专利名称：一种磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备固态染料敏化太阳能电池的方法，尤其是涉及一种磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法。
背景技术：
和传统的硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池是一种廉价、效率相对较高的新型绿色光电转换器件。染料敏化太阳能电池的主要部分是一个TiO21染料I电解质的三明治结构。目前液态染料敏化太阳能电池是以r和if氧化还原电对的液态溶液为电解质；由于液态电解质的流动性，使得电池封装难，易渗漏，导致染料敏化太阳能电池的稳定性差，难以工业化应用。固态染料敏化太阳能电池是当前国际上染料敏化太阳能电池的发展趋势，但是固态聚合物电解质离子电导率低、对光阳极TiO2膜的渗透性不好，制约了其发展。发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中聚合物电解质电导率低、渗透性不好而导致太阳能电池性能欠佳的缺陷，提供一种磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，使用该方法制备的太阳能电池，光电转化效率高。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是一种磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，包括以下步骤(1)采用刮涂方法将TiO2料浆涂覆于导电玻璃表面，使之成膜，经450- 500°C处理 30 — 60 分钟后，放入 0. 4 — 0. 6X10 —3 mol/L (优选 0.5 X 10 —3 mol/L)的 N719 染料〔SP 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)〕无水乙醇溶液当中室温敏化12 — 25小时(优选20小时)，得染料敏化的TiO2光阳极；所述TiO2料浆的固液比=1:3 - 9 (优选1:4)；(2)准备以下质量百分比的原料N-甲基吡咯烷酮85-97%，多糖聚合物I一 10%，磁性纳米粉体改性剂I 一 5%，碘化锂和碘的无机混合物0. 3 — 0. 6% ;在N-甲基吡咯烷酮有机溶剂当中，先加入多糖聚合物，然后在60 - 90°C恒温水浴下搅拌I 一 4小时，再加入磁性纳米粉体改性剂，在60 - 90°C下搅拌至形成均一的溶液，再加入碘化锂和碘的无机混合物， 继续搅拌，直至无机物完全溶解，得到均匀粘稠的磁性聚合物电解质；所述多糖聚合物优选琼脂糖、纤维素或壳聚糖；所述碘化锂和碘的无机混合物中，碘化锂的质量百分比为10 - 40%，碘的质量百分比为 60 — 90% ；所述磁性纳米粒子改性剂优选纳米NiO、纳米Fe2O3或纳米Co3O4 ；(3)将步骤(2)所得磁性聚合物电解质滴加在步骤(I)所得染料敏化的TiO2光阳极上， 放入0. 1-5T垂直或水平方向磁场作用下的热处理炉中，升温至60 — 90°C，保温0. 5-3小时， 使得磁性聚合物电解质收缩至粘稠状，再加上对电极，继续在60 - 90°C下烘烤I 一 2小时，即制成固态染料敏化太阳能电池。
本发明之磁场下制备的固态染料敏化太阳能电池，所涉及的磁性纳米粒子改性剂，资源丰富，价格低廉，改性剂的表面羟基与聚合物基质多糖的羟基形成一定的化学键连；这种作用力的形成能加强聚合物电解质体系中的网络连接，有利于氧化还原电对在共混聚合物电解质当中的有效传输。在磁场下，磁性聚合物电解质能产生一定的定向排列，使氧化还原电对能更加有效的传输，离子易于在新形成的网络通道中迁移和输运；能增大电解质的离子电导率、电解质对光阳极的渗透性以及提高染料敏化太阳能电池的效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
对照例本对照例包括以下步骤(1)采用刮涂方法将TiO2料浆(固液比为1:4)涂覆于导电玻璃表面，使之成膜，经450°C 处理30分钟后，放入0. 5X 10 — 3 mol/L的N719染料无水乙醇溶液当中室温敏化24小时， 得染料敏化的TiO2光阳极；(2)准备以下质量百分比的原料N-甲基吡咯烷酮97%，琼脂糖I.7%，磁性纳米粉体改性剂NiO 1%，碘化锂和碘的无机混合物0. 3% ;在N-甲基吡咯烷酮有机溶剂当中，先加入琼脂糖，然后在60°C恒温水浴下搅拌4小时，再加入磁性纳米粉体改性剂纳米NiO，在60°C 下搅拌至形成均一的溶液，再加入碘化锂和碘的无机混合物，继续搅拌，直至无机物完全溶解，得到均匀粘稠的磁性聚合物电解质；所述碘化锂和碘的无机混合物中，碘化锂的质量百分比为10%，碘的质量百分比为90% ；(3)将步骤(2)所得磁性聚合物电解质滴加在步骤(I)所得染料敏化的TiO2光阳极上， 放入没有磁场作用的热处理炉中，升温至60°C，保温3小时，使得磁性聚合物电解质收缩至粘稠状，再加上对电极，继续在70°C下烘烤I. 5小时，制成固态染料敏化太阳能电池。
