一种高效染料敏化太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高效染料敏化太阳能电池及其制备方法。该电池的对电极基于碳层具有优异的导电性且能够在材料表面形成保护，氧化铁、银具备优异的电子传输性，以及杂多酸的阴离子能够提供电子储存区域，四者协同作用可以使得对电极用于染料敏化太阳能电池的光电转换效率可以到达9.9％。且利用原位预反应，超声分散结合微波加热，保证得到纯净的中间产物且充分反应混合，反应迅速、充分、有效，能够制备得到高效的染料敏化太阳能电池。

A highly efficient dye-sensitized solar cell and its preparation method

The invention provides an efficient dye sensitized solar cell and a preparation method thereof. The electrodes of the battery have excellent conductivity based on carbon layer and can form protection on the surface of materials. Iron oxide and silver have excellent electronic transmission, and anions of heteropoly acids can provide electronic storage area. The photoelectric conversion efficiency of the electrodes used in dye-sensitized solar cells can reach 9.9%. The dye-sensitized solar cells with high efficiency can be prepared by in-situ pre-reaction, ultrasonic dispersion and microwave heating.

【技术实现步骤摘要】
一种高效染料敏化太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于染料敏化太阳能电池制备

技术介绍
染料敏化太阳能电池主要有以下几个部分组成：光阳极、电解质和对电极。对电极是染料敏化太阳电池的重要组成部分，其作用是传输电子和催化作用，提高电池的填充因子。从机理上说，I3-在对电极上得到电子再生成I-，该反应越快，光电响应越好。目前常用的铂价格昂贵、比表面积小，不利于产业化应用，因此寻找廉价的、传输性能优异的对电极材料，便成为迫切需要解决的问题。加拿大多伦多大学的研究人员将碳用作光敏剂构建量子点敏化的太阳能电池，其光电转化效率仅为0.13％。杂多酸具有良好的氧化还原性、低成本等特点，是一种非常具有前景的电极材料。银是一种导电性能极好的金属。Fe2O3是一种具有较窄带隙、来源丰富、良好的环境稳定性而且存在多种晶体类型的n型半导体材料。然而，纯的Fe2O3表面上的活性位点较少且易团聚，电子-空穴对的复合率高，往往限制Fe2O3作为一类光电材料在光电化学领域的应用。目前尚未报道简单方便的将碳、银、氧化铁、杂多酸四者均匀复合并用于染料敏化太阳能电池的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种高效染料敏化太阳能电池及其简单方便的制备方法。为实现上述目的，本专利技术提出的一种高效染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硝酸银、氯化铁、杂多酸、含碳水溶液，在室温下研磨30-40min(2)研磨后，转移至容器中进行微波加热，微波加热中保持超声分散；(3)反应结束后，洗涤、干燥，得到粉末；(4)将上述干燥后得到的粉末分散在异丙醇中，形成均匀、稳定的分散液体系，浓度为1mg/mL。将导电玻璃清洗干净，然后预热到90℃，然后用喷涂的方法将溶有碳基材料的分散液涂到预热的导电玻璃基底上，形成一层薄膜，厚度约为5微米。将制备的电极放入真空中50℃干燥1小时，制备出碳基染料敏化太阳能电池对电极；(5)对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附过夜形成电池的工作电极，在工作电极上覆盖步骤(4)制备的对电极，两电极间的缝隙填充含有I-/I3-氧化还原对的电解质，制备成染料敏化太阳能电池。作为优选的，步骤(2)中具体步骤为微波加热时间为30-40分钟，温度控制在130-150℃，微波加热中保持超声分散。作为优选的，硝酸银、氯化铁、杂多酸、含碳水溶液的固液比为1g：1g：4g：30-40ml。作为优选的，杂多酸为Keggin型或者Dawson型。作为优选的，所述含碳水溶液含碳量为30mg-50mg/ml。作为优选的，所述含碳水溶液的制备方法为将石墨棒放入水中，在25V下连续电解70h，经过滤、洗涤，再分散获得的。本专利技术还提供了一种高效染料敏化太阳能电池，为采用上述方法制备形成的。本专利技术基于碳具有优异的导电性且能够在材料表面形成水溶性保护，氧化铁、银具备优异的电子传输性，以及杂多酸的阴离子能够提供电子储存区域，四者协同作用可以使得I3-在对电极上快速得到电子再生成I-，电响应优异，制备得到的染料敏化太阳能电池光电转换效率可以到达9.9％，且制备方法简单，价格便宜，具有溶液可处理性。此外，本专利技术的制备方法与现有技术相比还具有下列优点：(1)在银与杂多酸复合的研磨反应中加入铁源、含碳水溶液，发生原位反应，碳可以与其他原料充分混合，也可以在研磨过程中起到保护作用，得到更加纯净的中间产物。