一種用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其組分為TiO2顆粒、乙基纖維素和松油醇，且TiO2顆粒：乙基纖維素：松油醇的重量配比為1∶0.2~0.5∶2~8，其中，所述TiO2顆粒為由10~30nm的TiO2納米顆粒和0.2~0.4μm的TiO2顆粒按照1:1~5的重量比的混合。本發(fā)明DSSC光陽極散射層漿料采用銳鈦礦結(jié)構(gòu)的大顆粒與小顆粒TiO2按照一定比例混合而成，其中小顆粒10nm~30nm的TiO2在其中具有過渡作用，促進(jìn)了傳遞層與散射層之間的結(jié)合，防止光陽極在高溫?zé)Y(jié)后的龜裂現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)增加了光程提高電池效率。
【專利說明】—種用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料及其制備方法，屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種新的能源，在全球氣候變暖和霧霾不斷出現(xiàn)的環(huán)境下，越來越受到人們的關(guān)注。在各種薄膜太陽能電池中，染料敏化太陽能電池以其制作工藝簡單、便于大規(guī)模生產(chǎn)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)愈來愈受到廣泛重視。在染料敏化太陽能電池中，多孔光陽極的性能對電池的性能的影響尤為重要，因此多年來關(guān)于光陽極膜的研究也越來越多。
[0003]為實(shí)現(xiàn)盡可能多的吸附染料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)電基底的牢固接觸，并實(shí)現(xiàn)電子從染料激發(fā)態(tài)到導(dǎo)電襯底的傳輸以及電解質(zhì)中氧化還原電對的有效傳輸，多孔光陽極的制備技術(shù)方面的研究報(bào)道較多。
[0004]目前多孔光陽極基本為疊層結(jié)構(gòu)，吸收層為粒徑較小的納米TiO2，其對太陽光的利用率不是很高，在吸收層上面再制備具有光再次利用的大顆粒的光散射層對太陽光的利用率明顯提高，因此通過大顆粒的光散射作用增加光程和對太陽光可以二次吸收，從而增加光的再次利用效率，提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)一:
專利申請?zhí)?201010294290.7
該專利闡述了一種DSSC光陽極散射層漿料的制備方法，采用4 μ m銳鈦礦TiO2與100nm、200nm和360nm的TiO2混合置于瑪瑙碾缽中，再與配制好的乙基纖維素松油醇溶液混合與碾缽中充分碾磨lh，制備成散射層漿料。
[0006]該制備技術(shù)的缺點(diǎn):該技術(shù)在制備時(shí)采用碾磨方式很難使顆粒均勻分散混合于添加劑和造孔劑中，高溫?zé)Y(jié)后容易產(chǎn)生龜裂。該技術(shù)制備的散射層漿料中TiO2全為較大顆粒，與基地的小顆粒直接接觸而無過渡，傳輸層中的TiO2顆粒都較小，在20nm左右，將這樣的大顆粒散射層制備于基底層上，通過高溫?zé)Y(jié)后將產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而且顆粒過大對染料的吸附性大大降低，顆粒之間接觸較小，比表面積大大減小，勢必影響電池效率。該技術(shù)通過碾缽研磨的方式不能很好的使TiO2顆粒與溶劑等混合分散均勻，且制備量受限，不能批量生產(chǎn)和大批量制備。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)二:
專利申請?zhí)?201110241940.6
該專利闡述了一種染料敏化太陽能電池散射層漿料的制備方法及其修飾工藝，采用鈦鹽水解法，利用堿性溶液促進(jìn)水解，形成白色沉淀至溶液PH =6?8 ;將白色沉淀洗滌后，利用氧化物溶解，制備過氧化鈦中間產(chǎn)物，按照比例用蒸餾水稀釋，在水熱釜中按照一定溫度和時(shí)間處理，獲得均勻短棒狀的納米級二氧化鈦電池散射層漿料。
[0008]該技術(shù)的缺點(diǎn):該技術(shù)制備工藝過于復(fù)雜冗繁，不能面向市場化和批量化，僅局限于實(shí)驗(yàn)室，且該技術(shù)制備的電池效率僅為3.28%，目前DSSC的領(lǐng)域的效率早已超過10%，因此這樣的效率在該領(lǐng)域沒有任何優(yōu)勢和新穎。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)三:
專利申請?zhí)?201110401157.1
該專利闡述了一種染料敏化太陽能電池散射層的制備方法，該技術(shù)采用四氯化鈦水解，通過水熱反應(yīng)得到到氧化鈦散射微球，再添加造孔劑和溶劑，經(jīng)過研磨得到均勻的漿料。
[0010]該技術(shù)的缺點(diǎn):制備周期相對較長，至少兩天時(shí)間，而且水熱反應(yīng)中的水熱釜的大小制約了該制備技術(shù)漿料制備量，很難批量化和產(chǎn)業(yè)化，且該技術(shù)制備的散射層漿料對電池的性能提高不夠明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了工藝簡單、吸附性好且不易出現(xiàn)燒結(jié)龜裂的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料；
本發(fā)明的另一目的是提供上述漿料的制備方法。
[0012]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn):
