[发明专利]一种制备柔性光阳极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备敏化太阳能电池的柔性光阳极的方法以及包括该方法的制备染料敏化柔性光阳极的方法和制备量子点敏化柔性光阳极的方法。

背景技术

敏化太阳能电池作为第三代光伏电池之一，自从1991年由教授报道了其多孔纳晶薄膜的光阳极结构以来，以其低廉的成本、简单的工艺、较高的效率等优势而备受全世界各国科学工作者的关注。

敏化太阳能电池包括染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池，由光阳极、电解质和对电极三部分组成。染料敏化光阳极一般是将纳晶层(通常为TiO₂)制备在导电玻璃上，然后吸附上染料而成的，染料作为敏化剂而存在。在电池工作的时候，由染料吸收太阳光并激发出电子，电子通过纳晶层传出至导电玻璃上，再由导电玻璃传至外电路，外电路的电子再通过对电极进来，由电解质输送给染料从而完成电子的循环。

染料敏化太阳电池经过近20年的广泛研究，积累了相当的基础。随着人们对便携式柔性太阳能电池的要求日趋强烈，柔性敏化太阳电池的开发成为了不可避免的趋势。在柔性敏化太阳电池中，柔性的光阳极的制备是最为关键的一步。目前柔性光阳极的制备方法都是直接在柔性透明导电衬底上制备的。

纳晶层在导电玻璃上的标准制备方法需要涉及到高温处理的步骤，而柔性透明导电衬底却不能够耐高温，因此涉及高温处理的方法不能适用于在柔性透明导电衬底上。一般来说，高温热处理的主要目的是烧掉TiO₂浆料中的有机成分，同时使得纳米晶粒之间能有很好的物理和电学连接。其中晶粒之间良好的电学连接对于高质量的纳晶层显得尤为重要。为了能在不耐高温的衬底上制备纳晶光阳极，人们做了大量的工作以期寻求一些不使用高温烧结的替代方法。文献(Journal of Solid State Electrochemistry 2009；13：651-656)报道了利用水热的方法来增加TiO₂晶粒之间的连接性。文献(Chemistry Letters 2002；31(12)：1250-1251)和文献(Journal of PhysicalChemistry B 2004；108：5282-5293)分别报道了用微波和紫外线辅助化学气相沉积法来制备TiO₂纳晶薄膜。另外，文献(Chemistry Letters 2003；32：1056-1057)和文献(Applied Physics Letters 2009；94：071117)还分别报道了用电子束轰击和激光烧结的方法可以不对柔性透明衬底造成破坏而沉积上TiO₂纳晶薄膜。这些方法制备的TiO₂纳晶层的效率最多只能达到传统高温处理方法的50％-60％。最近有文献(Chemical Communications 2007；45：4767-4769)又报道了利用机械加压的方法制备的TiO₂纳晶薄膜的效率可以达到传统高温处理方法的70％。可以看到这些代替的制备方法都是直接在柔性透明导电衬底上进行沉积，采用的全部是低温的方法，全都无法达到标准高温烧结处理的性能。

另外，近些年来，用量子点代替染料作为敏化剂来敏化光阳极的研究也越来越受到关注。因为量子点有着染料所不具备的优点：1、可以通过调节量子点的尺寸大小来调节光谱的吸收范围，可以与太阳光谱更好地匹配；2、量子点具有多激子效应，被认为可以提高电池的效率。3、量子点的制备相比于染料而言十分的简单，成本要低廉许多。目前量子点敏化太阳能电池的研究处于起步阶段，都还是围绕在刚性的玻璃衬底上的制备，因此还没有关于将量子点敏化太阳电池制备在柔性透明衬底上的报道。

综上所述，虽然标准的高温烧结处理纳晶层的方法有着无可替代的突出优点，但高温烧结与柔性透明衬底不耐高温的这一难以逾越的矛盾却将这种最优的制备方法拒之门外。如果能够通过努力将这对矛盾化解，从而能将高温烧结制备优质纳晶层的技术应用到柔性透明衬底上，意义将十分重大。而且这种柔性透明导电衬底上的高质量的纳晶层对于柔性量子点敏化太阳电池的制备也是最为关键的一步。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有的柔性光阳极的制备方法中由于柔性透明衬底不耐高温而无法对纳晶层进行高温烧结处理，从而导致柔性太阳能电池的光转换效率降低的缺点，提供一种包括对纳晶层进行高温烧结处理的制备柔性光阳极的方法以及包括该方法的制备染料敏化柔性光阳极的方法和制备量子点敏化柔性光阳极的方法，从而提高柔性太阳能电池的光转换效率。