專利名稱：一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種通過對染料敏化太陽能電 池對電極非導(dǎo)電面進(jìn)行處理從而提高太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法。
背景技術(shù)：
新能源取代傳統(tǒng)能源發(fā)展趨勢已不可避免，其中對太陽能的利用已成為新能源 的發(fā)展熱點(diǎn)，太陽能電池技術(shù)正步入高速發(fā)展階段，薄膜電池由于其可以低成本大規(guī)模 生產(chǎn)，可能成為下一代主要的太陽能電池技術(shù)。近二十年發(fā)展起來的第三代太陽能電池 染料敏化太陽能電池與目前處于主導(dǎo)地位的晶體硅太陽能電池相比，其結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝 簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；制備生產(chǎn)工藝中無毒無污染，且成本較低，制備電池能 耗較少，能源回收周期短。染料敏化太陽能電池借鑒于植物光合作用理念，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。它是由納米半 導(dǎo)體多孔材料、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電基材構(gòu)成。染料分子通過 吸收太陽能被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴對即電子和激發(fā)態(tài)染料分子；電子迅速的被注入到 半導(dǎo)體導(dǎo)帶與空穴分離，空穴被傳輸至電解質(zhì)內(nèi)；通過導(dǎo)帶后瞬間在導(dǎo)電基底富集，再 經(jīng)外線路傳到對電極；失去電子處于被氧化的染料被電解質(zhì)還原即空穴傳遞，回到原來 的基態(tài)；被氧化的電解質(zhì)在對電極處接受電子被還原，完成一次電路循環(huán)。染料敏化太陽能電池理論光能轉(zhuǎn)換率最大值為31%，但目前已文獻(xiàn)報(bào)道的轉(zhuǎn)換 率僅達(dá)到12%左右，染料敏化太陽能電池對電極的電催化性能對整個(gè)電池的光電轉(zhuǎn)化率 有著重要的影響，現(xiàn)有的染料敏化太陽能電池的制備過程中使用透明導(dǎo)電玻璃做基底， 對電極為鉬電極，濺射的鉬厚度只有幾十納米幾乎透明，光入射后有相當(dāng)大的一部分光 通過光陽極后直接透過鉬對電極而沒有充分的利用，造成光能損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，濺射的鉬厚度幾乎透明，光入射后大部 分光通過光陽極后直接透過鉬對電極而沒有充分的利用，造成光能損失的問題，進(jìn)而提 供了 一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的染料敏化太陽能電池包括導(dǎo)電透明基底的第一 電極、設(shè)置在所述第一電極的一側(cè)上的光吸收層、吸附于光吸收層表面的染料敏化劑、 面對所述第一電極的第二電極，設(shè)置在所述第一電極和第二電極之間的電解液，在所述 第二電極的非導(dǎo)電表面上涂履顏料形成光散射層。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述涂覆顏料是指將顏料通過絲網(wǎng)印刷或者噴涂的方法涂履于 第二電極的非導(dǎo)電表面上。所述絲網(wǎng)印刷是指利用絲網(wǎng)印刷法將顏料覆蓋于所述第二電極的非導(dǎo)電表面 上，烘干后形成厚度在10 50 μ m之間的光散射層。所述噴涂是指利用噴涂法將顏料 均勻噴涂于所述第二電極的非導(dǎo)電表面上，烘干后形成厚度在10 50 μ m之間的光散射層。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光吸收層為14 16 μ m的TiO2納米透明層和400nm的TiO2
