一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法

摘要

本发明公开了一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，该方法通过合成了melem材料，首次采用melem材料对纳米晶半导体光阳极进行微量掺杂以调节半导体能带宽度，并增强吸光能力及范围，从而吸收更多的太阳光子，获得高效的电荷分离效率，最终达到显著提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的目的。

权利要求

1.一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，应用物理法将melem材料掺杂到光阳极材料中，或者原位生长一层melem在光阳极表面；

所述melem的制备方法如下：

S1、将三聚氰胺分散于超纯水中并超声30-60min，得分散液，再将分散液加热到100-

150℃至水分蒸发得固体颗粒；

S2、将固体颗粒在马弗炉中于250-350℃下煅烧1-2h，所得产物先后用超纯水和乙腈洗涤，60-75℃下干燥1-2h，得到所述melem。

2.根据权利要求1所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述分散液浓度为0.5-2mg/ml。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，使用粒径1-50nm半导体作为电子传输层材料，使用粒径40-1000nm半导体作为散射层材料。

4.根据权利要求3所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，melem与半导体的质量百分比为0.1-1%。

5.根据权利要求4所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述半导体选自TiO2、SnO2、ZnO、LaTiO3、Nb2O5、In2O3、Zn2SnO4、Fe2O3或CdS中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤(1)、制备melem材料；步骤(2)、制备掺杂melem的半导体浆料；步骤(3)、采用步骤(2)掺杂melem的半导体浆料制备染料敏化太阳能电池。

7.根据权利要求5所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，当用SnO2做光阳极时，包括以下步骤：利用硫酸锡制备SnO2浆液；称取乙醇倒入乙基纤维素中，搅拌得液态乙基纤维素；取松油醇和液态乙基纤维素加入到SnO2浆液中，然后将其浓缩至粘稠状；取粘稠状SnO2放入研钵中，加入一定量的melem粉末充分研磨均匀；采用刮涂法涂抹掺杂melem的SnO2浆料，并于300～550℃煅烧10～200分钟，制得太阳能电池光阳极。

8.根据权利要求6或7所述的一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，每30ml乙醇对应0.5～15g乙基纤维素；硫酸锡：松油醇：液态乙基纤维素的用量比例关系为1～50ml：1～200ml：1～200ml。

说明书

一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法。

背景技术

[0002] 太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，研发太阳能电池通过光电转换技术将太阳能直接转换成电能是太阳能最有效的利用方式之一。染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其工艺简单、成本低廉、光电转换效率高、绿色环保、寿命长等优良性能，有着良好的应用前景和市场潜力，近年受到很大关注并取得一定进展。然而目前，DSSC的研究中还存在一些亟待解决的重要问题,尤其是光电转换效率的进一步提高。在过去的十年里，许多出版物都讨论了氮化碳材料的制备，Melem(C6N7(NH2)3)是最常见和最重要的三嗪类衍生物，广泛应用于光催化剂、有机电子和发光器件领域。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，该方法通过合成了melem材料，首次采用melem材料对纳米晶半导体光阳极进行微量掺杂以调节半导体能带宽度，并增强吸光能力及范围，从而吸收更多的太阳光子，获得高效的电荷分离效率，最终达到显著提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的目的。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，应用物理法将melem材料掺杂到光阳极材料中，或者原位生长一层melem材料在光阳极表面。

[0006] 作为优选，所述melem的制备方法如下：

[0007] S1、将三聚氰胺分散于超纯水中并超声30-60min，得分散液，再将分散液加热到100-150℃至水分蒸发得固体颗粒；

[0008] S2、将固体颗粒在马弗炉中于250-350℃下煅烧1-2h，所得产物先后用超纯水和乙腈洗涤，60-75℃下干燥1-2h，得到所述melem。

[0009] 作为优选，所述分散液浓度为0.5-2mg/ml。

[0010] 作为优选，使用粒径1-50nm半导体作为电子传输层材料，使用粒径40-1000nm半导体作为散射层材料。

[0011] 作为优选，melem与半导体的质量百分比为0.1-1％。作为优选，所述半导体选自TiO2、SnO2、ZnO、LaTiO3、Nb2O5、In2O3、Zn2SnO4、Fe2O3或CdS中的任意一种。

