天然色素敏化氧化钛-氧化锌复合薄膜太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的制备方法，特别涉及天然色素敏化T12/ZnO复合薄膜太阳能电池的制备方法；提高太阳能电池光电转换效率的方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的急速发展，能源匮乏的问题日益突出。太阳能占地球的总能量超过近9%，是一种存储量十分丰富的清洁能源，具有使用方便、取之不尽、无污染、不受地域影响以及廉价等特点，近年来已成为各国科学家着重利用和开发的新能源之一。太阳能电池是开发利用太阳能最有效的方法。目前在实际应用中占据主导地位的单晶硅太阳能电池虽然具有较高的光电转换效率(>20% )，但制作成本居高不下，很难应用于大规模工业生产中。从20世纪90年代兴起的染料敏化太阳能电池(简称DSSCs)的制备成本仅为硅太阳能电池的1/5-1/10，且同时具有较高的光电转换效率，因而成为研宄的热点。
[0003]染料敏化太阳能电池由敏化的薄膜光阳极、氧化还原电解质、对电极等部分组成，主要是通过光阳极吸收光子来产生电子，光生电子通过外电路传输来形成电流的，光阳极材料的选择与制备对染料敏化太阳能电池的性能影响很大。T12纳米晶薄膜是一种最常使用的光阳极材料，它具有疏松多孔的结构，易于吸附染料分子，但电子在TiCV薄膜中的迀移速率低，且易发生电子-空穴复合现象，限制了染料敏化太阳能电池光电转换效率的进一步提高。和T12相比，ZnO具有更快的电子迀移率以及更长的载流子寿命。可将ZnO与T12复合，在T12纳米晶与电解质之间形成核壳式结构的阻挡层，来降低由于T12薄膜中的电子与处于氧化态的染料分子和电解液溶液中的氧化还原对发生反应而引起的电子-空穴复合机率，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。
[0004]此外，染料敏化剂的选用也十分重要，其作用是吸收包括可见光波段在内的全波段太阳光，产生光电子，并将光电子传输到半导体薄膜导带上。目前，N3染料、N719染料和“黑染料”等钌多吡啶有机金属配合物染料敏化剂性能最好，但是其合成、提纯等工艺比较复杂，成本也就相应较高，不利于大规模的工业化生产应用。而天然染料分布广、种类繁多，可直接从植物中提取，无污染、无需繁琐的合成过程，分离提纯过程相对简单，可望通过多种天然染料的敏化实现对太阳光全波段范围的吸收，适合用作染料敏化太阳能电池的染料敏化剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用天然色素敏化Ti02/Zn0复合薄膜太阳能电池的光阳极的制备方法。具体技术是首先采用溶胶-凝胶法制备Ti02/Zn0复合薄膜，再使用天然染料(黑果枸杞色素和河湟红花黄色素)进行敏化处理，以此作为阳电极组装成太阳能电池。
[0006]所制备的染料敏化太阳能电池制备方法简单、制备成本低廉，具有较高的光电转换效率(1.2-3.1% )，应用前景广阔。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0008]—种用天然色素敏化Ti02/Zn0复合薄膜太阳能电池的光阳极的制备方法；其特征是先采用溶胶-凝胶法制备Ti02/Zn0复合薄膜，再使用天然染料进行敏化处理，作为阳电极组装成太阳能电池。
[0009]所述的天然染料为黑果枸杞色素和河湟红花黄色素。
[0010]天然色素敏化Ti02/Zn0复合薄膜太阳能电池的光阳极的制备方法，具体步骤如下:
[0011](I)采用溶胶-凝胶法制备Ti02/Zn0复合薄膜；
[0012](2)分别配制0.01g/mL-0.04g/mL天然黑果枸杞色素溶液和天然河湟红花黄色素溶液，再等体积混合成天然色素溶液；
[0013](3)将Ti02/Zn0复合薄膜置于天然色素溶液中浸泡6_24h，取后用去离子水洗涤后，在30-40°C烘干，形成染料敏化太阳能电池光阳极；
[0014](4)以天然色素敏化Ti02/Zn0复合薄膜作为光阳极，Pt片作为对电极，与标准碘基电解液一起组装成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
[0015]下面具体说明如下:
[0016]Ti02/Zn0复合薄膜可以采用通用的方法制备，也可以采用如下方法:
[0017](一 )过氧钛酸溶胶的制备:
[0018](I)配制0.15-0.25mol/L的T1SO4.H2O溶液，配制3mol/L的氨水溶液，配制30wt.% H2O2溶液；
[0019](2)按Ti4+与NH 4+摩尔比为1:2-1:3的比例将氨水滴入T1SO 4.H2O溶液中进行混合，将混合液体系PH值控制在为6-8之间，同时不断搅拌使反应物混合均匀，并生成白色沉淀；(3)将制得的沉淀抽滤，用去离子水洗涤三次后，再加入去离子水搅拌得到白色悬浮液；