一種用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其組分為TiO2顆粒、乙基纖維素和松油醇，且TiO2顆粒:乙基纖維素:松油醇的重量配比為1:0.2^0.5:2~8，其中，所述TiO2顆粒為由10~30nm的TiO2納米顆粒和0.2~0.4 μ m的TiO2顆粒按照1:1~5的重量比的混合。
[0013]優(yōu)選的，用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，TiO2顆粒:乙基纖維素:松油醇的重量比為1:0.4:4。
[0014]優(yōu)選的，所述TiO2顆粒為由10~30nm的TiO2納米顆粒和0.4 μ m的TiO2顆粒按照1:3的重量比的混合。
[0015]優(yōu)選的，所述用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的粘度為2*105mPa.s ~3*105 mPa.S，最佳粘度為 2.5*105 mPa.S。
[0016]上述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:
1)將粒徑為10~30nm的TiO2納米顆粒與0.2~0.4 μ m的TiO2顆粒按照的比例混合；
2)將I)中混合好的TiO2粉均勻分散于無水乙醇溶液中，其中，TiO2:乙醇的質(zhì)量比為1:10~20 ；
3)將乙基纖維素配制成8wt9Tl5wt%的乙醇溶液，其中，乙基纖維素單選用粘度為30~50 mPa.S，或者選用8~10 mPa.s與40~100 mPa.s按照1:1的質(zhì)量比混合配制而成；
4)按照上述TiO2顆粒、乙基纖維素和松油醇的比例，向步驟2)的得到的溶液中添加步驟3)中配制好的乙基纖維素乙醇溶液和松油醇，使溶液混合均勻，形成膠體狀乳液；
5)將步驟4)中混合好的膠體乳液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸出其中的乙醇，即可得到TiO2散射層漿料。
[0017]優(yōu)選的,所述步驟2)中，所述TiO2:乙醇的質(zhì)量比為1:15。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟3)中，乙基纖維素的乙醇溶液的濃度為12wt%。[0019]優(yōu)選的，所述步驟3)中，乙基纖維素選用粘度為3(T50 mPa.s的乙基纖維素。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟4)中，采用超聲分散、機(jī)械攪拌或磁力攪拌中的一種或者多種方式結(jié)合進(jìn)行混合。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明采用粒徑為l0~30nm的銳鈦礦TiO2納米顆粒與0.2^0.4 μ m的銳鈦礦TiO2顆粒按照質(zhì)量比TiO2:乙基纖維素:松油醇=1:0.2^0.5:2~8的比例與松油醇和乙基纖維素配制成乳膠狀溶液，再通過旋蒸而得到的粘度為2*105 mPa.s~3*105 mPa.s的TiO2散射層漿料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明DSSC光陽極散射層漿料及其制備方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
a)采用銳鈦礦結(jié)構(gòu)的大顆粒與小顆粒TiO2按照一定比例混合而成，其中小顆粒10nm~30nm的TiO2在其中具有過渡作用，促進(jìn)了傳遞層與散射層之間的結(jié)合，防止光陽極在高溫?zé)Y(jié)后的龜裂現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)增加了光程提高電池效率；
b)該制備技術(shù)簡單，成本較低，漿料粘度可控，該漿料可用于刮涂和絲網(wǎng)印刷，便于實(shí)現(xiàn)大面積的TiO2薄膜的制備和生產(chǎn)，為染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。
[0022]本發(fā)明提供的用于染料敏化太陽能電池光陽極上的光散射層漿料，通過增加光程和對太陽光的二次吸收，從而增加光的再次利用效率，提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率25%左右。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]實(shí)施例1:
步驟(1):將4g粒徑分布范圍在l0~30nm的TiO2納米粉與12g粒徑為0.4 μ m的TiO2粉混合；
步驟(2):將步驟(1)中混合好的TiO2粉按照質(zhì)量比TiO2:無水乙醇=1:15的比例，均勻分散于無水乙醇溶液中，形成A溶液；
步驟(3):將乙基纖維素(#46080，粘度為30~50mPa.s，購自Sigma)配制成12wt%的無水乙醇溶液，形成B溶液；
步驟(4):向步驟(2)的A溶液中滴加步驟(3)的B溶液，按照質(zhì)量比TiO2:乙基纖維素=1:0.4的比較滴加B溶液；
步驟(5):往步驟(4)中滴加松油醇，按照質(zhì)量比TiO2:松油醇=1:4的比較滴加；步驟(6):將步驟(5)中的溶液通過機(jī)械攪拌2~3h，使溶液充分混合均勻，最后得到白色膠狀乳液；
步驟(7):將步驟(6)中的溶液倒入茄形瓶中，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸除去多余的乙醇，得到粘度為2.5*105mPa.s左右的用于DSSC光陽極上的散射層漿料。
[0025]實(shí)施例2:
步驟(1):將8g粒徑分布范圍在l0~30nm的TiO2納米粉與8g粒徑為0.3 μ m的TiO2粉混合；
