光阳极的制备方法、光阳极和染料敏化太阳能电池

摘要

本申请提供一种光阳极的制备方法、光阳极和染料敏化太阳能电池，该方法包括：在第一水热反应釜中加入去离子水和稀盐酸，并缓慢滴加异丙醇钛得到第一混合溶液，并将FTO导电玻璃放入第一混合溶液中进行水热反应，降温到室温后取出FTO导电玻璃，将烘干后的FTO导电玻璃进行烧结处理，并降温到室温得到第一光阳极，在第二水热反应釜中加入乙二醇溶液，并在乙二醇溶液中加入钛酸四丁酯，并搅拌后加入氢氟酸和醋酸，并搅拌得到第二混合溶液；将第一光阳极加入第二混合溶液中进行水热反应，并降温到室温后，用去离子水冲洗烘干取出的FTO导电玻璃得到第二光阳极，以解决现有的染料敏化太阳能电池电子传输特性和光散射能力较差且比表面积不高的技术问题。

权利要求

1.一种光阳极的制备方法，其特征在于，包括：

在第一水热反应釜中加入去离子水和稀盐酸并搅拌，并缓慢滴加异丙醇钛得到第一混合溶液，并搅拌；

将FTO导电玻璃放入所述第一混合溶液，在180℃-210℃下水热反应2～6小时，自然降温到室温后取出所述FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干；

将烘干后的FTO导电玻璃进行烧结处理，并自然降温到室温得到第一光阳极；

在第二水热反应釜中加入乙二醇溶液，并在所述乙二醇溶液中逐滴加入钛酸四丁酯，并缓慢的搅拌，搅拌后加入氢氟酸和醋酸，并继续缓慢的搅拌得到第二混合溶液；

将所述第一光阳极加入所述第二混合溶液中，在160℃-200℃下水热反应2～6小时，并自然降温到室温后，取出FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干得到第二光阳极。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去离子水的体积为30mL，所述稀盐酸的体积为30mL，所述稀盐酸的浓度为36.5％-38％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异丙醇钛的体积为0.5mL-0.9mL。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛酸四丁酯的体积为0.9mL-1.5mL。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸的体积为0.4mL-0.8mL；所述醋酸的体积为2mL-5mL。

6.一种光阳极，其特征在于，包括上述权利要求1至5任一项所述的光阳极的制备方法制备的第二光阳极。

7.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括权利要求6所述的光阳极。

说明书

光阳极的制备方法、光阳极和染料敏化太阳能电池

技术领域

[0001] 本申请涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种光阳极的制备方法、光阳极和染料敏化太阳能电池。

背景技术

[0002] 能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭，无污染洁净的天然绿色能源而成为最有希望的能源之一。目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池，但硅系电池原料成本高，生产工艺复杂，效率提高潜力有限，其光电转换效率的理论极限值为30％，限制了其民用化，急需开发低成本的太阳能电池。

[0003] 1991年瑞士学者 等在Nature上发表文章，提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜为光阳极的太阳能电池，其具有制作简单、成本低廉、效率高和寿命长等优点，光电转换效率目前可以达到12％以上，因此成为新一代太阳能电池的主要研究方向。

[0004] 二氧化钛纳米晶光阳极薄膜是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，其承载着染料的吸附，电子的传输和对入射光的散射等任务。二氧化钛纳米晶的高比表面积、光散射能力以及良好的电子传输特性一直是染料敏化太阳能电池光阳极材料所追求的目标，有着广泛的发展前景。主要制备方式包括：水热合成法、气相沉积法、溶胶—凝胶法、水解沉淀法等。

[0005] 但是，现有的制备方法制得的染料敏化太阳能电池，电子传输特性和光散射能力较差且比表面积不高。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本申请提供一种光阳极的制备方法、光阳极和染料敏化太阳能电池，以解决现有的染料敏化太阳能电池电子传输特性和光散射能力较差且比表面积不高的技术问题。

