專利名稱：具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備方法
技術領域：
本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及一種染料敏化太陽電池的工作電極層的制備方法。
背景技術：
目前，研究和應用最廣泛的太陽能電池主要是硅系太陽能電池，然而硅系電池原料成本高、生產工藝復雜、效率提高潛力有限，限制了它的民用化，因此，急需開發低成本的太陽能電池。1991年，瑞士科學家Gi^tzel等人第一次制備出光電轉換效率為7. 1 % 7. 9%的染料敏化納米晶太陽電池(Nano-crystalline Dyesensitized Solar Cells，DSSC)，該類電池由于制作成本低，制作工藝簡單，光電轉化效率高等受到學者的廣泛關注。為了增加入射光在電池中的傳播路徑，一方面可以在DSSC電池的背面附上一層反光膜，但由于一部分入射光穿過鉬黑對電極時被吸收，從而使得到的銀反射鏡的光的數量減少，光反射效率降低。除此之外，可以通過改變光陽極膜的結構以提高入射光路徑，將多層光子晶體嵌入光陽極膜的表面或內部。盡管使用光子晶體層可以拓寬由固體顆粒造成的應用限制，但是效率并沒有顯著提高。究其原因，一是反蛋白石結構作為一種洞狀結構，容易造成光的泄露，降低了光的傳播路徑。其次，反蛋白光子晶體容易造成電荷傳輸障礙，增加復合機會，從而直接導致開路電壓和短路電流的減少。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種可提高入射光在電池中的傳播路徑，增加電池對光的吸收，從而提高光電轉換效率的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備方法。解決上述技術問題所采用的技術方案由下述步驟組成1、鋪制TiO2薄膜在導電玻璃上鋪制厚度為4 5 μ m的質量分數為45%的TW2懸浮水溶液與體積分數為70%的乙醇水溶液的體積比為1 2的混合液，在馬弗爐中500°C燒結30分鐘，導電玻璃上形成TiO2薄膜。上述的導電玻璃是摻氟氧化錫導電玻璃或摻錫氧化銦導電玻璃，由大連七色光太陽能科技開發有限公司提供。2、自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層向溫度為70°C的去離子水中加入苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入過硫酸銨，去離子水與苯乙烯、過硫酸銨的質量比為100 11.3 0.03 0.40，701攪拌反應對小時，冷卻至室溫，離心分離，用去離子水和無水乙醇洗滌，自然干燥，制備成聚苯乙烯微球。將聚苯乙烯微球加入體積分數為50%的乙醇水溶液中，超聲分散，將分散液滴加入蒸餾水中，滴加質量分數為2%的十二烷基磺酸鈉水溶液，聚苯乙烯微球與體積分數為50%的乙醇水溶液、蒸餾水、質量分數為2%的十二烷基磺酸鈉水溶液的質量比為 1 35.8 30 0.2，得到表面上懸浮有單分子層聚苯乙烯微球的懸浮液。將步驟1鋪制有TW2薄膜的導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，TiO2 薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，取出，在烘箱中80 120°C加熱20 60分鐘，冷卻到室溫，TiO2薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層。3、制備太陽電池光陽極鈦酸丁酯與乙醇、穩定劑、蒸餾水按質量比為0. 1 1.0 0.06 7.44 0. 24 混合，配制成TW2溶膠，將TiA薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層的導電玻璃浸泡在TiA溶膠中，浸泡30 60秒，取出，室溫晾干，在馬弗爐中500°C灼燒30 60分鐘，除掉聚苯乙烯膠體層，TiO2薄膜上形成TiA殼，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。上述的穩定劑為二乙醇胺或鹽酸，優選二乙醇胺。本發明的自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，將步驟1鋪制有TiO2薄膜的導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，取出，TW2薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，在烘箱中100°c加熱30分鐘，冷卻到室溫，TiA薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層。本發明制備的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極與Pt對電極、電解質溶液組成染料敏化太陽電池后，電池的光電轉換效率與傳統染料敏化太陽電池相比，提高約 2% 50%。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限于這些實施例。實施例11、鋪制TiO2薄膜 將2mL質量分數為45 %的TW2懸浮水溶液加入4mL體積分數為70 %的乙醇水溶液中，混合均勻，將該混合液均勻鋪制在IcmXlcm的摻氟氧化錫導電玻璃上，鋪制厚度為 4. 2 μ m，再將摻氟氧化錫導電玻璃置于馬弗爐中，500°C燒結30分鐘，摻氟氧化錫導電玻璃上形成TiO2薄膜。