步驟(2):將步驟(1)中混合好的TiO2粉按照質(zhì)量比TiO2:無水乙醇=1:15的比例，均勻分散于無水乙醇溶液中，形成A溶液；步驟(3):將乙基纖維素(#46080，粘度為3(T50mPa.s，購自Sigma)配制成10wt%的無水乙醇溶液，形成B溶液；
步驟(4):向步驟(2)的A溶液中滴加步驟(3)的B溶液，按照質(zhì)量比TiO2:乙基纖維素=1:0.5的比較滴加B溶液;
步驟(5):往步驟(4)中滴加松油醇，按照質(zhì)量比TiO2:松油醇=I:5的比較滴加；步驟(6):將步驟(5)中的溶液通過機(jī)械攪拌3h，使溶液充分混合均勻，最后得到白色膠狀乳液；
步驟(7):將步驟(6)中的溶液倒入茄形瓶中，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸除去多余的乙醇，得到粘度大致為2.3*105mPa.s左右的用于DSSC光陽極的散射層漿料。
[0026]實(shí)施例3:
步驟(1):將4g粒徑分布范圍在l(T30nm的TiO2納米粉與18g粒徑為0.2 μ m的TiO2粉混合；
步驟(2):將步驟(1)中混合好的TiO2粉按照質(zhì)量比TiO2:無水乙醇=1:20的比例，均勻分散于無水乙醇溶液中，形成A溶液；
步驟(3):將乙基纖維素粘度m9 (粘度為8~10 mPa.S，滬試)與m70 (粘度為40~100mPa.S，滬試)按照1:1的質(zhì)量比配制成12wt%的無水乙醇溶液，形成B溶液；
步驟(4):向步驟(2)的A溶液中滴加步驟(3)的B溶液，按照質(zhì)量比TiO2:乙基纖維素=1:0.4的比較滴加B溶液；
步驟(5):往步驟(4)中滴加松油醇，按照質(zhì)量比TiO2:松油醇=I:5的比較滴加；步驟(6):將步驟(5)中的溶液通過機(jī)械攪拌3h，使溶液充分混合均勻，最后得到白色乳膠狀溶液；
步驟(7):將步驟(6)中的溶液倒入茄形瓶中，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸除去多余的乙醇，得到粘度大致為2.3*105mPa.s左右的用于DSSC光陽極的散射層漿料。
[0027]上述各實(shí)施例制備的散射層漿料制備的光陽極電池的光電性能，與相同條件下未制備散射層的光陽極制備的電池的光電性能的數(shù)據(jù)對比情況，參見表1。
[0028]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其特征在于:其組分為TiO2顆粒、乙基纖維素和松油醇，且TiO2顆粒:乙基纖維素:松油醇的重量配比為1:0.2^0.5:2~8，其中，所述TiO2顆粒為由10~30nm的TiO2納米顆粒和0.2~0.4 μ m的TiO2顆粒按照1:1飛的重量比的混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其特征在于=TiO2顆粒:乙基纖維素:松油醇的重量比為1:0.4:4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其特征在于:所述TiO2顆粒為由l(T30nm的TiO2納米顆粒和0.4 μ m的TiO2顆粒按照1:3的重量比的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其特征在于:所述用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的粘度為2*105 mPa.s~3*105 mPa.S。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料，其特征在于:所述用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的粘度為2.5*105 mPa.S。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)將粒徑為10~30nm的TiO2納米顆粒與0.2~0.4 μ m的TiO2顆粒按照比例混合； 2)將I)中混合好的TiO2粉均勻分散于無水乙醇溶液中，其中，TiO2:乙醇的質(zhì)量比為1:10~20 ； 3)將乙基纖維素配制成8wt9Tl5wt%的乙醇溶液，其中，乙基纖維素選用粘度為30-50mPa.s，或者選用粘度為8~10 mPa.s和40~100 mPa.s兩種乙基纖維素按照1:1的比例混合配制； 4)向步驟2)的得到的溶液中添加步驟3)中配制好的乙基纖維素乙醇溶液和松油醇，使溶液混合均勻，形成膠體狀乳液； 5)將步驟4)中混合好的膠體乳液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸出其中的乙醇，即可得到TiO2散射層漿料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，所述TiO2:乙醇的最佳質(zhì)量比為1:15。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中，乙基纖維素的乙醇溶液的濃度為12wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中，乙基纖維素選用粘度為3(T50 mPa.s乙基纖維素。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于染料敏化太陽能電池光陽極上光散射層漿料的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，采用超聲分散、機(jī)械攪拌或磁力攪拌中的一種或者多種方式結(jié)合進(jìn)行混合。
【文檔編號(hào)】H01G9/042GK103794376SQ201410057940
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】文貴華, 顧軍, 鄒志剛 申請人:南京大學(xué)昆山創(chuàng)新研究院