[0007] 具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

[0008] 第一方面，提供一种光阳极的制备方法，包括：在第一水热反应釜中加入去离子水和稀盐酸并搅拌，并缓慢滴加异丙醇钛得到第一混合溶液，并搅拌；将FTO导电玻璃放入所述第一混合溶液，在180℃-210℃下水热反应2～6小时，自然降温到室温后取出所述FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干；将烘干后的FTO导电玻璃进行烧结处理，并自然降温到室温得到第一光阳极；在第二水热反应釜中加入乙二醇溶液，并在所述乙二醇溶液中逐滴加入钛酸四丁酯，并缓慢的搅拌，搅拌后加入氢氟酸和醋酸，并继续缓慢的搅拌得到第二混合溶液；将所述第一光阳极加入所述第二混合溶液中，在160℃-200℃下水热反应2～6小时，并自然降温到室温后，取出FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干得到第二光阳极。

[0009] 第二方面，提供一种光阳极，包括上述光阳极的制备方法制备的第二光阳极。

[0010] 第三方面，提供一种染料敏化太阳能电池，包括上述光阳极。

[0011] 采用上述方法，在第一水热反应釜中加入去离子水和稀盐酸并搅拌，并缓慢滴加异丙醇钛得到第一混合溶液，并搅拌；将FTO导电玻璃放入所述第一混合溶液，在180℃-210℃下水热反应2～6小时，自然降温到室温后取出所述FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干；将烘干后的FTO导电玻璃进行烧结处理，并自然降温到室温得到第一光阳极；在第二水热反应釜中加入乙二醇溶液，并在所述乙二醇溶液中逐滴加入钛酸四丁酯，并缓慢的搅拌，搅拌后加入氢氟酸和醋酸，并继续缓慢的搅拌得到第二混合溶液；将所述第一光阳极加入所述第二混合溶液中，在160℃-200℃下水热反应2～6小时，并自然降温到室温后，取出FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干得到第二光阳极，该第二光阳极可以有效地增强对入射光的散射能力，提高了电子的传输效率，此外，该第二光阳极还可以增加在染料吸附状态下对太阳光的捕获吸收能力，因此通过该第二光阳极得到的染料敏化太阳能电池，大大提高了染料敏化太阳电池的光电流密度和光电转换效率，从而解决了现有的染料敏化太阳能电池电子传输特性和光散射能力较差且比表面积不高的技术问题。

附图说明

[0012] 图1是本申请一示例性实施例示出的一种光阳极的制备方法的流程示意图；

[0013] 图2是本申请一示例性实施例示出的一种第一光阳极和第二光阳极的光散射谱；

[0014] 图3是本申请一示例性实施例示出的一种短路电流密度-电压曲线(J-V)图；

[0015] 图4是本申请一示例性实施例示出的一种入射单色光子-电子转化效率(IPCE)图；

[0016] 图5是本申请一示例性实施例示出的一种强度调制光电压/电流谱(IMVS/IMPS)。

具体实施方式

[0017] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0018] 在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

[0019] 图1为本发明实施例提供的一种光阳极的制备方法，如图1所示，包括：

[0020] S101、在第一水热反应釜中加入去离子水和稀盐酸并搅拌，并缓慢滴加异丙醇钛得到第一混合溶液，并搅拌。

[0021] 其中，该去离子水的体积为30mL，该稀盐酸的体积为30mL，该稀盐酸的浓度为36.5％-38％，该异丙醇钛的体积为0.5mL-0.9mL。

[0022] S102、将FTO导电玻璃放入该第一混合溶液，在180℃-210℃下水热反应2～6小时，自然降温到室温后取出该FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干。

[0023] S103、将烘干后的FTO导电玻璃进行烧结处理，并自然降温到室温得到第一光阳极。

[0024] S104、在第二水热反应釜中加入乙二醇溶液，并在该乙二醇溶液中逐滴加入钛酸四丁酯，并缓慢的搅拌，搅拌后加入氢氟酸和醋酸，并继续缓慢的搅拌得到第二混合溶液。