[0020](4)按Ti4+和H 202的摩尔比为1:3-1:5的比例将H 202溶液滴入白色悬浮液中，不断搅拌使反应物混合均匀后，静置陈化12_36h，得到过氧钛酸溶胶。
[0021]( 二)氧化钛前驱体溶胶的制备:
[0022]将制备的过氧钛酸溶胶，在回流装置中，于80-100°C回流4-10h，得到稳定的氧化钛前驱体溶胶。
[0023](三)氧化锌前驱体溶胶的制备:
[0024](I)配制0.18mol/L的二水合醋酸锌的乙醇溶液；
[0025](2)在溶液中加入和醋酸锌等摩尔的二乙醇胺，混合均匀后，于50_80°C水浴中充分搅拌得到氧化锌前驱体溶胶。
[0026](四)Ti02/Zn0复合薄膜的制备:
[0027](I)将FTO玻璃清洗干净并烘干，采用浸渍提拉工艺，将氧化钛前驱体溶胶在FTO玻璃基底上形成氧化钛溶胶膜；
[0028](2)将氧化钛溶胶膜在80-100°C烘干后，以2_3°C /分的速度升温到450-550°C，保温30分钟，形成结晶的TiCV薄膜；
[0029](3)将TiCV薄膜清洗干净并烘干，采用浸渍提拉工艺，将氧化锌前驱体溶胶在T12薄膜上形成氧化锌溶胶膜；
[0030](4)将氧化锌溶胶膜在80-100°C烘干后，以2-3°C /分的速度升温到250-350°C，保温30分钟，形成结晶的Ti02/Zn0复合膜；
[0031](5)将获得的Ti02/Zn0复合膜为基底，重复以上⑴-(4)过程2_5次，最终形成Ti02/Zn0复合薄膜。
[0032](五)染料敏化太阳能电池光阳极的制备与电池的组装:
[0033](I)分别配制0.01g/mL-0.04g/mL天然黑果枸杞色素溶液和天然河湟红花黄色素溶液，再等体积混合成天然色素溶液；
[0034](2)将Ti02/Zn0复合薄膜置于天然色素溶液中浸泡6_24h，取后用去离子水洗涤1-2次后，在30-40°C烘干，形成染料敏化太阳能电池光阳极；
[0035](3)以天然色素敏化Ti02/Zn0复合薄膜作为光阳极，Pt片作为对电极，与标准碘基电解液一起组装成三明治结构的染料敏化太阳能电池；
[0036](5)在模拟太阳光照条件(AM 1.5G, 10mff cm_2)下测试太阳能电池的1-V曲线，再计算出电池的光电转换效率。
[0037]通过以上技术制备出的染料敏化太阳能电池具有较高的光电转换效率(1.2-3.1% )，且合成方法简单、制备成本低廉，应用前景广阔。
【附图说明】
[0038]图1:实施例2中制备Ti02/Zn0复合薄膜的XRD图谱；
[0039]图2:实施例2中制备Ti02/Zn0复合薄膜的SEM图谱。
【具体实施方式】
[0040]实施例1:
[0041](一 )过氧钛酸溶胶的制备:
[0042](I)配制 500mL 0.15mol/L T1SO4.H2O 溶液，配制 3mol/L 的氨水溶液，配制30wt.% H2O2溶液；
[0043](2)量取50mL的氨水滴入T1SO4.H2O溶液中进行混合，将混合液体系pH值控制在为6-8之间，同时不断搅拌使反应物混合均匀，并生成白色沉淀；
[0044](3)将制得的沉淀抽滤，用去离子水洗涤三次后，再加入去离子水搅拌得到白色悬浮液；
[0045](4)量取34mL的H2O2溶液滴入白色悬浮液中，不断搅拌使反应物混合均匀后，静置陈化12h，得到过氧钛酸溶胶。
[0046]( 二)氧化钛前驱体溶胶的制备:
[0047]将制备的过氧钛酸溶胶，在回流装置中，于100°C回流4h，得到稳定的氧化钛前驱体溶胶
[0048](三)氧化锌溶胶的制备:
[0049](I)配制200mL 0.18mol/L的二水合醋酸锌的乙醇溶液；
[0050](2)在溶液中加入和醋酸锌等摩尔的二乙醇胺，再于50°C水浴中充分搅拌得到氧化锌前驱体溶胶。
[0051](四)Ti02/Zn0复合薄膜的制备:
[0052](I)将FTO玻璃清洗干净并烘干，采用浸渍提拉工艺，将氧化钛前驱体溶胶在FTO玻璃基底上形成氧化钛溶胶膜；
[0053](2)将氧化钛溶胶膜在80°C烘干后，以3°C /分的速度升温到450°C，保温30分钟，形成结晶的Ticv薄膜；
[0054](3)将TiCV薄膜清洗干净并烘干，采用浸渍提拉工艺，将氧化锌前驱体溶胶在T12薄膜上形成氧化锌溶胶膜；
[0055](4)将氧化锌溶胶膜在80-100°C烘干后，以3°C /分的速度升温到250°C，保温30分钟，形成结晶的Ti02/Zn0复合膜。
[0056](5)将获得的Ti02/Zn0复合膜为基底，重复以上(1)-(4)过程2次，最终形成T12/ZnO复合薄膜。
[0057](五)染料敏化太阳能电池光阳极的制