一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法
【专利摘要】本发明涉及一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法，所述方法包括：将基板浸入碱液中，使碱液没过基板顶部8±3mm，在0～50℃超声清洗0～60分钟，之后用去离子水冲洗基板，并进行干燥。本发明用无机碱液代替有机溶剂对基板进行清洗，而且碱液用量较少，能够降低清洗成本，并减少对操作人员和环境的危害，而且清洗后的废液可以不进行回收而直接排入排水通道，解决了废液量大回收难的问题。
【专利说明】一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制备染料敏化太阳能电池的基板的清洗方法，尤其涉及一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法。
【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，纳米晶结构的半导体薄膜是工作电极的核心，其多孔的特点和巨大的比表面积保证了对染料分子足够的吸附，同时，被吸附的染料分子跟二氧化钛纳米粒子之间形成的界面可以使电子高效的迁移，并选用适当的氧化还原电解质，利用染料来俘获太阳光。
[0005]在染料敏化电池的光阳极上，光敏染料分子吸收太阳光跃迁至激发态，处于激发态的染料向半导体氧化物的导带内注入电子借以实现电荷分离。染料敏化电池的光阳极孔隙率越高，吸附染料越多，光照下产生的非平衡载流子密度增加，可使电阻变小，电池光电转换效率提高。
[0006]但是现有染料敏化电池的制备方法中，存在用有机溶剂清洗基板，对操作人员、环境危害严重，清洗成本高，废液回收量大等现象，不能满足产业化生产的要求，其相关工艺还有待进一步改善和优化。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于制备染料敏化太阳能电池的基板的清洗方法，以降低清洗成本，减少对操作人员、环境的危害，解决废液量大回收难的问题。
[0008]在此，本发明提供一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法，所述方法是将基板浸入碱液中，使碱液没过基板顶部8±3mm，在0?50°C超声清洗0?60分钟，之后用去离子水冲洗基板，并进行干燥。
[0009]本发明用无机碱液代替有机溶剂对基板进行清洗，而且碱液用量较少，能够降低清洗成本，并减少对操作人员和环境的危害，而且清洗后的废液可以不进行回收而直接排入排水通道，解决了废液量大回收难的问题。
[0010]较佳地，所述基板可以包括用于承载光阳极的基板和/或用于承载对电极的基板。包括但不限于包括玻璃基板和钛基板。
[0011 ] 较佳地，所述碱液中的碱可以包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化钡中的至少一种。通过使用这些价格低廉、不易产生毒害的无机碱，可以降低清洗成本，减少对操作人员和环境的危害，并易于后处理。
[0012]较佳地，所述碱液的浓度可以为0?15%。
[0013]较佳地，所述干燥可以是用空气或氮气吹干，也可以是在保温箱内烘干。
[0014]根据本发明的方法清洗的基板可以用于染料敏化太阳能电池的制备，所制备的染料敏化太阳能电池的效率与用有机溶剂清洗的基板组装的电池效率相当，可以为染料敏化太阳能电池的产业化生产提供技术支持。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是分别由采用现有技术的方法和本发明示例的方法清洗的基板制备的染料敏化太阳能电池的1-V曲线。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0017]本发明提供一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法:将基板浸入碱液中，使碱液没过基板顶部8±3mm，在0?50°C超声清洗0?60分钟，之后用去离子水冲洗基板，并进行干燥，即得到洗净的基板。
[0018]其中，待清洗的基板可以是用于制备光阳极的基板和/或用于制备对电极的基板。例如可以是用于制备光阳极的导电玻璃、用于制备对电极的钛基板等。
[0019]又，碱液可以采用工业洗涤剂，也可以将碱溶于水中进行配制。所采用的碱包括但不限于碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化钡中的至少一种。所配制的碱液的浓度可以为0?15%。本实施方式中，使用价格低廉、不易产生毒害的无机碱，可以降低清洗成本，减少对操作人员和环境的危害，并易于后处理。又，碱液的用量较少，只要没过基板8±3_即可，因此可以进一步降低清洗成本。
