一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

摘要

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，包括沉积在透明导电玻璃上的二氧化钛纳米多孔薄膜和染料单分子层，所述染料单分子层上沉积纳米二氧化硅阻挡层，纳米二氧化硅阻挡层上吸附第二层染料单分子层，构成染料敏化太阳能电池光阳极；由于在染料敏化的纳米晶多孔薄膜与电解质之间形成阻挡层，有效抑制了薄膜中电子向电解质的反向复合，使反应向有利于电子转移的方向进行，并通过在纳米二氧化硅表面的再次敏化，增加了染料吸附量，从而改善了整个染料敏化太阳能电池的光电转化性能。本发明中制备染料敏化太阳能电池光阳极的方法反应条件温和、操作简单、安全可靠。

权利要求

1.一种染料敏化太阳能电池光阳极，包括沉积在透明导电玻璃上的二氧化钛纳米多孔薄膜和染料单分子层，其特征在于，所述染料单分子层上沉积纳米二氧化硅阻挡层，纳米二氧化硅阻挡层上吸附第二层染料单分子层，构成染料敏化太阳能电池光阳极。

2.权利要求1所述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括下述步骤：-5

(1)将颗粒尺寸为10～50nm，厚度为10～50μm的二氧化钛纳米多孔薄膜放入10 ～-3

10 mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1～24小时，用无水乙醇冲洗后晾干；

(2)将上述染料敏化后的纳米多孔薄膜放入体积比为1∶10～1∶50的正硅酸乙酯和环己烷的混合溶液中，按混合溶液体积的1％～5％加入表面活性剂，混合均匀后浸泡20～

60分钟，按正硅酸乙酯体积的40％～70％加入氨水，室温浸泡1～12小时，反应沉积一层纳米二氧化硅层；

-5 -3

(3)将上述步骤修饰后所得到的纳米多孔薄膜在10 ～10 mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1～24小时，用无水乙醇冲洗后晾干，即形成染料敏化太阳能电池光阳极。

3.根据权利要求2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：所述表面活性剂为非离子表面活性剂TritonX-100。

4.根据权利要求2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：所述染料为顺式二(硫氰酸根)-二(4，4-二羧酸-2，2-联吡啶)合钌N3或其衍生物N719染料。

说明书

一种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，尤其是涉及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] 随着全球性能源危机日益严重，人们迫切希望可以找到一种可持续发展的清洁能源。太阳能作为一种取之不尽的天然能源，日益受到世界各国的关注。染料敏化太阳能电池与传统硅太阳能电池相比，成本低廉，制作简单，成为各国学者研究的热点。

[0003] 染料敏化纳米薄膜太阳电池电池主要由以下几部分依次组成：透明导电玻璃、纳米TiO2多孔薄膜、染料敏化层、电解质和对电极。染料敏化太阳电池的工作原理为：染料敏化层的染料分子吸收太阳光后从基态跃迁到激发态；激发态染料的电子迅速注入到纳米半导体的导带中；随后扩散至导电基底，经外回路转移至对电极；处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；氧化态的电解质在对电极接受电子被还原，从而完成了电子输运的一个循环过程。

[0004] 在这些过程中，伴随着两个背反应：注入到半导体导带中的电子和氧化态染料或电解质中电子受体的复合反应。其中导带电子被电解质中的氧化成分捕获是染料敏化太阳能电池中电子损失的主要途径。发明内容：

[0005] 为了减少TiO2/染料/电解质界面上的电子复合，进一步提高染料敏化太阳能电池的光电性能，本发明的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池光阳极。

[0006] 本发明的另一目的是提供一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

[0007] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

[0008] 一种染料敏化太阳能电池光阳极，包括沉积在透明导电玻璃上的二氧化钛纳米多孔薄膜和染料单分子层，所述染料单分子层上沉积纳米二氧化硅阻挡层，纳米二氧化硅阻挡层上吸附第二层染料单分子层，构成染料敏化太阳能电池光阳极。

[0009] 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括下述步骤：

[0010] (1)将颗粒尺寸为10～50nm，厚度为10～50μm的二氧化钛纳米多孔薄膜放入-5 -310 ～10 mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1～24小时，用无水乙醇冲洗后晾干。

[0011] (2)将上述染料敏化后的纳米多孔薄膜放入体积比为1∶10～1∶50的正硅酸乙酯和环己烷的混合溶液中，按混合溶液体积的1％～5％加入表面活性剂，混合均匀后浸泡20～60分钟，按正硅酸乙酯体积的40％～70％加入氨水，室温浸泡1～12小时，反应沉积一层纳米二氧化硅层；

[0012] (3)将上述步骤修饰后所得到的纳米多孔薄膜在10-5～10-3mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1～24小时，用无水乙醇冲洗后晾干，即形成染料敏化太阳能电池光阳极。

