一种染料敏化太阳能电池的制作方法

一种染料敏化太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种染料敏化太阳能电池，包括光电极、与光电极对置的对电极和保持在光电极与对电极之间的电解质层，所述光电极远离电解质层的一侧设有防紫外线层。本发明提供的染料敏化太阳能电池，通过防紫外线层能够有效降低将太阳光中的紫外线对染料敏化太阳能电池劣化，提高染料敏化太阳能电池耐久性，延长染料敏化太阳能电池的使用寿命，利于染料敏化太阳能电池产业化发展。
【专利说明】一种染料敏化太阳能电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池。
【背景技术】
[0002]作为代替化石燃料的能源，利用了太阳光的太阳能电池受到关注，人们对其进行了各种研究。太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电转换装置，由于以太阳光作为能源，所以对地球环境的影响极小，可以得到更广泛的普及。
[0003]近年来将太阳能转化为光能的研究发展很快。应用了由染料敏化的光感应电子移动的染料敏化型太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)，近年来作为代替硅
(Si)类太阳能电池等的下一代太阳能电池受到关注，并被广泛地研究。染料敏化太阳能电池(DSSC)的优点十分突出:1、制作简单，成本低；2、所使用的染料敏化剂可以在很低的光能量下达到饱和，因此可在各种光照条件下使用；3、可以在很宽的温度范围内正常工作；4、可以制成透明的产品，应用于门窗、屋顶以及汽车顶。因此它迅速成为世界各国的研究重点和热点，取得了丰富的成果，掀起了各国研究DSSC太阳能电池的热潮。
[0004]染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，是目前最有潜力的硅太阳能电池廉价替代物，它以廉价的宽带隙氧化物半导体制备成具有多孔结构、高比表面积的纳米晶薄膜，薄膜上吸附光敏染料， 并选用适当的氧化还原电解质，利用染料来俘获太阳光。其工作原理为:染料分子在吸收了光子后跃迁到激发态，处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中，电子扩散至导电基底，后流入外电路中，处于氧化态的染料被电解质还原再生，氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环。
[0005]但是在长期光照下，由于太阳光中的紫外会导致了染料敏化太阳能电池劣化，从而使得光电转化效率降低，染料敏化太阳能电池耐久性降低，限制染料敏化太阳能电池产业化发展。

【发明内容】

[0006]本发明的主要目的在于克服上述不足，提供一种染料敏化太阳能电池，能够提高染料敏化太阳能电池的耐久性。
[0007]本发明提供了一种染料敏化太阳能电池，包括光电极、与光电极对置的对电极和保持在光电极与对电极之间的电解质层，所述光电极远离电解质层的一侧设有防紫外线层。
[0008]优选地，所述防紫外线层选自具有防紫外线性能的玻璃、聚合物薄膜、涂料以及表面镀膜中的至少一种。
[0009]优选地，所述防紫外线层的可见光透过率为80%_100%，波长为350nm以下的光线的透过率为0%。
[0010]优选地，按距所述电解质层由远至近的顺序，所述光电极包括光电极透明基板和光电极膜，所述对电极包括对电极基板和对电极膜。[0011 ] 其中，所述防紫外线层覆盖在所述光电极透明基板远离电解质层的一侧上。
[0012]其中，所述光电极侧透明基板可以为透明无机基板或透明塑料基板。
[0013]优选地，所述透明无机基板为石英、蓝宝石或玻璃等。
[0014]优选地，所述透明塑料基板的组成材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚砜和聚烯烃等中的至少一种。
[0015]其中，所述光电极膜为承载有敏化染料的半导体多孔膜。
[0016]优选地，所述承载有敏化染料的半导体多孔膜中半导体材料可以为Ti02、Mg0、ZnO、SnO2, WO3> Fe203、ln203、Bi2O3, Nb2O5, SrTiO3, BaTiO3, ZnS, CdS, CdSe, CdTe, PbS、CuInS或InP等。
[0017]优选地，承载在所述承载有敏化染料的半导体多孔膜上的敏化染料为钌联吡啶络合物。
[0018]优选地，所述对电极膜的组成材料选自钼、金、碳或导电性聚合物。
[0019]优选地，所述电解质层中的电解质溶液为氧化还原电对系统，其中，氧化还原电对可以为 r/I3-、Br7Br2、醌 / 氢醌、SCN7 (SCN)2、Fe2+/Fe3+ 或 Cu+/Cu2+ 等。
[0020]其中，在对电极侧透明基板上的设有电解质溶液注入孔，在将电解质溶液注入到两电极之间之后，所述电解质溶液注入孔被密封。
