[发明专利]一种无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池，具体是指一种无机自敏化染料敏化太阳能电池及其制备方法。 

背景技术

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池，由于具有成本低（约为硅电池成本的1/5～1/10）、理论转换效率高、制备工艺简单等众多优点，被认为是硅太阳能电池最有力的竞争者。DSSC主要由透明导电基板、二氧化钛（TiO₂）多孔纳米晶薄膜、光敏化剂（染料）、电解质溶液（含氧化还原电对）和镀有铂金的对电极组成。其基本原理是：染料敏化剂吸收光子能量，产生电子－空穴对，电子快速注入到TiO2导带，然后经TiO2薄膜传递到导电基板，再经外电路传递到对电极，最后经氧化还原电解质回到染料基态，构成循环电池。 

目前DSSC电池所使用的染料主要有两种：有机配合物染料和无机量子点。有机配合物染料一起优越的吸光性能，已受到人们的广泛关注，目前高转化效率的DSSC电池的敏化剂无一例外都是有机染料。但是有机染料由于自身容易受到氧化钛光解，而严重影响DSSC电池的使用寿命，并且有机染料通常都很昂贵，制备困难。因此，无机量子点敏化，以其高稳定性，不易光解，光电转化效率高，廉价等特点逐渐受到各国科研工作者 的重视。但是，传统的无机量子点敏化，容易出现量子点团聚等问题，使得量子点要均匀覆盖氧化钛表面十分困难，严重影响了DSSC的光电转化效率。 

发明内容

本发明的目的是提供一种防止出现量子点的团聚、实现自敏化在氧化钛表面的均匀覆盖、延长染料敏化太阳能电池的使用寿命的无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法。 

本发明可以通过以下技术方案来实现： 

本发明设计了一种无机敏化染料敏化太阳能电池，包括透明导电基板、光敏化剂、含氧化还原电对的电解质溶液，所述的透明导电基板上设有自敏化氧化钛光阳极。 

所述的含氧化还原电对的电解质溶液为含有 氧化还原电对的电解液。 

本发明设计了一种无机敏化染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤： 

第一步，准备洁净的FTO导电玻璃基板； 

第二步，制备氧化钛浆料； 

第三步，采用刮涂法、丝网印刷法、喷涂法，在FTO导电玻璃基板涂一层氧化钛浆料； 

第四步，对氧化钛浆料经高温退火处理，形成氧化钛多孔薄膜； 

第五步，将形成氧化钛多孔薄膜的FTO导电玻璃基板放于炉中，在氢 气气氛下高温处理，使氢原子掺杂到氧化钛的表层原子中，打破氧化钛表层的规则排列结构，使其无序化，形成自敏化氧化钛光阳极； 

第六步，将以氢化处理后的氧化钛多孔薄膜为光阳极、含 的氧化还原电对的电解液为电解质、涂铂的FTO玻璃为对电解组装成DSSC电池。所述的氧化钛浆料的的制备包括有以上步骤：（1）配制氧化钛前驱体溶液；（2）将前驱体溶液放于水热反应釜中经100～300℃反应5～16h；（3）经过反复离心，清洗，分离出纯净的纳米氧化钛粉体；（4）将氧化钛粉体制成氧化钛浆料。 

步骤四中，将氧化钛浆料放入马弗炉中450℃退火30min，形成氧化钛多孔薄膜。 

优选地，步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理5h。 

优选地，步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（10%H2+90%N2），处理3h。 

优选地，步骤五中，将所制备的氧化钛多孔膜放于管式炉中，在350℃下，再以400mL/min的速度通入氢气流（5%H2+95%N2），处理10h。 

本发明无机敏化染料敏化太阳能电池及制备方法采用先用水热法合成氧化钛纳米粉体，然后制成氧化钛浆料，再采用刮涂法、丝网印刷法、喷涂法等方法，在FTO玻璃涂一层氧化钛浆料，经退火后形成氧化钛多孔膜，之后再将这种氧化钛多孔薄膜放于管式炉中，在氢气气氛下高温处理，使 氢原子掺杂到氧化钛的表层原子中，打破氧化钛表层的规则排列结构，使其无序化。这种表层无序化结构可以有效的降低氧化钛的禁带宽度，使其在可见光区的吸光能力显著增强，达到自敏化的目的。然后在用含有 氧化还原电对的电解液组装成DSSC电池。氧化钛表面无序自敏化是一种新型的无机敏化思路，可以防止出现量子点的团聚，实现在氧化钛表面的均匀覆盖，延长DSSC的使用寿命。 

附图说明

附图1为无机敏化染料敏化太阳能电池制备方法处理流程图。 

具体实施方式