[0012] 作为优选，所述方法包括以下步骤：步骤(1)、制备melem材料；步骤(2)、制备掺杂melem的半导体浆料；步骤(3)、采用步骤(2)掺杂melem的半导体浆料制备染料敏化太阳能电池。

[0013] 作为优选，当用SnO2做光阳极时，包括以下步骤：利用硫酸锡制备SnO2浆液；称取乙醇倒入乙基纤维素中，搅拌得液态乙基纤维素；取松油醇和液态乙基纤维素加入到SnO2浆液中，然后将其浓缩至粘稠状；取粘稠状SnO2放入研钵中，加入一定量的melem粉末充分研磨均匀；采用刮涂法涂抹掺杂melem的SnO2浆料，并于300～550℃煅烧10～200分钟，制得太阳能电池光阳极。

[0014] 作为优选，每30ml乙醇对应0.5～15g乙基纤维素；硫酸锡：松油醇：液态乙基纤维素的用量比例关系为1～50ml：1～200ml：1～200ml。通过melem微量掺杂纳米半导体光阳极，增强光阳极膜对可以见光的吸收；增大光阳极膜的比表面积，有效提高染料分子的负载量；同时大颗粒的melem材料增强光阳极膜的散射能力，增强光程，实现协同提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率的目的

[0015] 本发明具有以下有益效果：

[0016] (1)本发明中使用的制备工艺简单，采用物理方法将melem与SnO2掺杂，制备过程无副产物，绿色环保。

[0017] (2)本发明通过melem的加入，可产生共敏效应，增强光吸收强度，提高太阳光利用率。

[0018] (3)本发明通过melem掺杂能调节SnO2能带，增加了光阳极对可见光的响应能力，提高光生电子，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

[0019] (4)本发明通过melem的掺杂，增加光阳极比表面积，可吸收更多染料，有利于太阳光的吸收。

附图说明

[0020] 图1为melem实物图：(a)洗涤前；(b)洗涤后。

[0021] 图2为melem核磁共振图谱。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。本发明所用试剂均为常规实验或市购所得。

[0023] 实施例1：

[0024] 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

[0025] (1)制备melem材料：将三聚氰胺分散于超纯水中并超声30min，得浓度为0.5mg/ml分散液，再将分散液加热到100℃至水分蒸发得固体颗粒；将固体颗粒在马弗炉中于250℃下煅烧2h，所得产物先后用超纯水和乙腈洗涤，60℃下干燥2h，得到所述melem；

[0026] (2)制备掺杂melem的半导体浆料：利用硫酸锡制备得到SnO2浆液，称取30ml乙醇倒入0.9988g乙基纤维素中，搅拌2小时得液态乙基纤维素；取松油醇和乙基纤维素各15ml加入到SnO2浆液，使用旋转蒸发仪将其浓缩至粘稠状；称取1gSnO2浆料和0.0g melem粉末放入研钵中，充分研磨均匀,制得melem质量分数0.0％的复合物；

[0027] (3)制备染料敏化太阳能电池：

[0028] 采用刮涂法涂抹掺杂melem的SnO2浆料，并于300℃煅烧200分钟，制得太阳能电池光阳极；采用氯铂酸热解法制得对电极；采用热封机进行电池封装，工艺参数为：压力0.3MPa、温度100℃、时间为1分钟；注入液态电解质并封孔，进行光电性能测试，测得其光电转换效率为16.2％。

[0029] 实施例2：

[0030] 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

[0031] (1)制备melem材料：将三聚氰胺分散于超纯水中并超声60min，得浓度为2mg/ml分散液，再将分散液加热到150℃至水分蒸发得固体颗粒；将固体颗粒在马弗炉中于350℃下煅烧1h，所得产物先后用超纯水和乙腈洗涤，75℃下干燥1h，得到所述melem；