测试本对照例所得固态染料敏化太阳能电池的性能在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为80mW/cm2 (光强使用硅光电二极管标定条件下)，测得没有磁场作用下固态染料敏化太阳能电池，有效光照面积为0. 25cm2的光电转换效率为2. 9%。
实施例I本实施例包括以下步骤(1)采用刮涂方法将TiO2料浆(固液比为1:4)涂覆于导电玻璃表面，使之成膜，经480°C 处理45分钟后，放入0. 5X 10 —3 mol/L的N719染料无水乙醇溶液当中室温敏化20小时， 得染料敏化的TiO2光阳极；(2)准备以下质量百分比的原料N-甲基吡咯烷酮93.6%，纤维素4%，磁性纳米粉体改性剂纳米NiO 2%，碘化锂和碘的无机混合物0. 4% ;在N-甲基吡咯烷酮有机溶剂当中，先加入纤维素，然后在70°C恒温水浴下搅拌2. 5小时，再加入磁性纳米粉体改性剂纳米NiO，在 70°C下搅拌至形成均一的溶液，再加入碘化锂和碘的无机混合物，继续搅拌，直至无机物完全溶解，得到均匀粘稠的磁性聚合物电解质；所述碘化锂和碘的无机混合物中，碘化锂的质量百分比为20%，碘的质量百分比为80% ；(3)将步骤(2)所得磁性聚合物电解质滴加在步骤(I)所得染料敏化的TiO2光阳极上， 放入磁场大小为0. 5T，磁场方向为垂直的热处理炉中，升温至75°C，保温2小时，使得磁性聚合物电解质收缩至粘稠状，再加上对电极，继续在80°C下烘烤I. 5小时，制成固态染料敏化太阳能电池。
测试本实施例所得固态染料敏化太阳能电池的性能在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为80mW/cm2 (光强使用娃光电二极管标定条件下)，测得磁场大小为0. 5T,磁场方向为垂直的作用下制得之固态染料敏化太阳能电池，有效光照面积为0. 25cm2的光电转换效率为5. 5%。
实施例2本实施例包括以下步骤(1)采用刮涂方法将TiO2料浆(固液比为1:5)涂覆于导电玻璃表面，使之成膜，经500°C 处理30分钟后，放入0.6X10 —3 mol/L N719染料溶液当中室温敏化15小时，得染料敏化的TiO2光阳极；(2)准备以下质量百分比的原料N-甲基吡咯烷酮89.55%，壳聚糖6. 5%，磁性纳米粉体改性剂纳米Fe2O3 3. 5%，碘化锂和碘的无机混合物0. 45% ;在^甲基吡咯烷酮有机溶剂当中，先加入壳聚糖，然后在85°C恒温水浴下搅拌I. 5小时，再加入磁性纳米粉体改性剂纳米 Fe2O3,在85°C下搅拌至形成均一的溶液，再加入碘化锂和碘的无机混合物，继续搅拌，直至无机物完全溶解，得到均匀粘稠的磁性聚合物电解质；所述碘化锂和碘的无机混合物中，碘化锂的质量百分比为35%，碘的质量百分比为65% ；(3)将步骤(2)所得磁性聚合物电解质滴加在步骤(I)所得染料敏化的TiO2光阳极上， 放入磁场大小为3. 5T，磁场方向为水平作用下的热处理炉中，升温至90°C，保温0.5小时， 使得磁性聚合物电解质收缩到粘稠状，再加上对电极，继续在90°C下烘烤I小时，制成固态染料敏化太阳能电池。
测试本实施例所得固态染料敏化太阳能电池的性能在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为80mW/cm2(光强使用娃光电二极管标定条件下)，测得3. 5T磁场大小水平磁场方向作用下固态染料敏化太阳能电池，有效光照面积为0. 25cm2的光电转换效率为4.5%o
实施例3本实施例包括以下步骤(1)采用刮涂方法将TiO2料浆(固液比1:7)涂覆于导电玻璃表面，使之成膜，经500°C 处理35分钟后，放入0. 4X 10 —3 mol/L的N719染料无水乙醇溶液当中室温敏化12小时， 得染料敏化的TiO2光阳极；(2)准备以下质量百分比的原料N-甲基吡咯烷酮85.5%，琼脂糖9%，磁性纳米粉体改性剂纳米Co3O4 5%，碘化锂和碘的无机混合物0. 5% ;在N-甲基吡咯烷酮有机溶剂当中，先加入琼脂糖，然后在90°C恒温水浴下搅拌I小时，再加入磁性纳米粉体改性剂纳米Co3O4,在 90°C下搅拌至形成均一的溶液，再加入碘化锂和碘的无机混合物，继续搅拌，直至无机物完全溶解，得到均匀粘稠的磁性聚合物电解质；所述碘化锂和碘的无机混合物中，碘化锂的质量百分比为25%，碘的质量百分比为75% ；(3)将步骤(2)所得磁性聚合物电解质滴加在步骤(I)所得染料敏化的TiO2光阳极上， 放入5T垂直方向磁场作用下的热处理炉中，升温至80°C，保温I小时，使得磁性聚合物电解质收缩至粘稠状，再加上对电极，继续在85°C下烘烤I小时，制成固态染料敏化太阳能电池。