2、自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層向250mL的三口燒瓶中加入IOOg去離子水，升溫到70°C，加入11. 3g苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入0. 041g過硫酸銨，70°C攪拌反應M小時，冷卻至室溫，13500轉/分鐘離心分離10分鐘，傾去上層清液，向沉淀中加入去離子水，重復離心洗滌3次，再用無水乙醇超聲洗滌3次，除去過硫酸銨及未反應的苯乙烯，產物放在通風廚中晾干，制備成粒徑為 900nm的聚苯乙烯微球。將0.5g聚苯乙烯微球加入17. 9g體積分數為50 %的乙醇水溶液中，用功率為 IOOff的超聲波清洗儀產生的頻率為40Hz的超聲波分散30分鐘，將分散液以1 2滴/秒的速度滴加入15g蒸餾水中，再以1 2滴/秒的速度滴加0. Ig質量分數為2%的十二烷基磺酸鈉水溶液，聚苯乙烯微球與體積分數為50%的乙醇水溶液、蒸餾水、質量分數為2% 的十二烷基磺酸鈉水溶液的質量比為1 35.8 30 0.2，得到表面上懸浮有單分子層聚苯乙烯微球的懸浮液。將步驟1鋪制有TW2薄膜的摻氟氧化錫導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，使TiO2薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，取出摻氟氧化錫導電玻璃，置于烘箱中100°c加熱30分鐘，冷卻到室溫，TiA薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層。3、制備太陽電池光陽極將0. 6g鈦酸丁酯、0. 06g乙醇、7. 44g 二乙醇胺、0. 24g蒸餾水混合均勻，配制成 TiO2溶膠，將TiA薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層的摻氟氧化錫導電玻璃浸泡在 TiO2溶膠中，浸泡30秒，取出，室溫晾干，在馬弗爐中500°C灼燒30分鐘，除掉聚苯乙烯膠體層，TiO2薄膜上形成TiA殼，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例2在實施例1的自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，將步驟1鋪制有TW2 薄膜的摻氟氧化錫導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，使TiO2薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，取出摻氟氧化錫導電玻璃，置于烘箱中80°c加熱60分鐘，冷卻到室溫，TiO2薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與實施例1相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例3在實施例1的自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，將步驟1鋪制有TiO2 薄膜的摻氟氧化錫導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，使TiO2薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，取出摻氟氧化錫導電玻璃，置于烘箱中120°c加熱20分鐘，冷卻到室溫，TiO2薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與實施例1相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例4在實施例1的鋪制TW2薄膜步驟1中，在IcmX Icm的摻氟氧化錫導電玻璃上鋪制厚度為4. 5 μ m的混合液，該步驟的其他步驟與實施例1相同。在自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，向250mL三口燒瓶中加入IOOg去離子水，升溫到70°C，加入11. 3g苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入0. 085g過硫酸銨，70°C攪拌反應M小時，冷卻至室溫，13500 轉/分鐘離心分離10分鐘，傾去上層清液，向沉淀中加去離子水，重復離心洗滌3次，再用無水乙醇超聲洗滌3次，除去過硫酸銨及未反應的苯乙烯，將獲得的白色樣品放在通風廚中晾干，制備成粒徑為600nm的聚苯乙烯微球，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與實施例1相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例5在實施例1的鋪制TW2薄膜步驟1中，在IcmX Icm的摻氟氧化錫導電玻璃上鋪制厚度為4.6μπι的混合液，該步驟的其他步驟與實施例1相同。在自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，向250mL三口燒瓶中加入IOOg去離子水，升溫到70°C，加入11. 3g苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入0. 17g過硫酸銨，70°C攪拌反應M小時，冷卻至室溫，13500轉/ 分鐘離心分離10分鐘，傾去上層清液，向沉淀中加去離子水，重復離心洗滌3次，再用無水乙醇超聲洗滌3次，除去過硫酸銨及未反應的苯乙烯，將獲得的白色樣品放在通風廚中晾干，制備成粒徑為500nm的聚苯乙烯微球，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與實施例1相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。
