染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及染料敏化太阳能电池光阳极和染料敏化太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池光 阳极的制备方法及染料敏化太阳能电池光阳极和染料敏化太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 染料敏化太阳能电池因其成本低，制备方法简单易行，而且光电转换效率相对较 高，成为能缓解能源危机的重要技术之一。典型的DSSC(染料敏化太阳能电池）装置通常 为一种三明治结构，金属氧化物半导体如二氧化钛（Ti0 2)、氧化锌（ZnO)、三氧化钨（W03)负 载在导电玻璃上作为工作电极，吸附染料并传递电子；钼（Pt)薄膜作为对电极；电解质溶 液扩散在两电极之间，使染料中的电子再生。自1991年MichaelGl'jitze丨发明染料敏化太 阳能电池以来，DSSC备受研究者的关注，目前其光电转换效率已达到了 13%。然而与目前 光电转换效率已达到19%的钙钛矿太阳能电池或已经产业化的硅基太阳能电池相比，染料 敏化太阳能电池的效率还有待提商。
[0003] DSSC的光电转换效率主要取决于三个方面：光收集效率，电荷注入效率及电荷收 集效率，因此提高染料敏化太阳能电池的效率，目前采用的途径有：采用一维纳米氧化物半 导体如纳米线、纳米棒和纳米管等为工作电极提高电子传输效率；制备新型电解质或对半 导体电极修饰等，从而减少载流子的复合；通过合成新型染料分子、增加半导体氧化物的内 表面或增加光散射等提高光吸收效率，从而提高染料敏化太阳能电池的效率。
[0004]目前常用的氧化物薄膜半导体工作电极，大多为染料敏化太阳能电池光阳极， Ti02多孔薄膜电极作为DSSC的核心组件之一，同时发挥着支撑、吸附染料分子和传输光生 电子的多重作用，薄膜电极质量的好坏能直接影响DSSC的光电性能。纯Ti0 2多孔薄膜电 极光电转换性能并不理想，研究者常采用各种策略来拓展多孔薄膜电极的光谱吸收范围、 抑制光生电子的复合和改善光生电子的传输效率优点和缺点，这些策略包括非金属元素掺 杂、金属元素掺杂、半导体复合、表面修饰与包覆、形貌设计、增加散射层等。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对纯纯Ti02薄膜光阳极性能不佳的问题，提供一种光电转换性 能良好的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。
[0006] 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0007] 将Ti02、过渡金属氧化物、水、分散剂、乳化剂和造孔剂混合，制得浆料，其中，Ti0 2、 过渡金属氧化物、水、分散剂和乳化剂的摩尔比为1?3 :1 :20?60 :6?17 :3?8,所述造 孔剂的质量为Ti02和过渡金属氧化物总质量的8%?11% ;
[0008] 将所述浆料涂敷在导电玻璃上，干燥后煅烧，得到半成品；及
[0009] 将所述半成品在碱性溶液中处理除去所述过渡金属氧化物，干燥，得到染料敏化 太阳能电池光阳极。
[0010] 在其中一个实施例中，所述过渡金属氧化物为W03、M〇03、Mn0 2、C〇0、NiO、Fe203、CuO 及ZnO中至少一种。
[0011] 在其中一个实施例中，所述分散剂为乙酰丙酮、冰醋酸和乙醇中的至少一种，所述 乳化剂为曲拉通X-100,所述造孔剂为聚乙二醇20000。
[0012] 在其中一个实施例中，所述煅烧的温度为450?500°C，所述煅烧的时间为30? 60min〇
[0013] 在其中一个实施例中，所述碱性溶液为NaOH溶液。
[0014] 在其中一个实施例中，所述NaOH溶液的浓度为2?4mol/L。
[0015] 在其中一个实施例中，所述半成品在碱性溶液中处理的温度为50?80°C，时间为 20 ?40min。
[0016] 在其中一个实施例中，所述半成品在碱性溶液中处理后干燥的温度为60? 100。。。
[0017] 一种染料敏化太阳能电池光阳极，采用上述的染料敏化太阳能电池光阳极的制备 方法制得。
[0018] 一种染料敏化太阳能电池，包括上述的染料敏化太阳能电池光阳极。
[0019] 上述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，利用过渡金属氧化物改进纯二氧化 钛薄膜，通过在碱性溶液中处理，二氧化钛在碱性溶液中性质稳定，过渡金属氧化物溶解， 溶解的过渡金属氧化物所在的位置充当光散射位点，形成了原位散射层；同时过渡金属氧 化物被溶解后重新吸附在二氧化钛表面，可有效减少电子复合几率，从而提高了染料敏化 太阳能电池的光电转换效率；所述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，制得的染料敏 化太阳能电池光阳极光电性能良好，组装成染料敏化太阳能电池的光电转换效率大幅提 商。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1?5和对比实施例制得的染料敏化太阳能电池光阳极组装成的 DSSC的CV曲线图；
[0021] 图2为实施例1?4和对比实施例制得的染料敏化太阳能电池光阳极组装成的 DSSC的交流阻抗图谱。
【具体实施方式】
[0022] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文 所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透 彻全面。
[0023] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个 相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0024] -实施方式的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0025] S100:将Ti02、过渡金属氧化物、水、分散剂、乳化剂和造孔剂混合，制得浆料，其 中，Ti0 2、过渡金属氧化物、水、分散剂和乳化剂的摩尔比为1?3 :1 :20?60 :6?17 :3? 8,造孔剂的质量为Ti02和过渡金属氧化物总质量的8%?11%。
[0026] 优选地，二氧化钛采用P25, P25的颗粒直径为20?30nm。
[0027] 优选地，过渡金属氧化物为W03 (三氧化鹤）、M〇03 (三氧化钥）、Mn02 (二氧化猛）、 C〇0 (-氧化钴）、NiO (氧化镍）、Fe203(三氧化铁）、CuO (氧化铜）及ZnO (氧化锌）中至少 一种。更优选的，过渡金属氧化物为Mo03、W0#P ZnO中的至少一种。
[0028] 优选地，过渡金属氧化物为纳米颗粒，更优选地，过渡金属氧化物的直径尺寸为 180 ?250nm。
[0029] 过渡金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：取相关过渡金属盐化合物，如MoC15， 加到溶剂或溶液中，在140?180°C的温度条件下，反应4?12h，然后离心分离得到固体 物，将固体物使用水和乙醇洗涤多次后再离心收集，60?80°C的条件下干燥12h，即得到过 渡金属氧化物纳米颗粒。其中，所述过渡金属盐化合物为氯化物或醋酸盐等，所述溶剂为水 和乙醇中的至少一种，所述溶液为聚乙烯吡咯烷酮水溶液等，温度控制在140?180°C，必 要时采用加压条件以保证反应温度。
[0030] 优选地，分散剂为乙酰丙酮、冰醋酸和乙醇中的至少一种，乳化剂为曲拉通X-100， 造孔剂为聚乙二醇20000。更优选地，分散剂包括乙酰丙酮和冰醋酸，乙酰丙酮和冰醋酸的 摩尔比为1?2:1，优选地，乙酰丙酮和冰醋酸的摩尔比为1:1。
[0031] 优选地，采用球磨法制备浆料，将11〇2和过渡金