专利名称：染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法
技术领域：
本发明涉及光伏领域有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池，具体为染料敏化太 阳能电池光阳极基板的制备方法。
背景技术：
染料敏化太阳能电池由于其成本低、易于制作等优点引起人们的广泛关注，目前国内外关于该类电池的大面积的制作工艺的优化及效率的提高等工作正在广泛开展。但是由于FTO导电玻璃的面电阻较大，大概在20 Ω-30 Ω之间，电池的面积的增大致使电子在传输的过程中损失增多，电荷的复合几率也加大，从而导致电池的光电转换效率下降。目前用于解决大面积染料敏化太阳能电池的效率的问题的常用方法是在大面积的导电玻璃基底上金属栅极以增强电子的传输。但是由于金属栅极是采用导电的金属电子浆料进行高温烧结制备而得，常容易与电解质反应而影响体系的稳定性。有学者采用高分子进行保护，此方法不仅仅使电池的制备工序增加，同时对阻隔材料的性能要求也很高。目前还没有确定很适合的材料确保电池的长期稳定性，因此阻碍了 DSC电池的商业化的进程和广泛的应用。
发明内容
为了解决金属栅极与电解质直接接触而发生化学反应导致电池的性能下降的问题，同时为了更为有效的利用光阳极基板的受光面积，本发明提供一种染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法。本发明解决其技术问题是通过下述技术方案来实现的。一种染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法，该方法包括下述步骤步骤1，清洗普通玻璃基底将普通玻璃基片经蒸馏水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超声清洗机中清洗，晾干备用；步骤2，制备导电金属栅极在清洗干净的玻璃基片上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷金属栅极；步骤3，制备FTO导电玻璃基板I)配制前驱体溶液取氯化物溶于无水乙醇中，在80°C下回流3_5h，按比例缓慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流l_3h，加入甲酰胺调节pH值至I. 5-3，再加入NH4F水溶液，搅拌，配制好的溶液静止24h待用；2)将步骤2经印刷金属栅极后的基片固定在甩膜机上，将步骤3-1)配制的前驱体溶液用胶头滴管滴加数滴在该基片上，以1400r/min的转速甩膜，然后真空干燥，再高温烧结，得到掺氟的金属氧化物；3)重复步骤2)甩膜过程2-4次，最终在500°C下高温烧结10_20min，即得到带有金属栅极的染料敏化太阳能电池光阳极FTO导电玻璃基板。本发明进一步的特征在于
所述超声清洗时间为15_20min。所述通过丝网印刷的方法印刷金属栅极是在150-180°C下干燥10-20min，然后在烧结温度为450°C _600°C烧结15-30min ;再经过500°C的温度烧结30min。所述金属栅极为金、铝、铜、钼、银、铟、镍、铁或锡。 所述步骤3中前驱体溶液中，导电薄膜材料=NH4F摩尔比为O. 25-1 :1。所述步骤3中前驱体溶液中，水和乙醇混合液体积比为O. 5-1:1。所述氯化物为氯化铟、氯化锡或者氯化铟锡。所述步骤3-2)中于真空干燥箱中90-120°C干燥10_20min，再放入马氟炉中高温烧结，缓慢加温至280-320°C并恒温10-20min。该技术可以有效的解决目前大面积的DSC电池的光电转换效率低的问题，同时增加DSC电池的有效的利用面积。可以简化DSC电池大面积的制备过程，而且对DSC电池的商业应用提供了基础。本发明的特点在于在光阳极基板的导电薄膜下面设计有金属栅极，进而增加电子的传输速率，有效的避免电荷的复合，从而提高电池的光电转换效率；同时避免了金属栅极与电解质的直接接触，也提高了光阳极基板的有效利用面积。本发明的阳极基底材料的底部为透明玻璃，其透光率要求在90%以上。通过丝网印刷技术在其表面制备有金属栅极，金属栅极的制作主要采用导电的金属浆料用丝网印刷机进行涂覆，经过500°C -800°C高温烧结而成。经过高温烧结的金属栅极具有较好的导电性能，但是由于金属元素活性较强，容易与电池中的电解质发生反应而影响电池性能的稳定性。同时太阳能电池工作过程中要求玻璃基底具有良好的导电性和透光率。