專利名稱：一種柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，尤其涉及一種柔性染料敏化太陽電池雜化光陽極的制備方法。
背景技術(shù)：
充分利用太陽能是解決能源危機(jī)的重要途徑之一，因此太陽電池的研發(fā)一直備受關(guān)注。在目前商品化的太陽電池市場中，無機(jī)晶體硅太陽電池占據(jù)主導(dǎo)地位。但是由于晶體硅的制造成本高、加工工藝復(fù)雜等問題，使得此種太陽電池的應(yīng)用受到限制。自1991年 Gratzel等發(fā)表了納米薄膜染料敏化太陽電池(DSCs)的文章以來，染料敏化太陽電池受到了廣泛的關(guān)注。與無機(jī)晶體硅太陽電池相比，染料敏化太陽電池具有制造成本低、制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此染料敏化太陽電池已經(jīng)成為太陽電池發(fā)展的新方向。傳統(tǒng)的DSCs以導(dǎo)電玻璃為基板，存在易碎、不輕便和價(jià)格高的問題。為了解決這些問題，人們開發(fā)了柔性DSCs。柔性DSCs以輕質(zhì)的高分子塑料膜為基板，不但大大減輕了電池重量，也降低了電池的制作成本。而且因其可彎曲變形，大大拓展了 DSCs的應(yīng)用范圍， 增加了電池的新用途。柔性DSCs的關(guān)鍵技術(shù)在于TW2光陽極的制備，由于塑料基板不耐高溫，傳統(tǒng)的光陽極處理方式(450°C 500°C的高溫煅燒)不再適用，因此柔性DSCs的效率普遍較低。目前，常用的柔性DSCs光陽極的主要處理方式有低溫?zé)Y(jié)法，機(jī)械壓膜法， 水熱法，微波輻射法，熱液法等，其中日本的T. Yamaguchi等人采用機(jī)械壓膜法制得了效率為 8. 1% 的柔性染料敏化太陽電池[Solar Energy Materials & Solar Cells 94 (2010) 812 - 816]，是目前效率較高的柔性DSCs之一。盡管各地學(xué)者在單層DSCs上做了很多努力，但是由于太陽光光譜的能量范圍比較寬，任何一種染料的吸收光譜都很難與太陽光光譜相匹配，因此單層DSCs的光電轉(zhuǎn)換效率提升的很少。如果可以結(jié)合幾種光譜響應(yīng)范圍不同的染料，利用其光譜響應(yīng)范圍互補(bǔ)的性質(zhì)來拓寬對太陽光的吸收，那么電池的效率將會(huì)得到一個(gè)層次的提高。目前，利用幾種不同染料來拓寬光譜響應(yīng)范圍的疊層DSCs已有報(bào)道。日本的T. Yamaguchi等人利用N719 和黑染料兩種不同的染料制成了串聯(lián)的疊層DSCs，其光電裝換效率達(dá)到了 10. 4%，而單層的 N719 敏化的電池效率僅為 6. 0% [Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009) 733 - 736]。然而這種疊層電池通常是將幾種不同染料敏化的電池并聯(lián)或串聯(lián)疊加在一起， 太陽光必須要穿透上層電池才能到達(dá)下一層，因此當(dāng)太陽光到達(dá)底層時(shí)勢必會(huì)損失掉很多。而
且此種電池增加了電池的重量，其制作成本也提高，不利于產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)與普及。本發(fā)明人為了解決上述所出現(xiàn)的問題，對太陽能電池進(jìn)行了研究發(fā)明，目前，小面積的DSCs在實(shí)驗(yàn)室的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過11%，為染料敏化太陽電池產(chǎn)業(yè)化研究奠定了
■石出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決能源問題，以及其他太陽能電池帶來的一系列弊端，發(fā)明了利用兩種光譜響應(yīng)范圍不同的染料對兩層TW2光陽極分別進(jìn)行敏化，得到柔性雜化光陽極，將雜化光陽極與對電極封裝在一起并灌入電解質(zhì)從而制作成柔性雜化染料敏化太陽電池。為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟
