染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

摘要

本发明公开一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，包括透明导电基板和纳米晶多孔TiO2薄膜，所述透明导电基板与纳米晶多孔TiO2薄膜之间覆有致密的纳米晶ZnO薄膜，在满足纳米晶多孔结构的前提下，预先在导电膜上制作致密的透明纳米晶氧化锌(ZnO)薄膜，作为中间层提升纳米晶多孔薄膜与基板的结合强度，n型半导体ZnO的能带结构与TiO2相近，且具有更高的电子迁移率和寿命，因此利于光生载流子的输出。

权利要求

1.一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，所述光阳极包括透明导电基板和纳米晶多孔TiO2薄膜，该透明导电基板与纳米晶多孔TiO2薄膜之间覆有致密的纳米晶ZnO薄膜；所述光阳极制备方法的特征在于：所述致密的纳米晶ZnO薄膜是通过以下方法制作：将醋酸锌、乙二醇甲醚和单乙醇胺在70℃以下混合成均匀的溶胶，以浸渍-提拉、或者旋转涂膜方法将以上种子液涂覆在透明导电基板的导电膜上，在100℃以下烘干固化，随后经过室温至550℃烧结4～5h制成，厚度在100纳米至600纳米范围内；

所述纳米晶多孔TiO2薄膜是通过丝网印刷，将纳米TiO2粉体、乙基纤维素和松油醇混合的浆料涂覆在纳米晶ZnO薄膜上，经过室温至500℃烧结2～3h制成，厚度在5微米至

50微米范围内。

2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：所述溶胶中醋酸锌浓度为0.3～0.8mol/L，单乙醇胺和醋酸锌的量的比为1∶1，余量由乙二醇甲醚补足。

说明书

染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。背景技术：

[0002] 染料敏化太阳能电池因其结构相对简单、成本低廉，作为新一代的太阳能电池而受到全世界的关注，被认为是能取代硅太阳能电池的新型太阳能电池。染料敏化太阳能电池主要有以下几部分组成：光阳极、电解质和阴极。将光阳极和阴极制成密封的腔体，电解质被灌入该腔体中，这样就形成了染料敏化太阳能电池单元。光阳极主要由透明导电基板和纳米晶多孔氧化钛(TiO2)薄膜构成，光阳极是染料敏化太阳能电池的核心组成。纳米晶多孔结构具有较高的比表面积，利于染料吸附，但是纳米晶多孔结构与透明导电基板结合面积小、结合强度低，不利于光生载流子的输出。发明内容：

[0003] 本发明的目的在于提供一种利于光生载流子输出的染料敏化太阳能电池光阳极。

[0004] 本发明的另一目的在于提供一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

[0005] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

[0006] 一种染料敏化太阳能电池光阳极，包括透明导电基板和纳米晶多孔TiO2薄膜，所述透明导电基板与纳米晶多孔TiO2薄膜之间覆有致密的纳米晶ZnO薄膜。

[0007] 上述染料敏化太阳能电池光阳极中所述透明导电基板是具有掺锡氧化铟(ITO)、或掺氟氧化锡(FTO)、或掺铝氧化锌(ZAO)透明导电膜的透明玻璃基板。

[0008] 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，所述致密的纳米晶ZnO薄膜是通过以下方法制作：将醋酸锌、乙二醇甲醚和单乙醇胺在70℃以下混合成均匀的溶胶种子液，以浸渍-提拉、或者旋转涂膜方法将以上种子液涂覆在透明导电基板的导电膜上，在100℃以下烘干固化，随后经过室温至550℃烧结4～5h制成，厚度在100纳米至600纳米范围内；纳米晶多孔TiO2薄膜是指通过丝网印刷，将纳米TiO2粉体、乙基纤维素和松油醇混合的浆料涂覆在纳米晶ZnO薄膜上，经过室温至500℃烧结2～3h制成，厚度在5微米至50微米范围内。

[0009] 上述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法中所述溶胶中醋酸锌浓度为0.3～0.8mol/L，单乙醇胺和醋酸锌的量的比为1∶1，余量由乙二醇甲醚补足；混和溶胶中醋酸锌的浓度与单乙醇胺和乙二醇甲醚的加入量有关，单乙醇胺和醋酸锌的量的比是固定的，所需要加入的乙二醇甲醚的量可以根据需要配制的溶胶中醋酸锌的浓度计算得出。

[0010] 上述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法中所述纳米TiO2粉体百分比含量为18～36％，乙基纤维素和松油醇百分比含量为64～82％，乙基纤维素和松油醇的质量比为
1∶9～1∶15。

[0011] 本发明的有益效果是，在满足纳米晶多孔结构的前提下，预先在导电膜上制作致密的透明纳米晶氧化锌(ZnO)薄膜，作为中间层提升纳米晶多孔薄膜与基板的结合强度，n型半导体ZnO的能带结构与TiO2相近，且具有更高的电子迁移率和寿命，因此利于光生载流子的输出。附图说明：

[0012] 附图是本发明的染料敏化太阳电池光阳极的截面示意图。

[0013] 图中：101-透明玻璃基板，102-透明导电膜，103-纳米晶ZnO薄膜，104-纳米晶多孔TiO2薄膜。具体实施方式：

[0014] 实施例1

[0015] 一种染料敏化太阳能电池光阳极，依次由透明导电基板、致密的纳米晶ZnO薄膜和纳米晶多孔TiO2薄膜构成，所述的透明导电基板是指沉积有透明导电膜的透明玻璃基板。

