[发明专利]一种固态敏化电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特指一种固态敏化电池的制备方法，应用于染料敏化太阳能电池。

背景技术

能源与环境问题现已成为全世界关注的热点，而太阳能具有清洁、使用安全、取之不尽、利用成本低且不受地理条件限制等诸多优点，是解决能源和环境问题的理想能源；染料敏化太阳能电池是基于纳米技术发展起来的一种新型太阳能电池，具有制作成本低、生产工艺简单、无污染、光稳定性好，是一种环保型太阳能电池。

染料敏化太阳能电池（DSSC）主要由透明导电基片、多孔纳米晶半导体薄膜、电解质溶液和对电极组成；如何使DSSC获得更高的光电转换效率，提高电池的稳定性，延长使用寿命一直是研究的热点问题，随着纳米技术的发展，新型的纳米材料以其优良的性能应用于染料敏化太阳能电池，一维纳米材料（如纳米线、纳米管等）具有优良的电子传输性，能够快速使电子和空穴分离，抑制暗电流的产生；而静电纺丝技术可以制备出一维纳米结构材料，具有比表面积大、孔径尺寸小、长径比高、孔隙率高等优点，并且工艺简单、成本低。

液态电解质由于具有高的电导率，离子扩散速度快，对多孔光阳极渗透性好等优点而被广泛研究，但是此类有机溶剂液体电解质存在易挥发、难封装、稳定性差、具有一定的毒性并且会导致染料的解吸附等缺点；而离子液体电解质具有“零”蒸气压、电化学窗口宽、耐热稳定性高、电导率高等优点，能有效的解决有机溶剂的易挥发、稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于：针对液态电解质存在不易封装、高温不稳定、易泄露等缺陷，提供一种固态敏化电池的制备方法，该方法具有封装工艺简单、封装成本低廉、可提高染料敏化太阳能电池的稳定性、延长电池寿命等。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：一种固态敏化电池的制备方法，包括以下步骤：

第一步：TiO₂纳米纤维的制备：一定量的聚乙烯吡咯烷酮、钛酸四丁酯、冰醋酸和无水乙醇充分搅拌均匀，静置1～2h后，制备纳米纤维，在一定温度下煅烧得到TiO₂纳米纤维。

第二步：凝胶离子电解液的制备：一定量的1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐、碘、双三氟甲磺酰亚胺锂、4-叔丁基吡啶和聚离子液体在一定温度下搅拌4～8h，使其混合均匀，得到离子液体电解液。

第三步：FTO的处理及光阳极的制备：通过ALD技术在FTO玻璃上沉积一定厚度的氧化钛，然后然后将TiO₂纳米纤维置于FTO玻璃表面，TiO₂纳米纤维与FTO玻璃的面积比为1：8，滴加溶液，使其具有一定的粘附性。

第四步：光阳极的敏化、电解液处理及电池的组装。

所述方法第一步，按照质量比为2：5：10：40，将聚乙烯吡咯烷酮：钛酸四丁酯：冰醋酸：无水乙醇混合，搅拌2～4h，静置1～2h，形成均一、透明且有一定粘度的纺丝液；制备纳米纤维的方法为静电纺丝法，喷嘴口径为0.6mm，工作电压为10～20kV；注射器针头喷嘴到接受屏的固化距离为10～15cm；室内温度为10～15^oC，相对湿度为25～45%，纳米纤维的煅烧温度在500～700℃。

所述方法第二步，按照体积比6：6：7：6称取1～2 M的 1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐（PMII）、0.1～0.3 M的碘（I₂）、0.2～0.4 M双三氟甲磺酰亚胺锂（LITFSI）、0.5～0.7 M 4-叔丁基吡啶（TBP），再加入上述物质总质量的20～30 wt%的聚离子液体（[PBVIm][TFSI]）于容器中，60～70℃下搅拌6～10h，使其混合均匀，得到一定稠度的凝胶聚离子液体电解质。

所述方法第三步，ALD技术制备的氧化钛层的厚度为2-5nm，滴加溶液为钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，钛酸四丁酯与无水乙醇的体积比为1：10。

所述方法第四步，敏化染料包括但不限于N719，电解液处理方法为注入或浸泡，封装膜为PTFTO或PET，使光阳极和对电极结合好。

本发明的有益效果在于：1）、静电纺丝技术可制备出比表面积大、长径比高的纳米纤维，有利于染料的吸收；2）、ALD技术制备氧化钛层一方面可以改善电池电子的收集，同时可以阻碍电解液与FTO的复合；3）敏化后的纳米纤维浸泡在凝胶电解液后直接封装，封装工艺简单。

附图说明

图1为本发明实例一中TiO₂纳米纤维的扫描电镜图，从图中可看出纳米纤维表面比较光滑；