(2)结合超声分散和微波处理共同效应，即能发挥微波反应快速有效的优点，又能通过超声场效应，保证反应过程中充分混合，使得银、氧化铁的生成与混合持续充分发生，最终产物更加高效。(3)反应迅速、充分、有效，能够制备得到高效的碳基染料敏化太阳能电池。制备过程简单，降低了生产能耗，易于工业化生产。具体实施方式实施例1：一种高效染料敏化太阳能电池的制备方法，具体步骤如下：(1)将1g硝酸银、1g氯化铁、4g杂多酸、35ml含碳水溶液，在室温下研磨35min(2)研磨后，转移至容器中进行微波加热，微波加热时间为35分钟，温度控制在140℃，微波加热中保持超声分散；(3)反应结束后，洗涤、干燥，得到粉末；(4)将上述干燥后得到的粉末分散在异丙醇中，形成均匀、稳定的分散液体系，浓度为1mg/mL。将导电玻璃清洗干净，然后预热到90℃，然后用喷涂的方法将溶有碳基材料的分散液涂到预热的导电玻璃基底上，形成一层薄膜，厚度约为5微米。将制备的电极放入真空中50℃干燥1小时，制备出碳基染料敏化太阳能电池对电极；(5)对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附过夜形成电池的工作电极，在工作电极上覆盖步骤(4)制备的对电极，两电极间的缝隙填充含有I-/I3-氧化还原对的电解质，制备成染料敏化太阳能电池。所述含碳水溶液的制备方法为将石墨棒放入水中，在25V下连续电解，70h，经过滤、洗涤，再分散获得的。含碳水溶液含碳量为40mg/ml将上述方法制备的太阳能电池进行测试，开路电压为0.69V，短路电流为18.6mA/cm2，填充因子为0.72，得到光电转换效率为9.9％。实施例2：一种高效染料敏化太阳能电池的制备方法，具体步骤如下：(1)将1g硝酸银、1g氯化铁、4g杂多酸、30ml含碳水溶液，在室温下研磨30min(2)研磨后，转移至容器中进行微波加热，微波加热时间为30分钟，温度控制在130℃，微波加热中保持超声分散；(3)反应结束后，洗涤、干燥，得到粉末；(4)将上述干燥后得到的粉末分散在异丙醇中，形成均匀、稳定的分散液体系，浓度为1mg/mL。将导电玻璃清洗干净，然后预热到90℃，然后用喷涂的方法将溶有碳基材料的分散液涂到预热的导电玻璃基底上，形成一层薄膜，厚度约为5微米。将制备的电极放入真空中50℃干燥1小时，制备出碳基染料敏化太阳能电池对电极；(5)对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附过夜形成电池的工作电极，在工作电极上覆盖步骤(4)制备的对电极，两电极间的缝隙填充含有I-/I3-氧化还原对的电解质，制备成染料敏化太阳能电池。所述含碳水溶液的制备方法为将石墨棒放入水中，在25V下连续电解，70h，经过滤、洗涤，再分散获得的。含碳水溶液含碳量为30mg/ml将上述方法制备的太阳能电池进行测试，开路电压为0.69V，短路电流为18.6mA/cm2，填充因子为0.72，得到光电转换效率为8.9％。实施例3：一种高效染料敏化太阳能电池的制备方法，具体步骤如下：(1)将1g硝酸银、1g氯化铁、4g杂多酸、40ml含碳水溶液，在室温下研磨40min(2)研磨后，转移至容器中进行微波加热，微波加热时间为40分钟，温度控制在150℃，微波加热中保持超声分散；(3)反应结束后，洗涤、干燥，得到粉末；(4)将上述干燥后得到的粉末分散在异丙醇中，形成均匀、稳定的分散液体系，浓度为1mg/mL。将导电玻璃清洗干净，然后预热到90℃，然后用喷涂的方法将溶有碳基材料的分散液涂到预热的导电玻璃基底上，形成一层薄膜，厚度约为5微米。将制备的电极放入真空中50℃干燥1小时，制备出碳基染料敏化太阳能电池对电极；(5)对导电玻璃进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硝酸银、氯化铁、杂多酸、含碳水溶液，在室温下研磨30‑40min(2)研磨后，转移至容器中进行微波加热，微波加热中保持超声分散；(3)反应结束后，洗涤、干燥，得到粉末；(4)将上述干燥后得到的粉末分散在异丙醇中，形成均匀、稳定的分散液体系，浓度为1mg/mL。将导电玻璃清洗干净，然后预热到90℃，然后用喷涂的方法将溶有碳基材料的分散液涂到预热的导电玻璃基底上，形成一层薄膜，厚度约为5微米。将制备的电极放入真空中50℃干燥1小时，制备出碳基染料敏化太阳能电池对电极；(5)对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附过夜形成电池的工作电极，在工作电极上覆盖步骤(4)制备的对电极，两电极间的缝隙填充含有I‑/I3‑氧化还原对的电解质，制备成染料敏化太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种高效染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硝酸银、氯化铁、杂多酸、含碳水溶液，在室温下研磨30-40min(2)研磨后，转移至容器中进行微波加热，微波加热中保持超声分散；(3)反应结束后，洗涤、干燥，得到粉末；(4)将上述干燥后得到的粉末分散在异丙醇中，形成均匀、稳定的分散液体系，浓度为1mg/mL。将导电玻璃清洗干净，然后预热到90℃，然后用喷涂的方法将溶有碳基材料的分散液涂到预热的导电玻璃基底上，形成一层薄膜，厚度约为5微米。将制备的电极放入真空中50℃干燥1小时，制备出碳基染料敏化太阳能电池对电极；(5)对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附过夜形成电池的工作电极，在工作电极上覆盖步骤(4)制备的对电极，两电极间的缝隙填充含有I-/I3-氧化还原对的电解质，制备成染料敏化太阳能电池。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，
申请(专利权)人：张军，
类型：发明
国别省市：江苏,32