[0016] 参见附图所示，该光阳极依次由透明玻璃基板101、透明导电膜102、致密的纳米晶ZnO薄膜103、纳米晶多孔TiO2薄膜104组成。

[0017] 染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法：

[0018] 通过喷雾热解、或溶胶-凝胶、或磁控溅射、或化学气相沉积、或脉冲激光沉积方法，在透明玻璃基板101上沉积透明导电膜102形成透明导电基板；所述的透明导电膜是指掺锡氧化铟(ITO)薄膜。

[0019] 将醋酸锌、乙二醇甲醚和单乙醇胺在50℃混合成均匀的溶胶，溶胶中醋酸锌浓度为0.3mol/L且单乙醇胺和醋酸锌的物质的量的比为1∶1，通过计算可以得出需要加入的乙二醇甲醚的量；通过浸渍-提拉、或者旋转涂膜方法，将以上溶胶涂覆在透明导电膜102，然后在80℃烘干固化，随后经过室温至550℃烧结4.5h制成纳米晶ZnO薄膜103，厚度为300纳米。

[0020] 通过丝网印刷，将纳米TiO2粉体、乙基纤维素和松油醇混合的浆料涂覆在纳米晶ZnO薄膜103上，经过室温至500℃烧结2～3h制成纳米晶多孔TiO2薄膜104，厚度为30微米。其中，纳米TiO2粉体百分比含量为30％，乙基纤维素和松油醇百分比含量为70％，乙基纤维素和松油醇的质量比为1∶12。

[0021] 实施例2

[0022] 一种染料敏化太阳能电池光阳极，依次由透明导电基板、致密的纳米晶ZnO薄膜和纳米晶多孔TiO2薄膜构成，所述的透明导电基板是指沉积有透明导电膜的透明玻璃基板。

[0023] 参见附图所示，该光阳极依次由透明玻璃基板101、透明导电膜102、致密的纳米晶ZnO薄膜103、纳米晶多孔TiO2薄膜104组成。

[0024] 染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法：

[0025] 通过喷雾热解、或溶胶-凝胶、或磁控溅射、或化学气相沉积、或脉冲激光沉积方法，在透明玻璃基板101上沉积透明导电膜102形成透明导电基板；所述的透明导电膜是指掺氟氧化锡(FTO)薄膜。

[0026] 将醋酸锌、乙二醇甲醚和单乙醇胺在50℃混合成均匀的溶胶，溶胶中醋酸锌浓度为0.5mol/L且单乙醇胺和醋酸锌的物质的量的比为1∶1，通过计算可以得出需要加入的乙二醇甲醚的量；通过浸渍-提拉、或者旋转涂膜方法，将以上溶胶涂覆在透明导电膜102，然后在80℃烘干固化，随后经过室温至550℃烧结4.5h制成纳米晶ZnO薄膜103，厚度为100纳米。

[0027] 通过丝网印刷，将纳米TiO2粉体、乙基纤维素和松油醇混合的浆料涂覆在纳米晶ZnO薄膜103上，经过室温至500℃烧结2～3h制成纳米晶多孔TiO2薄膜104，厚度为5微米。其中，纳米TiO2粉体百分比含量为18％，乙基纤维素和松油醇百分比含量为82％，乙基纤维素和松油醇的质量比为1∶9。

[0028] 实施例3

[0029] 一种染料敏化太阳能电池光阳极，依次由透明导电基板、致密的纳米晶ZnO薄膜和纳米晶多孔TiO2薄膜构成，所述的透明导电基板是指沉积有透明导电膜的透明玻璃基板。

[0030] 参见附图所示，该光阳极依次由透明玻璃基板101、透明导电膜102、致密的纳米晶ZnO薄膜103、纳米晶多孔TiO2薄膜104组成。

[0031] 染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法：

[0032] 通过喷雾热解、或溶胶-凝胶、或磁控溅射、或化学气相沉积、或脉冲激光沉积方法，在透明玻璃基板101上沉积透明导电膜102形成透明导电基板；所述的透明导电膜是指掺铝氧化锌(ZAO)薄膜。

[0033] 将醋酸锌、乙二醇甲醚和单乙醇胺在50℃混合成均匀的溶胶，溶胶中醋酸锌浓度为0.8mol/L且单乙醇胺和醋酸锌的物质的量的比为1∶1，通过计算可以得出需要加入的乙二醇甲醚的量；通过浸渍-提拉、或者旋转涂膜方法，将以上溶胶涂覆在透明导电膜102，然后在80℃烘干固化，随后经过室温至550℃烧结4.5h制成纳米晶ZnO薄膜103，厚度为600纳米。

[0034] 通过丝网印刷，将纳米TiO2粉体、乙基纤维素和松油醇混合的浆料涂覆在纳米晶ZnO薄膜103上，经过室温至500℃烧结2～3h制成纳米晶多孔TiO2薄膜104，厚度为50微米。其中，纳米TiO2粉体百分比含量为36％，乙基纤维素和松油醇百分比含量为64％，乙基纤维素和松油醇的质量比为1∶15。