實施例6在實施例1的鋪制TW2薄膜步驟1中，在IcmX Icm的摻氟氧化錫導電玻璃上鋪制厚度為4. 7 μ m的混合液，該步驟的其他步驟與實施例1相同。在自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，向250mL三口燒瓶中加入IOOg去離子水，升溫到70°C，加入11. 苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入0. 34g過硫酸銨，70°C攪拌反應M小時，冷卻至室溫，13500轉/ 分鐘離心分離10分鐘，傾去上層清液，向沉淀中加去離子水，重復離心洗滌3次，再用無水乙醇超聲洗滌3次，除去過硫酸銨及未反應的苯乙烯，將獲得的白色樣品放在通風廚中晾干，制備成粒徑為400nm的聚苯乙烯微球，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與實施例1相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例7在實施例1 3的鋪制TW2薄膜步驟1中，在IcmX Icm的摻氟氧化錫導電玻璃上鋪制厚度為4 μ m的混合液，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。在自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，向250mL三口燒瓶中加入IOOg去離子水，升溫到70°C，加入11. 3g 苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入0.03g過硫酸銨，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。在制備太陽電池光陽極步驟3中，將1. Og鈦酸丁酯、0. 06g乙醇、7. 44g 二乙醇胺、0. 24g蒸餾水混合均勻，配制成T^2溶膠，該步驟的其他步驟與相應實施例相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例8在實施例1 3的鋪制T^2薄膜步驟1中，在IcmX Icm的摻氟氧化錫導電玻璃上鋪制厚度為5 μ m的混合液，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。在自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟2中，向250mL三口燒瓶中加入IOOg去離子水，升溫到70°C，加入11. 3g 苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入0.40g過硫酸銨，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。在制備太陽電池光陽極步驟3中，將0. Ig鈦酸丁酯、0. 06g乙醇、7. 44g 二乙醇胺、0. 24g蒸餾水混合均勻，配制成T^2溶膠，該步驟的其他步驟與相應實施例相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例9在實施例1 8的制備太陽電池光陽極步驟3中，所用二乙醇胺用等質量的鹽酸替換，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。其他步驟與相應實施例相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例10在實施例1 9的制備太陽電池光陽極步驟3中，將1^02薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層的摻氟氧化錫導電玻璃浸泡在TiA溶膠中，浸泡60秒，取出，室溫晾干， 500°C灼燒60分鐘，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。其他步驟與相應實施例相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。實施例11在實施例1 10的鋪制TW2薄膜步驟1中，所用IcmX Icm的摻氟氧化錫導電玻璃用IcmXlcm的摻錫氧化銦導電玻璃替換，該步驟的其他步驟與相應實施例相同。其他步驟與相應實施例相同，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極。為了證明本發明的有益效果，發明人將實施例1 6制備的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極分別組裝成染料敏化太陽電池，組裝方法如下將具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極在300 μ mol/L的N719染料乙醇溶液中浸泡10小時，取出，用乙醇洗去吸附在光陽極表面的染料，在暗處自然晾干，得到敏化的光陽極。以Pt電極作為對電極，覆蓋在敏化的光陽極上，以熱封膠作為間隔層，滴入電解質溶液，得到染料敏化太陽電池。