[0020]基板冲洗干净后，可以用空气或氮气吹干，或者在保温箱内烘干。
[0021]根据本发明的方法洗净的基板可以用于染料敏化太阳能电池的制备。制备方法例如可以包括以下步骤。应理解，该制备方法仅用于说明本发明的效果，而非限制本发明。
[0022]光阳极的制备:在洗净的导电玻璃上丝网印刷1102胶体制得染料敏化太阳能电池的光阳极并烘干，将烘干的光阳极放入炉子中烧结。
[0023]所采用的Ti02胶体可以包含Ti02、溶剂、和粘结剂，其中，Ti02含量为0?30%，溶剂含量为0?20%，粘结剂含量为50?90%。
[0024]进一步优选地，所采用的Ti02胶体可以通过将二氧化钛纳米颗粒与松油醇和纤维素类粘结剂以(1?2): (0.2?0.5): (5?9)的比例混合，并经磁力搅拌、高剪切和超声分散后得到。纤维素类粘结剂包括但不限于乙基纤维素。在一个示例中，制备1102胶体时所采用的二氧化钛纳米颗粒为锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒，可以采用溶胶-凝胶法制备。在一个示例中，溶胶-凝胶法可以是:将重量比为(9?99):1的钛前驱体和乙酸的混合溶液滴加到去离子水中，加酸调节溶液pH值为1?3，80°C?120°C反应6?24小时，然后置于反应釜中200°C?270°C下保温16?96小时，收集，洗涤后得到15?60纳米单晶锐钛矿二氧化钛。其中，所采用的钛前驱体可为钛酸四丁酯和/或钛酸四异丙酯。用于调节溶液pH值的酸可选自硫酸，硝酸，醋酸，盐酸，苯甲酸，柠檬酸，月桂酸，和草酸中的至少一种。应理解可以尺寸为200?500nm 二氧化钛大纳米颗粒代替部分上述尺寸为15?60nm 二氧化钛小纳米颗粒，二氧化钛小纳米颗粒和二氧化钛大纳米颗粒的质量比可为1: (0?100)。在一个示例中，二氧化钛小纳米颗粒和二氧化钛大纳米颗粒的质量比为1:(0.1?0.4)。在又一个示例中，二氧化钛小纳米颗粒和二氧化钛大纳米颗粒的质量比可为(0.01?0.1):1。
[0025]烘干可以是在热板上短暂烘干，例如在0?300°C加热0?20分钟。烧结可以是在300?800°C烧结100分钟以下。
[0026]对电极的制备:在洗净的钛基板上涂覆对电极材料。
[0027]其中对电极材料可以是石墨、钼金或导电聚合物等不同材料。在一个示例中，在洗净的钛基板上丝网印刷碳浆料并烘干、烧结从而制得对电极。烘干可以是在热板上短暂烘干，例如在0?300°C加热0?20分钟。烧结可以是在300?800°C烧结100分钟以下。
[0028]烧结后冷却好的光阳极，放入染料溶液中浸泡。浸泡结束后取出光阳极，用2?100mL无水乙醇洗去染料溶液，干燥0.5?10分钟。
[0029]所采用的染料溶液例如可以包含染料、溶剂、和共吸附剂。在一个示例中，染料摩尔百分比:0.lmmol/L?5mol/L ;溶剂体积比1:100?100:1 ;共吸附剂摩尔百分比:0.001mmol/L ?3mol/L。其中所采用的染料可以为 N3、N719、black dye、Z907、K8、K19、N945、Z910、K73、K51、Z955、花青、香豆素、卩卜啉、吲哚、二萘嵌苯花菁、和半花菁中的一种或几种。所采用的溶剂可以为乙腈、叔丁醇、二甲基甲酰胺、和/或二甲基亚砜。所采用的共吸附剂可以为DPA。
[0030]染料敏化太阳能电池的组装
将浸入有染料溶液的光阳极浸入电解质溶液中2?20分钟，取出后与对电极进行封装以形成染料敏化太阳能电池。或者将浸入有染料溶液的光阳极与对电极组装在一起，在它们之间注入电解质溶液，形成染料敏化太阳能电池。
[0031]其中，电解质溶液可以由三部分组成:有机溶剂、氧化还原电子对和添加剂。有机溶剂可以为腈类或碳酸酯类。氧化还原电子对可以为I37r、SCN7(SCN)2、SeCN7(SeCN)。
[0032]染料敏化太阳能电池的性能表征
染料敏化太阳能电池的光电性能例如可以在AM1.5的标准光源下进行测试，经测试可知，所制得的染料敏化太阳能电池的光电转换效率为7%以上。
[0033]图1示出分别由采用现有技术的方法和本发明示例的方法清洗的基板制备的染料敏化太阳能电池的Ι-v曲线，由图可知，用通过本发明的方法清洗的基板所制备的染料敏化太阳能电池的光电性能与用通过有机溶剂清洗的基板所制备的染料敏化太阳能电池的光电性能相当。
[0034]本发明的积极效果是:用通过本发明方法清洗的基板制备的染料敏化太阳能电池，(1)降低清洗成本。(2)减少对操作人员，对环境的危害。(3)解决废液量大回收难的问题，废液可排入排水通道。(4)为染料敏化太阳能电池的产业化生产提供技术支持。
[0035]下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0036]实施例1