(1)以柔性材料為基底，并對基底材料進(jìn)行清洗；
(2)配置TiA漿料將TiA納米顆粒均勻分散在溶劑中，配置成TiA漿料；
(3)將TW2漿料均勻涂覆到基片上，自然晾干后，進(jìn)行低溫處理，得到光陽極；
(4)將處理好的光陽極浸入到在可見光區(qū)域有較強(qiáng)吸收的染料中進(jìn)行敏化，敏化好后取出，用無水乙醇沖洗并干燥；
(5)在敏化好的光陽極上再次均勻涂覆一層TiA漿料，自然晾干后進(jìn)行低溫處理；
(6)將(5)中所制得的光陽極浸入光譜響應(yīng)范圍較寬，在近紅外有較強(qiáng)吸收的染料中進(jìn)行敏化，敏化好后取出。得到柔性雜化光陽極；
(7)將柔性雜化光陽極與柔性的涂覆有催化劑的對電極封裝在一起并灌入電解質(zhì)從而制作成柔性雜化染料敏化太陽電池。柔性材料為導(dǎo)電的透明高分子塑料膜，如導(dǎo)電的PET、PEN、PI等。溶劑是低沸點(diǎn)的單一或混合溶液，如水、乙醇、叔丁醇的單一或混合溶液。低溫處理為低溫?zé)Y(jié)、壓力處理、準(zhǔn)分子激光退火處理等處理方法或者將幾種處理方式結(jié)合。本發(fā)明的有益效果在于
(1)本發(fā)明將兩種光譜響應(yīng)范圍不同的染料結(jié)合在一起，改善了一種染料敏化的電池吸收范圍窄的問題，有效地提高了 DSCs對光譜的吸收轉(zhuǎn)換效率。(2)本發(fā)明制作過程都是在低溫下進(jìn)行，制作工藝簡單、成本低。(3)本發(fā)明采用柔性塑料材料為基片，電池柔軟、可彎曲、重量輕，拓展了太陽電池的應(yīng)用范圍。


附圖1為柔性雜化染料敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下
1、柔性導(dǎo)電基底材料2、對電極
3、電解質(zhì)4、第二層染料敏化的二氧化鈦薄膜
5、第一層染料敏化的二氧化鈦薄膜 6、柔性導(dǎo)電基底材料
具體實(shí)施例方式現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)室制備為例，非限定實(shí)施例敘述如下 實(shí)施例1 (lMfP25分散在乙醇與叔丁醇的混合溶液(質(zhì)量比1:2)中，磁力攪拌池，球磨15h，配置成質(zhì)量百分含量為10%的漿料A。(2)以柔性導(dǎo)電膜(如ΙΤ0/ΡΕΝ)為基底材料，基底厚度為200 μ m，可見光透過率為 80%，面電阻為15 Ω/cm2。(3)用洗潔精對基底清洗去污漬，用去離子水沖洗干凈，然后分別在去離子水、無水乙醇、丙酮中超聲振蕩清洗10分鐘，并用氮?dú)獯蹈伞?4)用3M膠帶將基底粘貼在光滑平整的桌面上，利用刮刀法將漿料A均勻的涂覆在基片上，厚度在5-10 μ m之間。室溫下自然晾干后，150°C低溫?zé)崽幚?h，使用300MPa壓力進(jìn)行冷等靜壓處理。(5)將上述處理過的二氧化鈦光陽極浸入N719染料中，24h后取出，用無水乙醇沖
洗并用氮?dú)獯蹈伞?6)用3M膠帶將(5)中所述的N719敏化后的光陽極粘貼在光滑平整的桌面上， 利用刮刀法將漿料A均勻的涂覆在基片上，厚度在5-10 μ m之間。室溫下自然晾干后，使用 300MPa壓力進(jìn)行冷等靜壓處理。(7)將上述處理過的二氧化鈦光陽極浸入黑染料中，24h后取出，用無水乙醇沖洗并用氮?dú)獯蹈?。獲得柔性雜化光陽極。(8)利用磁控濺射法將Pt濺射到柔性導(dǎo)電膜上，獲得Pt對電極(對電極上預(yù)先打好小孔)。(9)利用熱封膜將柔性雜化光陽極與Pt對電極封裝在一起，通過小孔將電解質(zhì)注入電池，最后將小孔密封。獲得柔性雜化染料敏化太陽電池。實(shí)施例2