散射層。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述顏料為白色或者黃色。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明使用不同顏色的顏料涂覆于染料敏化太陽能 電池第二電極(對電極)導(dǎo)電玻璃基底的非導(dǎo)電表面形成厚度在10 50 μ m之間的光散 射層，不但有效防止光透過電池，而且能夠充分散射和吸收透過第一電極(光陽極)以 及第二電極的光，從而提高太陽能電池的光利用率，實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)化率的提高?，F(xiàn)有技術(shù) 中有采用10 200nm的光反射層，但這種納米級的膜層光散射能力較弱，不能較大幅度 地提高透過染料電池的那部分剩余陽光的利用率。經(jīng)過表面處理后的染料敏化太陽能電 池，根據(jù)其絲印不同顏色的顏料其光能轉(zhuǎn)化率明顯地不同，其中白色顏料效果最佳，黃 色顏料次之，光能轉(zhuǎn)化率最高提高26%。其中噴涂白色顏料的太陽能電池效果最佳。


通過下面結(jié)合附圖對其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得 更加清楚和容易理解。圖1為本發(fā)明的染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖標(biāo)號說明
1 一第一電極，101 —第一電極導(dǎo)電玻璃，102—摻氟SnO2導(dǎo)電層一，2 —光吸收 層，201 —納米透明TiO2膜層，202 - TiO2散射層，4 一電解質(zhì)，5 —染料敏化劑，3 — 第二電極，301 —第二電極導(dǎo)電玻璃，302 —摻氟SnO2導(dǎo)電層二，303 —鉬電極，304 —
光散射層。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1例示性地展示了本發(fā)明所述的染料敏化太陽能電池，它包括第 一電極1 (光陽極)，設(shè)置在第一電極1的一側(cè)上的光吸收層2，吸附于光吸收層2表面 的染料敏化劑5，相對第一電極1設(shè)置的第二電極3 (對電極)，設(shè)置在第一電極1和第 二電極3之間的電解液4，第一電極導(dǎo)電玻璃101的一側(cè)濺射有摻氟SnO2導(dǎo)電層一 102， 光吸收層2由依次涂履于摻氟SnO2導(dǎo)電層一 102上的納米透明TiO2膜層201和TiO2散 射層202構(gòu)成，第二電極導(dǎo)電玻璃301的一側(cè)依次濺射了摻氟SnO2導(dǎo)電層二 302和鉬電 極303，第二電極3的非導(dǎo)電表面上(即第二電極導(dǎo)電玻璃301的另一側(cè)，也是未濺射摻 氟SnO2導(dǎo)電層二 302和鉬電極303的一側(cè))涂履有不同顏料形成的光散射層304。下面，對本發(fā)明所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法進(jìn)行一 個(gè)詳細(xì)的描述。實(shí)施例一
步驟一對第一電極導(dǎo)電玻璃101進(jìn)行表面清洗，將其在超聲清洗器內(nèi)依次使用去 離子水、無水乙醇和丙酮清洗10分鐘，在烘干箱內(nèi)烘干后置于濃度為40 mmol/L的TiCl4 溶液中浸泡，水浴加熱至70°C下浸泡30分鐘后，取出烘干；
步驟二 將經(jīng)步驟一處理后的第一電極導(dǎo)電玻璃101進(jìn)行第一次熱處理，將其置于 氣氛爐內(nèi)，在325°C下保溫5 10分鐘后升至375°C保溫5 10分鐘，再升溫到450°C保溫10 15分鐘，最后將溫度升至500°C并保溫10 15分鐘，并對其一側(cè)濺射摻氟SnO2 導(dǎo)電層一 102得到第一電極1 ；
步驟三將已配制好的25nm TiO2料漿涂覆于第一電極1的摻氟SnO2導(dǎo)電層102 — 的上表面，通過均化、干燥工藝形成厚度為14 16 μ m的納米透明TiO2膜層201，在納 米透明TiO2膜層201之上再絲網(wǎng)印刷一層400nm TiO2散射層202形成光吸收層2 ；
步驟四將經(jīng)步驟三處理后的第一電極1置于40mmOl/L的TiCl4溶液中浸泡并烘 干，進(jìn)行第二次熱處理，即將第一電極1置于氣氛爐內(nèi)450°C下保溫30分鐘；
步驟五將第二電極導(dǎo)電玻璃301的一側(cè)依次濺射了摻氟SnO2導(dǎo)電層二 302和鉬電 極303得到的第二電極3與第一電極1對接，使用沙林膜進(jìn)行封裝，在真空環(huán)境中，注入 電解質(zhì)4，即Γ1/!:氧化還原對，使用沙林膜密封電解質(zhì)注入口，制得染料敏化太陽能電 池；