测试本实施例所得固态染料敏化太阳能电池的性能在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为80mW/cm2(光强使用娃光电二极管标定条件下)，测得5T磁场大小垂直磁场方向作用下固态染料敏化太阳能电池，有效光照面积为0. 25cm2的光电转换效率为5%。
从实施例I 一 3可见，经过本发明大小为0. 5T、方向为垂直的磁场作用下的固态染料敏化太阳能电池光电转换效率为5. 5%，比未经磁场作用的固态染料敏化太阳能电池光电转换效率的2. 9%，提高了约89. 7% ;经大小为3. 5T、方向为水平的磁场作用下的固态染料敏化太阳能电池光电转换效率为4. 5%，比未经磁场作用的固态染料敏化太阳能电池光电转换效率的2. 9%，提高了约55. 2% ;经大小为5T、方向为垂直的磁场作用下的固态染料敏化太阳能电池光电转换效率为5%，比未经磁场作用的固态染料敏化太阳能电池光电转换效率的2.9%，提高了约 72. 4%。
本发明之磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法简单易行，使用本方法制备的固态染料敏化太阳能电池，磁性聚合物电解质的电导及渗透性提高，最终提高了固态染料敏化太阳电池的光电转化效率。
权利要求
1.一种磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)采用刮涂方法将TiO2料浆涂覆于导电玻璃表面，使之成膜，经450- 500°C处理 30 — 60分钟后，放入0.4 — 0.6X10 —3 mol/L的N719染料无水乙醇溶液当中室温敏化 12—25小时，得染料敏化的TiO2光阳极；所述TiO2料浆的固液比=1:3 — 9 ;(2)准备以下质量百分比的原料N-甲基吡咯烷酮85-97%，多糖聚合物I一 10%，磁性纳米粉体改性剂I 一 5%，碘化锂和碘的无机混合物0. 3 — 0. 6% ;在N-甲基吡咯烷酮有机溶剂当中，先加入多糖聚合物，然后在60 - 90°C恒温水浴下搅拌I 一 4小时，再加入磁性纳米粉体改性剂，在60 - 90°C下搅拌至形成均一的溶液，再加入碘化锂和碘的无机混合物， 继续搅拌，直至无机物完全溶解，得到均匀粘稠的磁性聚合物电解质；(3)将步骤(2)所得磁性聚合物电解质滴加在步骤(I)所得染料敏化的TiO2光阳极上， 放入0. 1-5T垂直或水平方向磁场作用下的热处理炉中，升温至60 — 90°C，保温0. 5-3小时， 使得磁性聚合物电解质收缩至粘稠状，再加上对电极，继续在60 - 90°C下烘烤I 一 2小时， 制成固态染料敏化太阳能电池。
2.根据权利要求I所述的磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于， 步骤(I)中，所述N719染料无水乙醇溶液的浓度为0.5X 10 —3 mol/L。
3.根据权利要求I或2所述的磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述敏化时间为20小时。
4.根据权利要求I或2所述的磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述TiO2料浆的固液比为1:4。
5.根据权利要求I或2所述的磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2 )中，所述多糖聚合物为琼脂糖、纤维素或壳聚糖。
6.根据权利要求I或2所述的磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中,所述磁性纳米粒子改性剂为纳米NiO、纳米Fe2O3或纳米Co304。
7.根据权利要求I或2所述的磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碘化锂和碘的无机混合物中，碘化锂的质量百分比为10 - 40%，碘的质量百分比为60 — 90%o
全文摘要
一种磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法，包括以下步骤(1)制备染料敏化的TiO2光阳极；(2)制备磁性聚合物电解质；(3)在磁场下制备固态染料敏化太阳能电池。本发明之磁场下制备固态染料敏化太阳能电池的方法简单易行，使用本方法制备的固态染料敏化太阳能电池，光电转化效率高。
文档编号H01L51/48GK102543450SQ20121002405
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者易鹏飞, 杨英, 王惟嘉, 郭学益 申请人:中南大学