[发明专利]一种染料敏化太阳电池及其光阳极的低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳电池的低温制备方法，利用激光剥离和低压力滚压方法在任意导电基底上制备光阳极，并进一步制备染料敏化太阳电池。

背景技术

染料敏化太阳电池是依靠光敏染料，利用光生伏特原理将太阳能转化成为电能的半导体器件。染料敏化太阳能电池作为薄膜太阳能电池的一种，自1991年被瑞士洛桑高等工业学院教授所领导的小组发明以来，得到了全世界科研工作者的关注，是一种极具潜力的传统晶硅电池替代产品。目前染料敏化太阳电池的光电转换效率已经突破12％，具有非常广阔的应用和产业化前景。

相对于其他太阳电池，特别是晶体硅电池染料敏化太阳能电池具有原料廉价、工艺简单、轻质以及易于柔性化等特点使得染料敏化太阳电池的应用更具灵活性。但是在传统的染料敏化太阳电池的制备过程中，首先要将含有TiO₂纳米颗粒的有机浆料利用丝网印刷或者刮刀法制备到透明导电玻璃上，浆料中有机物的使用是为了增强TiO₂与导电基底的粘附力，但是有机物的存在对电子在电池结构中的传递具有严重影响，增加了电池的暗电流。然后利用高温热处理过程去掉其中的有机粘合剂而且高温的热处理过程可以让浆料中的TiO₂颗粒可以有效的形成连接，从而形成良好的多孔网络结构。良好的网络结构有利于电子在电池中的传递从而获得高的光电转换效率。这种传统的染料敏化太阳电池的制备工艺由于需要经过一个较高温度的热处理过程，因此限制了电池基底的选择。为了能够在柔性衬底上制备染料敏化太阳电池，特别是在轻质、柔性塑料衬底上制备高效染料敏化太阳电池，克服传统工艺中的热处理工艺成为了一个染料敏化太阳电池柔性化的一个重要障碍。

解决这个问题的方法主要有使用不含有机粘合剂的低温浆料、高压力静压法、静电沉积、紫外及微波处理等。所有的方法都是为了不使用或者降解TiO₂前驱浆料中有机粘合剂以及或者好的网状结构。这些方法虽然一定程度上可以实现低温染料敏化电池光阳极的制备但是有些方法得到的光阳极中的TiO₂颗粒连接力很弱使得电池光电效率低，亦或者制备方法对设备得要求很高不利于电池的量产。

发明内容

本发明目的在于提供染料敏化太阳电池的新的制备方法，克服传统电池高温热处理对基底的限制，并且提供一种制备与基底结合力高、光阳极TiO₂颗粒紧密颈接的、适应任何导电衬底的TiO₂光阳极的工艺。本发明工艺过程简单、重复性好、对设备要求低适合产业化大量生产。

本发明提供了一种光阳极的低温制备方法，制备得到的光阳极可应用于柔性染料敏化太阳电池中，所述制备方法包括光阳极的预制备、激光剥离、形状控制、热处理、低压力滚压转移。优选地，所述光阳极为TiO₂光阳极。

本发明光阳极的低温制备方法包括以下步骤：

(1)在FTO基底上用丝网印刷方法制备纳米氧化物浆料，于100℃加热台上烘干，在所述基底上形成预制的纳米氧化物薄膜层；

(2)利用激光辅助的膜转移方法，将预制的纳米氧化物薄膜层与所述FTO基底分离，得到纳米氧化物薄膜带；

(3)裁剪所述纳米氧化物薄膜带，在500℃下进行热处理；

(4)在衬底基底上旋涂粘结层，然后将步骤(3)处理后的所述纳米氧化物薄膜带放置于该粘结层上，利用低压力滚压方法使其结合在所述衬底基底上，形成所述光阳极；

其中，所述纳米氧化物薄膜为包含有氧化物半导体TiO₂、ZnO、SnO₂或In₂O₃纳米颗粒或纳米管或纳米纤维的纳米氧化物多孔互连薄膜。优选地，为TiO₂薄膜。

步骤(1)中，所述纳米氧化物浆料包含的组成成份及比例为：将乙酸酸化的P25TiO₂粉末、含乙基纤维素10％质量比的乙醇溶液以及松油醇按照质量比为0.06：3：2进行均匀混合分散。

步骤(1)中，所述纳米氧化物浆料薄膜层的厚度为14-16μm。

步骤(4)中，所述粘结层的组成及比例为：P25TiO₂粉末、无水乙醇以及钛酸四丁酯按照质量比为1：15：0.3进行均匀混合分散。

步骤(4)制得的光阳极包括导电基板、转移层和粘附层。

其中，“FTO基底”是指在玻璃表面制备有氟掺杂氧化锡透明导电氧化物薄膜的透明导电玻璃