[发明专利]一种低光强下高转换效率染料敏化太阳能电池TiO2薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低光强下高转换效率染料敏化太阳能电池TiO₂薄膜的制备方法。

背景技术

1991年M.实验室首次提出了一种新型的以染料敏化TiO₂纳米晶薄膜为光阳极的染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)，在太阳光下电池的光电转换效率达到7.1％，从而开启了染料敏化太阳能电池的研究热潮。染料敏化太阳能电池TiO₂薄膜由于较低的制作成本、高的理论转化效率和无毒无污染，而具有很好的应用前景。

传统制备纳米染料敏化TiO₂薄膜的方法是采用溶胶-凝胶法和涂覆法：以钛酸酯类化合物等为前驱体在酸性水溶液中缓慢水解制备出TiO₂溶胶，经高压釜热处理、蒸发、加表面活性剂研磨制备TiO₂浆料，然后经丝网印刷、刀片刮涂、旋涂等方法在导电基底上沉积TiO₂。或者直接用涂覆法，将商业级的纳米TiO₂粉体加表面活性剂和适量有机溶剂研磨制备TiO₂浆料，然后涂膜，最后经450℃左右退火制备。除了上述两种常用的方法，还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射沉积法、电沉积法、等离子喷涂法等。

但以上现有方法制得的染料敏化太阳能电池TiO₂薄膜虽然可以得到较高的光电转换效率，但其制备工艺过于复杂，成本过高，且在低电强下光电转换效率低，无法在低日照地区使用。

发明内容

本发明目的就是提供一种低光强下高转换效率染料敏化太阳能电池TiO₂薄膜的制备方法，该种方法制得的薄膜作为光阳极制备的太阳能电池在低光强下具有很高的转换效率，尤其适用于低日照的地区使用。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种低光强下高转换效率染料敏化太阳能电池TiO₂薄膜的制备方法，其具体作法是：

a、制备TiO₂胶体

按1∶5∶20的摩尔比例分别称取原料钛酸异丙酯，柠檬酸和乙二醇，将乙二醇加热到60-70℃，然后在搅拌的同时，将钛酸异丙酯添加到乙二醇中，最后将柠檬酸加入并升温至85-95℃，恒温搅拌直至溶液澄清，得到溶胶；然后，按照钛酸异丙酯∶商品名为P25的TiO₂＝1∶7的摩尔比例，将制得的溶胶和P25在研钵中混合并搅拌1-2个小时，得到均匀的TiO₂胶体；

b、制备TiO₂薄膜

用透明胶覆盖粘紧FTO(掺杂氟的SnO₂导电玻璃)的四周，在未覆盖透明胶的部位滴加TiO₂胶体，再将胶体均匀的铺展在FTO上，并将FTO上的胶体膜刮平；然后在干燥箱中100℃干燥25-30min，再放入热处理炉中450℃退火50-70min，自然冷却至80-100℃得到第一层膜；

再将a步的胶体滴加至第一层膜上，然后重复以上的铺展、刮平、干燥、退火及冷却操作，得到两层胶体膜；随即放入到浓度为0.4-0.6mmol/L的钌配合物N719染料的乙醇溶液当中，浸泡24-30h；取出后用无水乙醇淋洗，自然晾干，即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过溶液中的柠檬酸和乙二醇发生聚合酯化反应生产聚酯，有机醇盐中的Ti-O键均匀的分散和固定在聚酯网络中，在退火时聚酯分解产生大量极其微小的气孔，从而形成了粒径小、比表面积大的结构。同时由于P₂₅的TiO₂粉末在聚酯中不可能完全均匀分布，因此，在退火后表面出现了不规则的纳米粒子堆积凸起形成的孔道；而通过双层成膜方式，使其粒子分布更均匀，连接性更好，从而表现出更大的填充因子和较好的光电转换。用其制得的太阳能电池在低光强下具有很高的转换效率，光电性能实验结果表明，用本发明所得薄膜制得的太阳能电池，在5mW/cm²的弱光照下，光电转化效率高达11.83％，尤其适合在日照强度低的地区使用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例一制备的TiO₂薄膜的X射线衍射图(XRD)。

图2是本发明实施例一制备的TiO₂薄膜的表面和截面扫描电镜(SEM)图。