[0032] (2)制备掺杂melem的半导体浆料：利用硫酸锡制备得到SnO2浆液，称取30ml乙醇倒入0.5g乙基纤维素中，搅拌2小时得液态乙基纤维素；取松油醇和乙基纤维素各15ml加入到SnO2浆液，使用旋转蒸发仪将其浓缩至粘稠状；称取1gSnO2浆料和0.001g melem粉末放入研钵中，充分研磨均匀,制得melem质量分数0.1％的复合物；

[0033] (3)制备染料敏化太阳能电池：

[0034] 采用刮涂法涂抹掺杂melem的SnO2浆料，并于550℃煅烧10分钟，制得太阳能电池光阳极；采用氯铂酸热解法制得对电极；采用热封机进行电池封装，工艺参数为：压力0.3MPa、温度100℃、时间为1分钟；注入液态电解质并封孔，进行光电性能测试，测得其光电转换效率为18.6％。

[0035] 实施例3：

[0036] 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

[0037] (1)制备melem材料：将三聚氰胺分散于超纯水中并超声40min，得浓度为1mg/ml分散液，再将分散液加热到130℃至水分蒸发得固体颗粒；将固体颗粒在马弗炉中于300℃下煅烧1-2h，所得产物先后用超纯水和乙腈洗涤，70℃下干燥1.3h，得到所述melem；

[0038] (2)制备掺杂melem的半导体浆料：利用硫酸锡制备得到SnO2浆液，称取25ml乙醇倒入13g乙基纤维素中，搅拌2小时得液态乙基纤维素；取松油醇和乙基纤维素各15ml加入到SnO2浆液，使用旋转蒸发仪将其浓缩至粘稠状；称取1gSnO2浆料和0.01g melem粉末放入研钵中，充分研磨均匀,制得melem质量分数1％的复合物；

[0039] (3)制备染料敏化太阳能电池：

[0040] 采用刮涂法涂抹掺杂melem的SnO2浆料，并于500℃煅烧40分钟，制得太阳能电池光阳极；采用氯铂酸热解法制得对电极；采用热封机进行电池封装，工艺参数为：压力0.3MPa、温度100℃、时间为1分钟；注入液态电解质并封孔，进行光电性能测试，测得其光电转换效率为19％。

[0041] 实施例4：

[0042] 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

[0043] (1)制备melem材料：将三聚氰胺分散于超纯水中并超声55min，得浓度为1.4mg/ml分散液，再将分散液加热到120℃至水分蒸发得固体颗粒；将固体颗粒在马弗炉中于330℃下煅烧1.8h，所得产物先后用超纯水和乙腈洗涤，68℃下干燥1.8h，得到所述melem；

[0044] (2)制备掺杂melem的半导体浆料：利用硫酸锡制备得到SnO2浆液，称取25ml乙醇倒入11g乙基纤维素中，搅拌2小时得液态乙基纤维素；取松油醇和乙基纤维素各15ml加入到SnO2浆液，使用旋转蒸发仪将其浓缩至粘稠状；称取1gSnO2浆料和0.005g melem粉末放入研钵中，充分研磨均匀,制得melem质量分数0.5％的复合物；

[0045] (3)制备染料敏化太阳能电池：

[0046] 采用刮涂法涂抹掺杂melem的SnO2浆料，并于450℃煅烧150分钟，制得太阳能电池光阳极；采用氯铂酸热解法制得对电极；采用热封机进行电池封装，工艺参数为：压力0.3MPa、温度100℃、时间为1分钟；注入液态电解质并封孔，进行光电性能测试，测得其光电转换效率为18.3％。

[0047] 选取实施例2及实施例3中所得melem材料进行元素分析及核磁共振测试，得到元素分析结果如表1所示以及核磁共振测试如图2所示。

[0048] 表1元素分析表：

[0049]