[0025] 其中，该钛酸四丁酯的体积为0.9mL-1.5mL，该氢氟酸的体积为0.4mL-0.8mL；该醋酸的体积为2mL-5mL。

[0026] S105、将该第一光阳极加入该第二混合溶液中，在160℃-200℃下水热反应2～6小时，并自然降温到室温后，取出FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干得到第二光阳极。

[0027] 本实施例还提供一种优选的制备方法，具体地，在100mL的第一水热反应釜当中加入30mL去离子水和30mL稀盐酸(浓度：36.5-38％)，并搅拌5分钟；随后，缓慢滴加0.5mL-0.9mL的异丙醇钛，并搅拌5分钟得到第一混合溶液，将FTO导电玻璃加入第一混合溶液中，在180～210℃条件下，水热反应2～6小时，并自然降温到室温后打开第一水热反应釜，取出FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干，并将烘干后的FTO导电玻璃在450℃条件下烧结2小时，升温速率为2℃/min，自然降温到室温，得到第一光阳极；在第二水热反应釜中加入
25.5mL的乙二醇溶液，随后滴加0.9mL-1.5mL的钛酸四丁酯，并缓慢的搅拌10分钟，并相继滴加0.4mL-0.8mL氢氟酸(HF)和2mL-5mL醋酸(HAc)并缓慢的搅拌10分钟得到第二混合溶液，并将第一光阳极加入该第二混合溶液中，在160～200℃条件下，水热反应2～6小时，自然降温到室温后打开水热釜反应釜，取出FTO导电玻璃，用去离子水反复冲洗，烘干，得到第二光阳极。

[0028] 其中，由图2可知，第二光阳极相比于第一光阳极随着波长的增加，具有更好的反射率。

[0029] 本发明实施例提供一种光阳极，该光阳极可以是通过上述步骤S101至步骤S105制得的第二光阳极。

[0030] 通过上述方法制备的第二光阳极可以有效地增强对入射光的散射能力，提高了电子的传输效率，此外，该第二光阳极还可以增加在染料吸附状态下对太阳光的捕获吸收能力，因此通过该第二光阳极得到的染料敏化太阳能电池，大大提高了染料敏化太阳电池的光电流密度和光电转换效率，从而解决了现有的染料敏化太阳能电池电子传输特性和光散射能力较差且比表面积不高的技术问题。

[0031] 本发明实施例还提供一种染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池包括上述第二光阳极。

[0032] 具体地，将第二光阳极放入80℃烘箱当中，放置20分钟后取出，随即放入浓度为5×10-4mol/L的N719染料当中，其中，用100％无水乙醇作为染料溶剂，浸泡12小时；在染料浸泡完毕后，取出第二光阳极，用洗耳球或者氮气吹干，放入40℃烘箱当中，从烘箱取出第二光阳极，组装成染料敏化太阳能电池。

[0033] 下面，分别对由第一光阳极组成的染料敏化太阳能电池1和由本实施例制备得到的第二光阳极组成的染料敏化太阳能电池2依次进行电流密度-电压曲线(J-V)测试，入射单色光子-电子转化效率(IPCE)测试，强度调制光电压/电流谱(IMVS/IMPS)测试的说明：

[0034] 由图3至图5可以看出，与第一光阳极组装成的电池1(即染料敏化太阳能电池1)相比，由第二光阳极组装得到的电池2(即染料敏化太阳能电池2)均具有更好的光电性能(J-V，IPCE，IMVS/IMPS)，其中，第二光阳极组装得到的染料敏化太阳能电池2转化效率达到5.01％，短路电流密度达到10.12mA cm-2，与第一光阳极相比，光电转换效率提高42％的比例。

[0035] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。