[0013] 所述表面活性剂为非离子表面活性剂TritonX-100。

[0014] 所述染料为顺式二(硫氰酸根)-二(4，4-二羧酸-2，2-联吡啶)合钌(N3)及其衍生物N719染料。

[0015] 相对于现有技术，本发明的有益效果在于：在染料敏化的纳米晶多孔薄膜与电解质之间形成阻挡层，有效抑制了薄膜中电子向电解质的反向复合，使反应向有利于电子转移的方向进行，并通过在纳米二氧化硅表面的再次敏化，增加了染料吸附量，从而改善了整个染料敏化太阳能电池的光电转化性能。本发明中制备染料敏化太阳能电池光阳极的方法反应条件温和、操作简单、安全可靠。附图说明：

[0016] 图1为本发明染料敏化太阳能电池光阳极及电池装置的结构图。

[0017] 图中：1、透明导电玻璃；2、纳米TiO2多孔薄膜；3、染料单分子层；4、纳米SiO2阻挡层；5、第二层染料单分子层；6、电解质(碘/碘化锂)；7、对电极。具体实施方式：

[0018] 如图1所示，一种染料敏化太阳能电池光阳极，包括沉积在透明导电玻璃1上的纳米二氧化钛多孔薄膜2和染料单分子层3，所述染料单分子层3上沉积纳米二氧化硅阻挡层4，纳米二氧化硅阻挡层4上吸附第二层染料单分子层5，构成染料敏化太阳能电池光阳极。
采用碘/碘化锂电解质6，镀铂的导电玻璃作为对电极7，组装成电池。

[0019] 染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括下述步骤：

[0020] (1)将颗粒尺寸为10～50nm，厚度为10～50μm的二氧化钛纳米多孔薄膜放入-5 -310 ～10 mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1～24小时，用无水乙醇冲洗后晾干。

[0021] (2)将上述染料敏化后的纳米多孔薄膜放入体积比为1∶10～1∶50的正硅酸乙酯和环己烷的混合溶液中，按混合溶液体积的1％～5％加入表面活性剂，混合均匀后浸泡20～60分钟，按正硅酸乙酯体积的40％～70％加入氨水，室温浸泡1～12小时，反应沉积一层纳米二氧化硅层；

[0022] (3)将上述步骤修饰后所得到的纳米多孔薄膜在10-5～10-3mol/L染料的乙醇溶液中浸泡1～24小时，用无水乙醇冲洗后晾干，即形成染料敏化太阳能电池光阳极。

[0023] 所述表面活性剂为非离子表面活性剂Triton X-100。

[0024] 所述染料为顺式二(硫氰酸根)-二(4，4-二羧酸-2，2-联吡啶)合钌(N3)及其衍生物N719染料。

[0025] 下面通过实施例对染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法作进一步说明：

[0026] 实施例一

[0027] 将颗粒尺寸为10nm，厚度为10μm的TiO2多孔薄膜在3.5×10-3mol/L的N3乙醇溶液中浸泡12小时后，用无水乙醇洗涤后晾干，再放入体积比为1∶50的正硅酸乙酯和环己烷的混合溶液中，按混合溶液体积的5％加入表面活性剂TritonX-100，混合均匀后浸泡20分钟，按正硅酸乙酯体积的70％加入氨水，室温浸泡1小时，然后用丙酮洗涤，干燥。将-3
修饰后的纳米多孔薄膜在3.5×10 mol/L的N3乙醇溶液中浸泡12小时后，取出晾干，即形成染料敏化太阳能电池光阳极，采用碘/碘化锂电解质，镀铂的导电玻璃作为对电极，组装成电池。

[0028] 实施例二

[0029] 将颗粒尺寸为20nm，厚度为50μm TiO2多孔薄膜在3.5×10-5mol/L的N3乙醇溶液中浸泡1小时后，取出晾干，再放入体积比为1∶10的正硅酸乙酯和环己烷的混合溶液中，按混合溶液体积的1％加入表面活性剂TritonX-100，混合均匀后浸泡60分钟，按正硅酸乙酯体积的40％加入氨水，室温浸泡6小时，然后用丙酮洗涤，干燥。将修饰后的纳米多-5孔薄膜在3.5×10 mol/L的N3乙醇溶液中浸泡1小时后，取出晾干，即形成染料敏化太阳能电池光阳极，采用碘/碘化锂电解质，镀铂的导电玻璃作为对电极，组装成电池。

[0030] 实施例三

[0031] 将颗粒尺寸为50nm，厚度为30μm的TiO2多孔薄膜在3.5×10-4mol/L的染料的有机溶液中浸泡24小时后，取出晾干，再放入体积比为1∶30的正硅酸乙酯和环己烷的混合溶液中，按混合溶液体积的2.5％加入表面活性剂TritonX-100，混合均匀后浸泡30分钟，按正硅酸乙酯体积的50％加入氨水，室温浸泡12小时，然后用丙酮洗涤，干燥。将修饰过的-4多孔薄膜在3.5×10 mol/L的染料的有机溶液中浸泡24小时后，取出晾干，即形成染料敏化太阳能电池光阳极，采用碘/碘化锂电解质，镀铂的导电玻璃作为对电极，组装成电池。