[0021]本发明提供的染料敏化太阳能电池，通过防紫外线层能够有效降低将太阳光中的紫外线对染料敏化太阳能电池劣化，提高染料敏化太阳能电池耐久性，延长染料敏化太阳能电池的使用寿命，利于染料敏化太阳能电池产业化发展。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1为本发明的染料敏化太阳能电池的结构示意图；
图2为市售标准Z907染料的化学结构式；
图3为实施例1中所用市售防紫外线玻璃的光透过率曲线；
图4为实施例1和对照例的电流密度-电压曲线图；
图5为实施例1的光老化加速实验结果；
图6为实施例2中所用市售防紫外线聚合物薄膜的光透过率曲线；
图7为实施例2和对照例的电流密度-电压曲线图；
图8为实施例2的光老化加速实验结果；
图9为实施例3中所用市售防紫外线涂料的光透过率曲线；
图10为实施例3和对照例的电流密度-电压曲线图；
图11为实施例3的光老化加速实验结果；
图12为实施例4中所用防紫外线表面镀膜的光透过率曲线；
图13为实施例4和对照例的电流密度-电压曲线图；
图14为实施例4的光老化加速实验结果；
图15为对照例的光老化加速实验结果；
【具体实施方式】
[0023]下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步说明，以更好地理解本发明。[0024]本发明的染料敏化太阳能电池包括光电极、与光电极对置的对电极和保持在光电极与对电极之间的电解质层5，其中，所述光电极远离电解质层的一侧设有防紫外线层6。
[0025]按距电解质层5由远至近的顺序，光电极包括光电极透明基板I和光电极膜2，对电极包括对电极基板3和对电极膜4。
[0026]对照例
1.染料溶液的制作
把市售标准Z907染料(化学结构式如图2所示)提纯后，溶于乙腈:叔丁醇=1:1的溶剂中，配成0.4mmol/L的染料溶液。
[0027]2.光电极制作
把颗粒直径为20nm的市售TiO2浆料用丝网印刷方法涂布在FTO导电玻璃表面，放在马弗炉中在500°C下烧结2小时，得到20 μ m的TiO2膜。TiO2电极在染料溶液中浸泡2天。
[0028]3.对电极制作
市售的导电聚合物用丝网印刷方法涂布在钛对电极基板上，放在马弗炉中在300°C下烧结0.5小时，冷却至室温。
[0029]4.电池制作
把光电极和对电极用热熔胶接合，注入电解液，制得染料敏化太阳能电池。
[0030]实施例1
1.染料溶液的制作
把市售标准Z907染料(化学结构式如图2所示)提纯后，溶于乙腈:叔丁醇=1:1的溶剂中，配成0.4mmol/L的染料溶液。
[0031]2.光电极制作
把颗粒直径为20nm的市售TiO2浆料用丝网印刷方法涂布在FTO导电玻璃表面，放在马弗炉中在500°C下烧结2小时，得到20 μ m的TiO2膜。TiO2电极在染料溶液中浸泡2天。
[0032]3.对电极制作
市售的导电聚合物用丝网印刷方法涂布在钛对电极基板上，放在马弗炉中在300°C下烧结0.5小时，冷却至室温。
[0033]4.电池制作
把光电极和对电极用热熔胶接合，注入电解液，在光电极远离电解质层的一侧上覆盖一层市售防紫外线玻璃制得染料敏化太阳能电池，其中，经检测，该市售防紫外线玻璃的可见光透过率为90%，波长为366纳米的光线透过率为0%，波长为389纳米的光线透过率为50%，如图3所示。
[0034]对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试，结果如图4所示，电压和电流并未发生明显变化，说明实施例1所得染料敏化太阳能电池的初始性能与对照例相同。
[0035]对所得染料敏化太阳能电池性能进行光老化加速实验，对照例的电池效率在IOOh后降到了 0，如图15所示，而本实施例的电池效率的初始效率为6.74%，IOOh后为6.19%，500h后为4.29%，如图5所示，说明本实施例所得染料敏化太阳能电池的耐久性更高，使用寿命更长。
[0036]实施例2
制备工艺同实施例1，其不同之处在于在光电极远离电解质层的一侧上覆盖一层市售防紫外线聚合物薄膜，经检测，该市售防紫外线聚合物薄膜的可见光透过率为91%，波长为372纳米的光线透过率为0%，波长为391纳米的光线透过率为50%，如图6所示。
[0037]对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试，结果如图7所示，电压和电流并未发生明显变化，说明实施例1所得染料敏化太阳能电池的初始性能与对照例相同。
[0038]对所得染料敏化太阳能电池性能进行光老化加速实验，对照例的电池效率在IOOh后降到了 0，而本实施例的电池效率的初始效率为6.80%, IOOh后为6.24%，500h后为
4.30%，如图8所示，说明本实施例所得染料敏化太阳能电池的耐久性更高，使用寿命更长。
[0039]实施例3
制备工艺同实施例1，其不同之处在于在光电极远离电解质层的一侧上涂覆一层市售防紫外线涂料，经检测，该市售防紫外线涂料的可见光透过率为90%，波长为372纳米的光线透过率为0%，波长为399纳米的光线透过率为50%，如图9所示。