称取碱液400克，倒入7600克去离子水中，充分搅拌均匀。
[0037]实施例21原料
染料 Z991:3.9g，DMSOlOOOml, Ti02 胶体 500g,电解液 50ml，导电玻璃(FTO)，DPA ；
2制备方法
玻璃基板碱液清洗，钛基板有机溶液清洗
将配好的碱液倒入盛有玻璃基板的容器内，碱液没过基板顶部8±3_，超声清洗，之后用去离子水冲洗基板，最后用压缩空气吹干。洗净的导电玻璃置于自动丝网印刷机，用实验室自制的Ti02胶体印刷制得染料敏化太阳能电池光阳极，放在热板上短暂烘干。将烘干的光阳极放入炉子中烧结。冷却好的光阳极，放入染料溶液中浸泡。取出后用2-100ml无水乙醇洗去染料溶液，干燥0.5-10分钟,用注电解液装置注入电解液，取出封装；
所制得电池的效率为7.05%, 7.08%, 7.21%。
[0038]实施例31原料
染料 Z991:3.9g，DMSOlOOOml, Ti02 胶体 500g,电解液 50ml，导电玻璃(FT0)，DPA ；
2制备方法
钛基板碱液清洗，玻璃基板有机溶液清洗
将配好的碱液倒入盛有钛基板的容器内，碱液没过基板顶部8±3_，超声清洗，之后用去离子水冲洗基板，最后用压缩空气吹干。洗净的钛基板置于自动丝网印刷机，用实验室自制的碳浆料印刷制得染料敏化太阳能电池对电极，放在热板上短暂烘干。将烘干的对电极放入炉子中烧结。光阳极放入染料溶液中浸泡。取出后用2-100ml无水乙醇洗去染料溶液，干燥0.5-10分钟,用注电解液装置注入电解液，取出封装；
所制得电池的效率为7.07%, 7.13%, 7.06%。
[0039]实施例41原料
染料 Z991:3.9g，DMSOlOOOml, Ti02 胶体 500g,电解液 50ml，导电玻璃(FT0)，DPA ；
2制备方法
玻璃基板碱液清洗，钛基板碱溶液清洗将配好的碱液倒入盛有玻璃(钛)基板的容器内，碱液没过基板顶部8土3_，超声清洗，之后用去离子水冲洗基板，最后用压缩空气吹干。洗净的玻璃基板置于自动丝网印刷机，用实验室自制的Ti02浆料印刷制得染料敏化太阳能电池光阳极，放在热板上短暂烘干。将烘干的光阳极放入炉子中烧结。冷却后的光阳极放入染料溶液中浸泡。取出后用2-100ml无水乙醇洗去染料溶液，干燥0.5-10分钟，用注电解液装置注入电解液，取出封装；
所制得电池的效率为7.05%, 7.05%, 7.08%。
[0040]对比例11原料
染料 Z991:3.9g，DMSOlOOOml, Ti02 胶体 500g,电解液 50ml，导电玻璃(FTO)，DPA ；
2制备方法
玻璃基板有机溶液清洗，钛基板有机溶液清洗
将丙酮倒入盛有玻璃(钛)基板的容器内，碱液没过基板顶部8土3_，超声清洗，之后用压缩空气吹干。洗净的玻璃基板置于自动丝网印刷机，用实验室自制的Ti02浆料印刷制得染料敏化太阳能电池光阳极，放在热板上短暂烘干。将烘干的光阳极放入炉子中烧结。冷却后的光阳极放入染料溶液中浸泡。取出后用2-100ml无水乙醇洗去染料溶液，干燥0.5-10分钟，用注电解液装置注入电解液，取出封装；
所制得电池的效率为7.05%, 7.05%, 7.12%。
[0041]以上实施例2~4以及对比例1中所制得的电池的光电性能结果参见表1和图1 ;表1各种清洗方式电池光电转换效率
【权利要求】
1.一种碱液清洗用于制备染料敏化太阳能电池的基板的方法，其特征在于，将基板浸入碱液中，使碱液没过基板顶部8±3mm，在0?50°C超声清洗0?60分钟，之后用去离子水冲洗基板，并进行干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板包括用于承载光阳极的基板和/或用于承载对电极的基板。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基板包括玻璃基板和钛基板。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述碱液中的碱包括碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化钡中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述碱液的浓度为0?15%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述干燥是用空气或氮气吹干，或者在保温箱内烘干。
【文档编号】H01G9/04GK103680990SQ201310746539
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】孙晓玉, 杨松旺, 胡乔舒, 李于利, 沈沪江, 李勇明, 刘岩 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所