电转化效率。说明书附图
图1加反射层和未加反射层的(Tia5Sna5)O2染料敏化纳米晶太阳能电池的I-V性 能曲线。
具体实施例方式一种Ti (1_x)SnxO2太阳能电池，包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导 电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti (1_x)SnxO2纳米晶薄膜层和 电解质溶液。所述的Ti (1_x) SnxO2纳米晶的粒径在8_12nm。所述的有机染料为D131，钌染料为N719，其摩尔配比为1:1_1:3。该电池的制备方法为
1)电极材料的制备方法将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照α-X ):χ化学计量比溶 于10-25毫升的乙二醇中，其中0<χ<1，溶质浓度为0. 1-1摩尔/升，室温下磁力搅拌20-40 分钟后将其转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180-220°C烘箱反应18-22小时，经 过乙醇离心洗涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8-14小时得到Ti(1 - x)Snx02纳 米晶粉末；
2)染料敏化太阳能电池的组装将制得的Ti(1_x)Snx02纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆 料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510-530°C焙烧1.5-2. 5小时，重复印刷焙烧3_5 次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1-1:3的混合染料中，12-24小时后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形 成三明治结构的染料敏化太阳能电池。所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。实施例1
一种Tia5Sna5O2太阳能电池的制备方法为 1)电极材料的制备方法将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照(1- 0.5 ):0.5化学计 量比溶于乙二醇中，溶质浓度为0. 1摩尔/升，室温下磁力搅拌20分钟后将其转入聚四氟 乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180°C烘箱反应22小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用 去离子水离心洗涤三次，干燥8小时得到Tia5Sna5O2纳米晶粉末；
2)染料敏化太阳能电池的组装将制得的Tia5Sna5O2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆 料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510°C焙烧2. 5小时，重复印刷焙烧3次，然后将其 浸渍在D131与N719摩尔比为1:1的混合染料中，12小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料 敏化太阳能电池。所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液0. 05摩尔/ 升的碘单质，溶剂为液态乙腈。实施例2一种Tia2Sna8O2太阳能电池的制备方法为
1)电极材料的制备方法将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照(1- 0.8 ):0.8化学计 量比溶于乙二醇中，溶质浓度为1摩尔/升，室温下磁力搅拌40分钟后将其转入聚四氟乙 烯衬底的不锈钢反应釜中，在220°C烘箱反应18小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去 离子水离心洗涤三次，干燥14小时得到Tia2Sna8O2纳米晶粉末；
2)染料敏化太阳能电池的组装将制得的Tia2Sna8O2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆 料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在530°C焙烧1.5小时，重复印刷焙烧5次，然后将其 浸渍在D131与N719摩尔比为1 3的混合染料中，24小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料 敏化太阳能电池。所述的液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液0. 1摩尔/ 升的碘化锂，溶剂为液态乙腈。实施例3
一种Tia7Sna3O2太阳能电池的制备方法为
1)电极材料的制备方法将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照(1-0.3 )0.3化学计量 比溶于乙二醇中，溶质浓度为0. 5摩尔/升，室温下磁力搅拌30分钟后将其转入聚四氟乙 烯衬底的不锈钢反应釜中，在200°C烘箱反应20小时，经过乙醇离心洗涤至白色后再用去 离子水离心洗涤三次，干燥10小时得到Tia7Sna3O2纳米晶粉末；
2)染料敏化太阳能电池的组装将制得的Tia7Sna3O2纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆 料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在520°C焙烧2.0小时，重复印刷焙烧4次，然后将其 浸渍在D131与N719摩尔比为1 2的混合染料中，20小时后取出，电极薄膜的颜色由白色变 为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料 敏化太阳能电池。 以上未提及部分与具体实施方式
相同。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种Ti (1_x)Snx02太阳能电池，其特征在于所述的太阳能电池包括分别位于两端面 的导电玻璃层和对电极层，导电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的 Ti (1_x)SnxO2纳米晶薄膜层和电解质溶液。
2.根据权利要求1所述的Tia_x)Snx02太阳能电池，其特征在于所述的Tia_x)Snx02纳 米晶的粒径在8-12nm。
3.根据权利要求1所述的Ti(1_x)SnxO2太阳能电池，其特征在于所述的有机染料为 D131，钌染料为Ν719，其摩尔配比为1:1-1:3。
4.一种Ti a-x)Snx02太阳能电池的制备方法，其特征在于该电池的制备方法为1)电极材料的制备方法将钛酸四丁酯和五水四氯化锡按照(1-x):x化学计量比溶 于乙二醇中，其中0<χ<1，溶质浓度为0. 1-1摩尔/升，室温下磁力搅拌20-40分钟后将其转 入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，在180-220°C烘箱反应18-22小时，经过乙醇离心洗 涤至白色后再用去离子水离心洗涤三次，干燥8-14小时得到Ti (1 _ x) SnxO2纳米晶粉末；2)染料敏化太阳能电池的组装将制得的Ti(1_x)Snx02纳米晶和聚二乙基纤维素制得浆 料，用丝网印刷，将其印在导电玻璃上，在510-530°C焙烧1.5-2. 5小时，重复印刷焙烧3_5 次，然后将其浸渍在D131与N719摩尔比为1:1-1:3的混合染料中，12-24小时后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为红棕色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形 成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
5.根据权利要求4所述的Ti(1_x)Snx02太阳能电池的制备方法，其特征在于所述的液 态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。
全文摘要
本发明涉及一种Ti(l-x)SnxO2太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池包括分别位于两端面的导电玻璃层和对电极层，导电玻璃层和对电极层之间依次铺设浸渍有机染料及钌染料的Ti(l-x)SnxO2纳米晶薄膜层和电解质溶液。对于用Ti(l-x)SnxO2纳米晶薄膜层制备的太阳能电池，目前还鲜有报道。该电池在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，其光电转换效率为1.64%；经TiCl4处理后，其光电转换效率可达3.95% 。
文档编号H01L51/42GK102005308SQ20101054208
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月13日 优先权日2010年11月13日
发明者庞爱英, 魏明灯 申请人:福州大学