因此采用磁控溅射、真空蒸镀、化学气相沉积或者溶胶凝胶法等方法进行氧化铟、氧化锡或者掺氟的氧化铟锡透明薄膜的制备，制备的薄膜的透光率在85%以上，面电阻在5 Ω-10 Ω之间。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例I—种染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法，该方法包括下述步骤步骤1，清洗普通玻璃基底将普通玻璃基片经蒸馏水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超声清洗机中清洗15分钟，晾干备用；步骤2，制备导电金属栅极在清洗干净的玻璃基片上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷金属栅极(金属栅极为金)；在150°C下干燥20min，然后在烧结温度为450°C烧结30min ;再经过500°C的温度烧结30min，得到所需要的栅极；步骤3，制备FTO导电玻璃基板I)配制前驱体溶液取氯化锡溶于无水乙醇中，在80°C下回流3h，按水和乙醇混合液体积比为0.5 :1比例缓慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流lh，加入甲酰胺调节pH值至I. 5，再加入NH4F水溶液(氯化锡順/摩尔比为O. 25 :1)，搅拌，配制好的溶液静止24h待用；2)将步骤2经印刷金栅极后的基片固定在甩膜机上，将步骤3-1)配制的前驱体溶液用胶头滴管滴加数滴在该基片上，以1400r/min的转速甩膜，然后于真空干燥箱中90°C干燥20min，再放入马氟炉中高温烧结，缓慢加温至280°C并恒温20min，得到掺氟的氧化3)重复步骤2)甩膜过程2次，最终在500°C下高温烧结lOmin，即得到带有金属栅极的染料敏化太阳能电池光阳极FTO导电玻璃基板。
实施例2一种染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法，该方法包括下述步骤步骤1，清洗普通玻璃基底将普通玻璃基片经蒸馏水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超声清洗机中清洗20分钟，晾干备用；步骤2，制备导电金属栅极在清洗干净的玻璃基片上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷金属栅极(金属栅极为银)；在170°C下干燥15min，然后在烧结温度为500°C烧结20min ;再经过500°C的温度烧结30min，得到所需要的栅极；步骤3，制备FTO导电玻璃基板I)配制前驱体溶液取氯化铟溶于无水乙醇中，在80°C下回流4h，按水和乙醇混合液体积比为0.8 :1比例缓慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流2h，加入甲酰胺调节pH值至2，再加入NH4F水溶液(氯化铟NH4F摩尔比为O. 5 :1 )，搅拌，配制好的溶液静止24h待用；2)将步骤2经印刷银栅极后的基片固定在甩膜机上，将步骤3-1)配制的前驱体溶液用胶头滴管滴加数滴在该基片上，以1400r/min的转速甩膜，然后于真空干燥箱中110°C干燥15min，再放入马氟炉中高温烧结，缓慢加温至300°C并恒温15min，得到掺氟的氧化铟；3)重复步骤2)甩膜过程3次，最终在500°C下高温烧结15min，即得到带有金属栅极的染料敏化太阳能电池光阳极FTO导电玻璃基板。实施例3一种染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法，该方法包括下述步骤步骤1，清洗普通玻璃基底将普通玻璃基片经蒸馏水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超声清洗机中清洗20分钟，晾干备用；步骤2，制备导电金属栅极在清洗干净的玻璃基片上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷金属栅极(金属栅极为铜)；在180°C下干燥lOmin，然后在烧结温度为600°C烧结15min ;再经过500°C的温度烧结30min，得到所需要的栅极；步骤3，制备FTO导电玻璃基板I)配制前驱体溶液取氯化铟锡溶于无水乙醇中，在80°C下回流5h，按水和乙醇混合液体积比为I :1比例缓慢加入水和乙醇混合液，在80°c下回流3h，加入甲酰胺调节pH值至3，再加入NH4F水溶液(掺氟的氯化铟锡=NH4F摩尔比为I :I)，搅拌，配制好的溶液静止24h待用；2)将步骤2经印刷铜栅极后的基片固定在甩膜机上，将步骤3-1)配制的前驱体溶液用胶头滴管滴加数滴在该基片上，以1400r/min的转速甩膜，然后于真空干燥箱中120°C干燥lOmin，再放入马氟炉中高温烧结，缓慢加温至320°C并恒温lOmin，得到掺氟的氧化铟