上述的電解質溶液是以乙腈為溶劑，電解質溶液中LiI的濃度為0. 5mol/L、I2的濃度為0. 05mol/L、4_叔丁基吡啶的濃度為0. 3mol/L。采用PROVA 200太陽電池分析儀在模擬標準太陽光下(AMI. 5IOOmff -cm^2),測定上述組裝成的染料敏化太陽電池與傳統染料敏化太陽電池的I-V曲線，并根據下述公式計算其光電轉化效率 FF = Pfflax/ (IscX Voc) = (Ifflax X Vfflax) / (Isc X Voc)η = Pmax/Pin = (FFXIscX Vj /Pin式中V。。為開路電壓，Isc為短路電流，Pfflax為最大輸出功率，Vfflax為最佳工作電壓， Imax為最佳工作電流，FF為填充因子，Pin為入射到太陽能電池表面的能量，η為光電轉化效率，計算結果見表1。表1染料敏化太陽電池的光電轉換效率
傳統染料敏化太陽電池實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6光電轉換效率2. 42%3. 57%2. 53%2. 76%2. 66%2. 47%3. 45% 由表1可見，實施例1 4制備的光陽極組裝成的染料敏化太陽電池與傳統敏化太陽電池相比，光電轉換效率分別提高了 47. 52%,4. 55%U4.01%,9. 92%,2. 07%, 42. 56%，說明本發明方法制備的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極可提高電池的光電轉換效率。
權利要求
1.具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備方法，由下述步驟組成(1)鋪制TiO2薄膜在導電玻璃上鋪制厚度為4 5 μ m的質量分數為45%的TiA懸浮水溶液與體積分數為70%的乙醇水溶液的體積比為1 2的混合液，在馬弗爐中500°C燒結30分鐘，導電玻璃上形成TW2薄膜；上述的導電玻璃是摻氟氧化錫導電玻璃或摻錫氧化銦導電玻璃；(2)自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層向溫度為70°C的去離子水中加入苯乙烯，恒溫攪拌10分鐘，加入過硫酸銨，去離子水與苯乙烯、過硫酸銨的質量比為100 11.3 0.03 0.40，701攪拌反應對小時，冷卻， 分離，干燥，制備成聚苯乙烯微球；將聚苯乙烯微球加入體積分數為50%的乙醇水溶液中，超聲分散，將分散液滴加入蒸餾水中，滴加質量分數為2%的十二烷基磺酸鈉水溶液，聚苯乙烯微球與體積分數為50%的乙醇水溶液、蒸餾水、質量分數為2%的十二烷基磺酸鈉水溶液的質量比為 1 35.8 30 0.2，得到表面上懸浮有單分子層聚苯乙烯微球的懸浮液；將步驟(1)鋪制有TiO2薄膜的導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，TiO2薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，取出，在烘箱中80 120°C加熱20 60分鐘， 冷卻到室溫，TiO2薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層；(3)制備太陽電池光陽極鈦酸丁酯與乙醇、穩定劑、蒸餾水按質量比為0.1 1.0 0.06 7.44 0. M混合， 配制成TiA溶膠，將TiA薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層的導電玻璃浸泡在TiA 溶膠中，浸泡30 60秒，取出，室溫晾干，在馬弗爐中500°C灼燒30 60分鐘，TiO2薄膜上形成TW2殼，制備成具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極；上述的穩定劑為二乙醇胺或鹽酸。
2.根據權利要求1所述的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備方法，其特征在于在制備太陽電池光陽極步驟(3)中，所述的穩定劑為二乙醇胺。
3.根據權利要求1所述的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備方法，其特征在于在自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層步驟O)中，將步驟(1)鋪制有TiO2薄膜的導電玻璃浸入單分子層聚苯乙烯微球懸浮液中，取出，TiO2薄膜的外表面覆蓋上單分子層聚苯乙烯微球，在烘箱中100°c加熱30分鐘，冷卻到室溫，TiA薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層。
全文摘要
一種具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備方法，在TiO2薄膜上自組裝單分子層的聚苯乙烯膠體層，以單分子層的聚苯乙烯膠體層為模板，在TiO2薄膜上形成TiO2殼。本發明制備的具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極與Pt對電極、電解質溶液組成染料敏化太陽電池后，電池的光電轉換效率與傳統染料敏化太陽電池相比，提高2％～50％。
文檔編號H01M14/00GK102254692SQ20111009638
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者曾京輝, 龔彩虹 申請人:陜西師范大學