[0040]对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试，结果如图10所示，电压和电流并未发生明显变化，说明实施例1所得染料敏化太阳能电池的初始性能与对照例相同。
[0041]对所得染料敏化太阳能电池性能进行光老化加速实验，对照例的电池效率在IOOh后降到了 0，而本实施例的电池效率的初始效率为6.72%，IOOh后为6.20%, 500h后为4.31%，如图11所示，说明本实施例所得染料敏化太阳能电池的耐久性更高，使用寿命更长。
[0042]实施例4
制备工艺同实施例1，其不同之处在于在光电极远离电解质层的一侧上覆盖一层防紫外线表面镀膜，经检测，该表面镀膜的可见光透过率为90%，波长为376纳米的光线透过率为0%，波长为396纳米的光线透过率为50%，如图12所示。
[0043]对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试，结果如图13所示，电压和电流并未发生明显变化，说明实施例1所得染料敏化太阳能电池的初始性能与对照例相同。
[0044]对所得染料敏化太阳能电池性能进行光老化加速实验，对照例的电池效率在IOOh后降到了 0，而本实施例的电池效率的初始效率为6.80%, IOOh后为6.23%, 500h后为4.32%，如图14所示，说明本实施例所得染料敏化太阳能电池的耐久性更高，使用寿命更长。
[0045]表1实施例1-4和对照例的染料敏化太阳能电池的初始性能表征结果
【权利要求】
1.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括光电极、与光电极对置的对电极和保持在光电极与对电极之间的电解质层，其中，所述光电极远离电解质层的一侧设有防紫外线层。
2.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述防紫外线层选自具有防紫外线性能的玻璃、聚合物薄膜、涂料以及表面镀膜中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述染料敏 化太阳能电池，其特征在于，所述防紫外线层的可见光透过率为80%-100%，波长为350nm以下的光线的透过率为0%。
4.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，按距所述电解质层由远至近的顺序，所述光电极包括光电极透明基板和光电极膜，所述对电极包括对电极基板和对电极膜。
5.根据权利要求4所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述防紫外线层覆盖在所述光电极透明基板远离电解质层的一侧上。
6.根据权利要求4所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述光电极透明基板为透明无机基板或透明塑料基板。
7.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述透明无机基板为石英、蓝宝石或玻璃。
8.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述透明塑料基板的组成材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚砜和聚烯烃中的至少一种。
9.根据权利要求4所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述光电极膜为承载有敏化染料的半导体多孔膜。
10.根据权利要求9所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述载有敏化染料的半导体多孔膜中半导体材料为 TiO2、MgO、ZnO、SnO2、WO3、Fe2O3、In203、Bi203、Nb2O5、SrTiO3、BaTiO3、ZnS, CdS, CdSe, CdTe, PbS, CuInS 或 InP。
11.根据权利要求9所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述载有敏化染料的半导体多孔膜中的染料为钌联吡啶络合物。
12.根据权利要求4所述染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述对电极膜的组成材料选自钼、金、碳或导电性聚合物。
【文档编号】H01G9/20GK103903865SQ201210581749
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】李勇明, 杨松旺, 陈宗琦, 沈沪江, 刘岩 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所