(1)將10nm、38nm、IOOnm的Ti02納米粉以一定比例均勻分散在叔丁醇中，磁力攪拌3h， 球磨15h，配置成質(zhì)量百分含量為10%的漿料B。(2)以柔性導(dǎo)電膜(ΙΤ0/ΡΕΝ)為基底材料，基底厚度為200 μ m，可見光透過率為 80%，面電阻為15 Ω/cm2。(3)用洗潔精對基底清洗去污漬，用去離子水沖洗干凈，然后分別在去離子水、無水乙醇、丙酮中超聲振蕩清洗10分鐘，并用氮?dú)獯蹈伞?4)用3M膠帶將基底粘貼在光滑平整的桌面上，利用刮刀法將漿料B均勻的涂覆在基片上，厚度在5-10 μ m之間。室溫下自然晾干后，150°C低溫?zé)崽幚?h，使用300MPa壓力進(jìn)行冷等靜壓處理，然后使用KrF準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行激光退火處理。(5)將上述處理過的二氧化鈦光陽極浸入N3染料中，24h后取出，用無水乙醇沖洗并用氮?dú)獯蹈伞?6)用3M膠帶將(5)中所述的N3敏化后的光陽極粘貼在光滑平整的桌面上，利用刮刀法將漿料A均勻的涂覆在基片上，厚度在5-10 μ m之間。室溫下自然晾干后，使用 300MPa壓力進(jìn)行冷等靜壓處理。(7)將上述處理過的二氧化鈦光陽極浸入黑染料中，24h后取出，用無水乙醇沖洗并用氮?dú)獯蹈伞＋@得柔性雜化光陽極。(8)利用磁控濺射法將Pt濺射到ΙΤ0/ΡΕΝ上，獲得Pt對電極(對電極上預(yù)先打好小孔)。
(9)利用熱封膜將柔性雜化光陽極與Pt對電極封裝在一起，通過小孔將電解質(zhì)注入電池，最后將小孔密封。獲得柔性雜化染料敏化太陽電池。
權(quán)利要求
1.一種柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)以柔性材料為基底，并對基底材料進(jìn)行清洗；(2)配置TiA漿料將TiA納米顆粒均勻分散在溶劑中，配置成TiA漿料；(3)將TiO2漿料均勻涂覆到基片上，自然晾干后，進(jìn)行低溫處理，得到光陽極；(4)將處理好的光陽極浸入到在可見光區(qū)域有較強(qiáng)吸收的染料中進(jìn)行敏化，敏化好后取出，用無水乙醇沖洗并干燥；(5)在敏化好的光陽極上再次均勻涂覆一層TiA漿料，自然晾干后進(jìn)行低溫處理；(6)將(5)中所制得的光陽極浸入光譜響應(yīng)范圍較寬，在近紅外有較強(qiáng)吸收的染料中進(jìn)行敏化，敏化好后取出。得到柔性雜化光陽極；(7)將柔性雜化光陽極與柔性的涂覆有催化劑的對電極封裝在一起并灌入電解質(zhì)從而制作成柔性雜化染料敏化太陽電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，其特征在于柔性材料為導(dǎo)電的透明高分子塑料膜，如導(dǎo)電的PET、PEN、PI等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，其特征在于溶劑是低沸點(diǎn)的單一或混合溶液，如水、乙醇、叔丁醇的單一或混合溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，其特征在于低溫處理為低溫?zé)Y(jié)、壓力處理、準(zhǔn)分子激光退火處理等方法或者將幾種處理方式結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法，其特征在于兩層 TiO2薄膜使用相同或不同的漿料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柔性雜化染料敏化太陽電池的制備方法。首先利用兩種光譜響應(yīng)范圍不同的染料對兩層TiO2光陽極分別進(jìn)行敏化，得到柔性雜化光陽極，再將雜化光陽極與對電極封裝在一起并灌入電解質(zhì)從而制作成柔性雜化染料敏化太陽電池。本發(fā)明具有具有提高了DSCs對光譜的吸收轉(zhuǎn)換效率，制造成本低、制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，電池柔軟、可彎曲、重量輕，拓展了太陽電池的應(yīng)用范圍。
文檔編號H01G9/20GK102184780SQ20111000710
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者方曉東, 董偉偉, 鄧贊紅, 邵景珍, 陶汝華 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所