[发明专利]染料敏化太阳能电池及其全3D打印制备方法

说明书

本发明是关于一种染料敏化太阳能电池及其全3D打印制备方法，其全3D打印制备方法包括以下步骤：S1、采用3D打印法将光阳极浆料打印在第一透明导电基底上，经烧结、敏化得到光阳极；S2、采用3D打印法将电解质打印在所述光阳极上，得到电解质层；S3、采用3D打印法将对电极浆料打印在第二透明导电基底上，经烧结，得到对电极；S4、将所述电解质层与所述对电极贴合，封装，得到染料敏化太阳能电池。本发明通过3D打印制备光阳极，可以灵活改变光阳极的图案和面积，并通过3D打印将准固态电解质打印到敏化后的光阳极表面，以解决模块化染料太阳能电池封装的问题。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种染料敏化太阳能电池及其全3D打印制备方法。

背景技术

与传统太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池(DSSCs)提供了一种清洁利用太阳能的方式。染料敏化太阳能电池是以纳米二氧化钛、染料、电解质等材料为主要原料，模拟自然界中植物自然光合作用，将光能转化为电能。染料敏化太阳能电池由光阳极、含氧化还原电对的电解质、对电极组成经典的“三明治”结构。

光阳极在DSSCs中同时发挥着吸附染料分子、电子受体和电子运输等多重作用，其表面性能和内部电学性能直接影响DSSCs的光电转换效率。目前多采用刮涂法、丝网印刷法、旋涂法等方法制备DSSCs光阳极，这些方法存在工艺繁琐，需要多次涂敷；成膜质量差，大面积光阳极膜不均，无法制备图案化光阳极等问题。这些问题使得DSSCs的光电转换效率仍然较低，繁琐的制备工艺阻碍了其商业化发展。因此，常规的制备DSSCs光阳极的方法，无法满足进一步大面积、图案化制备DSSCs的要求。

在典型的DSSCs中，电解质是光电阳极和对电极之间电荷传输所需的关键组分。一方面作为电子给体，将氧化态染料还原再生，另一方面在对电极上充当电子受体，被外电路的电子还原，从而完成电池的内部循环。DSSCs的光伏性能和长期稳定性都很大程度上取决于电解质。传统的液体电解质由碘化物/三碘化物(I^-/I₃^-)氧化还原电极和挥发性有机溶剂(如乙腈，碳酸乙烯酯等)及其它添加剂组成，可以生产出高效的电池。然而，由于有机溶剂自身的特点，基于有机溶剂电解质的DSSCs存在溶剂易挥发，密封工艺复杂等问题。此外，通过电解质中的碘(I₂)和I^-之间的反应产生的电解质I₃^-离子是腐蚀性的并且对可见光部分吸收。因此，上述问题导致DSSCs的长期稳定性和效率受到损害。同时，普通准固态电解质普遍存在封装困难的问题，准固态电解质无法按照一般的方式覆盖到光阳极表面，从而限制了制备大面积模块化染料敏化太阳能电池的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种染料敏化太阳能电池及其全3D打印制备方法，所要解决的技术问题是通过3D打印制备光阳极，可以灵活改变光阳极的图案和面积，并通过3D打印将准固态电解质打印到敏化后的光阳极表面，以解决模块化染料敏化太阳能电池封装的问题，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种染料敏化太阳能电池的全3D打印制备方法，包括以下步骤：S1、采用3D打印法将光阳极浆料打印在第一透明导电基底上，经烧结、敏化得到光阳极；

S2、采用3D打印法将电解质打印在所述光阳极上，得到电解质层；

S3、采用3D打印法将对电极浆料打印在第二透明导电基底上，经烧结，得到对电极；

S4、将所述电解质层与所述对电极贴合，封装，得到染料敏化太阳能电池。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。