[发明专利]一种染料敏化太阳能电池结构及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池结构及其制备方法，尤其涉及一种TiO₂双层纳晶薄膜电极与背板反射共构DSSC结构及其制备方法。

背景技术：

染料敏化纳米晶太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells，DSSC),因其低廉的成本、丰富的资源、简单的制作工艺、稳定环保的性能以及接近商业化的光电转换效率等优势，吸引了世界各国科学家和企业大力进行基础研究和产业开发。传统的DSSC是在光阳极透明导电玻璃（如TCO/ITO/FTO等）上，通过制备一层多孔纳晶氧化物薄膜，然后，在薄膜上吸附大量光敏染料，并选用相应的氧化还原电解质制成一种类似夹心三明治型的DSSC。在宽带隙半导体氧化物薄膜中，研究报道的有：Nb₂O₃（光电转换效率5.0%）、ZnO介孔微球（光电转换效率1.12%）、SnO₂（光电转换效率0.44%）、WO₃、TiO₂等。目前，普遍采用的是TiO₂纳米晶多孔薄膜，其光电转换效率最高可达10-12%。当光射入电池时，有部分光不能被染料、电解液等吸收，透过电池损失掉而未被利用，如何能够最大限度地吸收太阳光，从而大幅度地提高电池的光电转换效率，即解决染料分子在长波区的光能吸收率低及染料吸附量与长波方向吸收相矛盾的问题，是本发明要解决技术问题。

发明内容：

本发明为了解决现有采用TiO₂纳米晶多孔薄膜的DSSC，其染料分子在长波区的光能吸收率低，存在染料吸附量与长波方向吸收相矛盾而导致光电转换率仅为5%-6%效率较低的技术问题，提供了一种采用TiO₂双层纳晶薄膜电极与背板反射共构的染料敏化太阳能电池结构及其制备方法。其解决方案是：

一种染料敏化太阳能电池结构，该结构是在DSSC的光阳极上制备大小颗粒双层纳米晶TiO₂薄膜；以纯锐钛矿相TiO₂纳米小颗粒膜为底层，以大颗粒膜为散射层，在DSSC光阳极背面的对电极置放一层镀银反光膜；即通过TiO₂双层纳晶薄膜电极与背板反射共构的方式形成染料敏化太阳能电池结构。

一种染料敏化太阳能电池结构的制备方法，是通过下述步骤是实现的：

（1）制备双层Ti O₂纳晶薄膜

平均粒径为16-20nm底层TiO₂纳晶薄膜的制备

采用丝网印刷制膜：按重量份额取6g P25粉体置于研钵研磨，逐滴加入乙酸1ml,去离子水5ml和乙醇30ml,充分研磨后将胶体移至烧杯，依次加入20ml松油醇和乙基纤维素，交替搅拌和超声分散3次，再用旋转蒸发仪在45℃下除去胶体中的乙醇，最后将胶体移至研钵充分研磨；将200目丝网清洗晾干，用丝网印刷胶体在导电玻璃FTO上印刷一层湿膜，静置3min，在125℃干胶机上干胶，重复印刷和干胶过程，达到所需膜厚；干胶后移至马弗炉烧结，先加热至325℃，恒温5min，继续加热至375℃，恒温5min，再加热至450℃，恒温15min，最后加热至500℃，保温30min；

平均粒径为160-200nm散射层TiO₂多孔薄膜的制备

大粒径散射层采用平均粒径为160-200nm的Ti O₂粉体，除丝网采用将200目外，其制备过程和印刷方法同底层TiO₂纳晶薄膜相同；

（2）加装镀银反光膜及染料敏化太阳能电池的组装

用丝网印刷方法制备的大小颗粒双层纳米晶TiO₂薄膜印制在导电玻璃上，浸泡N719染料后，以染料敏化后的纳晶薄膜电极为光阳极，涂铂的透明导电玻璃为对电极；将DSSC的光阳极与对电极固定，在其间隙中滴入电解质溶液，获得优化的TiO₂大小粒径双层薄膜的膜厚；再在背板导电玻璃后贴一层镀银反光膜,封装后即得DSSC。

本发明的特点及有益效果：通过在电池的光阳极制备了双层大小粒径不同的TiO₂薄膜，同时，在DSSC的背面加装了镀银板，并通过对TiO₂薄膜厚度的优化制备的染料敏化太阳能电池，通过在太阳光模拟器下进行的测试，获得DSSC的开路电压，短路电流，I-V曲线，结果表明：

(1)通过优化的大粒径反射薄膜的厚度，增加小粒径对染料分子的吸收，能充分发挥散射效果。