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3)重复步骤2)甩膜过程4次，最终在500°C下高温烧结20min，即得到带有金属栅极的染料敏化太阳能电池光阳极FTO导电玻璃基板。本发明金属栅极可以是金、铝、铜、钼、银、铟、镍、铁或锡中的一种。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围因由权利要求限定。
权利要求
1.染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤步骤1，清洗普通玻璃基底将普通玻璃基片经蒸馏水清洗后，用丙酮水溶液侵泡并在超声清洗机中清洗，晾干备用；步骤2，制备导电金属栅极在清洗干净的玻璃基片上，按照设计图形通过丝网印刷的方法印刷金属栅极；步骤3，制备FTO导电玻璃基板O配制前驱体溶液取氯化物溶于无水乙醇中，在80°C下回流3-5h，按比例缓慢加入水和乙醇混合液，在80°C下回流l_3h，加入甲酰胺调节pH值至I. 5-3，再加入順/水溶液，搅拌,配制好的溶液静止24h待用；2)将步骤2经印刷金属栅极后的基片固定在甩膜机上，将步骤3-1)配制的前驱体溶液用胶头滴管滴加数滴在该基片上，以1400r/min的转速甩膜，然后真空干燥，再高温烧结，得到掺氟的金属氧化物；3)重复步骤2)甩膜过程2-4次，最终在500°C下高温烧结10-20min，即得到带有金属栅极的染料敏化太阳能电池光阳极FTO导电玻璃基板。
2.如权利要求I所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述超声清洗时间为15-20min。
3.如权利要求I所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述通过丝网印刷的方法印刷金属栅极是在150-180°C下干燥10-20min，然后在烧结温度为4500C _600°C烧结 15-30min ;再经过 500°C 的温度烧结 30min。
4.如权利要求3所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述金属栅极为金、招、铜、钼、银、铟、镍、铁或锡。
5.如权利要求I所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述步骤3中前驱体溶液中，导电薄膜材料=NH4F摩尔比为O. 25-1 I。
6.如权利要求I所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述步骤3中前驱体溶液中，水和乙醇混合液体积比为O. 5-1:1。
7.如权利要求I所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述氯化物为氯化铟、氯化锡或者氯化铟锡。
8.如权利要求I所述的太阳能电池光阳极基板的制备方法，其特征在于，所述步骤3-2)中于真空干燥箱中90-120°C干燥10-20min，再放入马氟炉中高温烧结，缓慢加温至280-320°C 并恒温 10-20min。
全文摘要
本发明公开了一种染料敏化太阳能电池光阳极基板的制备方法，包括1)清洗普通玻璃基底；2)制备导电金属栅极；3)制备透明导电薄膜把配制好的透明导电薄膜采用磁控溅射、真空蒸镀、化学气相沉积和溶胶凝胶法，即得染料敏化太阳能电池光阳极的基板。按本发明方法制备染料敏化太阳能电池光阳极基板，解决了金属栅极与电解质直接接触而发生化学反应导致电池的性能下降的问题，光阳极基板的受光面积得到了更为有效的利用。
文档编号H01G9/042GK102915849SQ20121038783
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者姜春华 申请人:彩虹集团公司