步驟六將顏料制漿，如在白色顏料中添加稀釋劑松香水，按4:1 7:1比例混合， 將制漿的不同顏料絲網(wǎng)印刷到經(jīng)步驟五得到的第二電極3的非導(dǎo)電表面上，控制絲印次 數(shù)，其中每刷一次依次經(jīng)過絲印、均化、干燥過程，并置于熱風(fēng)烘干箱內(nèi)，在70°C下烘 干24小時(shí)得到光散射層304，顏料膜層(即光散射層304)厚度調(diào)整在10-50 μ m內(nèi)。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于步驟六中使用噴槍，將不同顏色的顏料均勻地 噴涂于經(jīng)步驟五得到的第二電極3的非導(dǎo)電表面上，如白色涂料需要使用白色顏料與稀 釋劑松香水按比例2:1-5:1調(diào)配，并置于熱風(fēng)烘箱內(nèi)，在70°C下烘干24小時(shí)得到光散射 層304，經(jīng)過反復(fù)的噴涂和濕料的固化烘干使噴涂膜層(即光散射層304)厚度控制在 10-50 μ m。需要注意的是，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的 保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的， 并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，所述染料敏化太陽能電池包 括導(dǎo)電透明基底的第一電極(1)、設(shè)置在所述第一電極(1)的一側(cè)上的光吸收層(2)、吸附于光吸收層(2)表面的染料敏化劑(5)、面對所述第一電極(1)的第二 電極(3)，設(shè)置在所述第一電極(1)和第二電極(3)之間的電解液(4)，其特征在 于在所述第二電極(3)的非導(dǎo)電表面上涂履顏料形成光散射層(304)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，其特征在 于所述涂覆顏料是指將顏料通過絲網(wǎng)印刷或者噴涂的方法涂履于第二電極(3)的非 導(dǎo)電表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，其特征在 于所述絲網(wǎng)印刷是指利用絲網(wǎng)印刷法將顏料覆蓋于所述第二電極(3)的非導(dǎo)電表面 上，烘干后形成厚度在10 50 μ m之間的光散射層(304)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，其特征在 于所述噴涂是指利用噴涂法將顏料均勻噴涂于所述第二電極(3)的非導(dǎo)電表面上， 烘干后形成厚度在10 50 μ m之間的光散射層(304)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，其特征在 于所述光吸收層(2)為14 16 μ m的TiO2納米透明層(201)和400nm的TiO2散 射層(202)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，其特征在 于所述顏料為白色或者黃色。
全文摘要
一種提高染料敏化太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法，屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種通過對染料敏化太陽能電池對電極非導(dǎo)電面進(jìn)行處理從而提高太陽能電池光能轉(zhuǎn)化率的方法。本發(fā)明是為了解決光入射后大部分光通過光陽極后直接透過鉑對電極而沒有充分的利用，造成光能損失的問題。本發(fā)明染料敏化太陽能電池包括導(dǎo)電透明基底的第一電極、設(shè)置在所述第一電極的一側(cè)上的光吸收層、吸附于光吸收層表面的染料敏化劑、面對所述第一電極的第二電極，設(shè)置在所述第一電極和第二電極之間的電解液，在所述第二電極的非導(dǎo)電表面上涂履顏料形成光散射層。本發(fā)明適用于制備染料敏化太陽能電池。
文檔編號H01L51/48GK102013329SQ201010530298
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者吳明明, 張根發(fā), 李帥, 王長君, 羅軍, 蘇青峰, 賴建明 申請人:上海聯(lián)孚新能源科技有限公司