一种染料敏化太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种染料敏化太阳能电池的制备方法，包括光电极、对立电极和保持在光电极与对电极之间的导电媒介，光电极和对电极通过密封材料相接合，对电极远离导电媒介的一侧设有光反射层；光电极远离导电媒介的一侧设有光吸收层；光电极包括第一导电层和第一透明基板；对立电极包括第二导电层和第二透明基板；该染料敏化太阳能电池还包括第三导电层，第三导电层置第二透明基板与第二导电层之间且与第二导电层形成电气接触；第一透明基板的下表面沉积有承载敏化染料的多孔半导体薄膜。通过设置光吸收层，可以增加光的吸收量，同时设置光反射层，可以使没有被吸收的光反射回太阳能电池中，再次被吸收和利用，减少了光能的损失，提高了光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新能源节能
，特别涉及。
技术介绍
作为代替化石燃料的能源，利用了太阳光的太阳能电池受到关注，人们对其进行了各种研究。太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电转换装置，由于以太阳光作为能源，所以对地球环境的影响极小，可以得到更广泛的普及。染料敏化太阳能电池(DSC,dye-sensitized solar cell)在过去20年来已经有所发展且以如同光合作用的类似原理而运作。不同于硅太阳能电池，此等电池是运用其可便宜地、对环境无干扰且充裕地制造的染料而从阳光来得到能量。—种夹层式染料敏化太阳能电池具有经沉积到一个透明导电基板上的一个数微米厚的多孔Ti02电极层。Ti02电极包含互连的Ti02金属氧化物粒子，其通过在Ti02粒子的表面上吸收染料分子所染色且形成一个工作电极。透明导电基板通常是将一种透明导电氧化物沉积到一个玻璃基板上。透明导电氧化物层适用于作为一个电子集极，其从该工作电极取出光产生的电子。T12电极是与一种电解质以及另一个透明导电基板(S卩:一个对立(counter)电极)接触。作为敏化染料，使用能够有效地吸收可见光附近的光的物质，例如钌(Ru)络合物等。作为染料敏化型太阳能电池，由于具有较高的光电转换效率，不需要真空装置等大花销的制造装置，而且能够使用氧化钛等便宜的半导体材料以极高的生产率简单地制造，所以有潜力成为新一代的太阳能电池。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种成本低且光电转化效率高的染料敏化太阳能电池。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，该染料敏化太阳能电池，包括光电极、与光电极对置的对立电极和保持在光电极与对电极之间的导电媒介，所述光电极和对电极通过密封材料相接合，所述对电极远离所述导电媒介的一侧设有光反射层;所述光电极远离所述导电媒介的一侧设有光吸收层;所述光电极包括第一导电层和第一透明基板组成的ITO薄膜;所述对立电极包括第二导电层和第二透明基板组成的ITO薄膜和第三导电层，所述第三导电层置于第二导电层上且远离所述第二透明基板，所述第一导电层与所述第二导电层形成电气接触;所述第三导电层为网格结构;所述第一透明基板的下表面沉积有承载敏化染料的多孔半导体薄膜。采用上述技术方案，通过在光电极远离导电媒介的一侧设有光吸收层，可以增加光的吸收量，提高进入该染料敏化太阳能电池的光;在对电极远离导电媒介的一侧设有光反射层，可以使透过对电极中第二透明基板的没有被吸收的光反射到回太阳能电池中，从而使该部分光可以再次被吸收和利用，减少了光能的损失，从而提高了光电转换效率，降低了生产成本。进一步改进在于，所述光反射层的组成材料选自银、铝和具有光反射性能的聚合物中的至少一种组成。进一步改进在于，所述第三导电层采用丝网印刷浆料形成导电网格结构层。进一步改进在于，所述第一导电层与所述第二导电层均为透明导电薄膜，所述透明导电薄膜为ITO或石墨烯。进一步改进在于，所述承载有敏化染料的多孔半导体薄膜为二氧化钛薄膜。进一步改进在于，所述导电媒介为电解质溶液;所述电解质溶液中电解质为氰亚铁酸盐和氰铁酸盐的组合、二茂铁和能够生成Fe(C5H5)2+离子的化合物的组合、多硫化钠或烷基硫醇和烷基化二硫的组合、碘和碘化锂或碘化钠或碘化咪唑的组合中的一种;所述电解质溶液的溶剂为极性溶剂或离子性溶液中的至少一种;所述极性溶剂选自乙腈、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、γ-丁内酯、吡啶和二甲基乙酰胺中的至少一种。进一步改进在于，所述导电媒介为铁复合物导电层。进一步改进在于，所述光吸收层是钙钛矿层。进一步改进在于，所述第一透明基板与所述第二透明基板为玻璃或石英玻璃。本专利技术还要解决的技术问题是，提供一种成本低且光电转化效率高的染料敏化太阳能电池的制备方法。该染料敏化太阳能电池的制备方法，第一导电层和第一透明基板组成第一ITO导电玻璃，第二导电层和第二透明基板组成第二 ITO导电玻璃;具体包括以下步骤， (I)染料溶液的配制:按所需配比配制电解质溶液，并将配制好的电解质溶液与染料溶液混合，待用； (2 )光电极制备:采用电子束蒸发法在第一 ITO导电玻璃的表面沉积2000nm厚的二氧化钛薄膜，并放在马弗炉中在500°C下退火;退火时间为I?2h，得到二氧化钛电极； (3)将所述步骤(2)中制得的二氧化钛电极放在所述步骤(I)所制得的染料溶液中浸泡，浸泡时间为24?72h，待用； (4)对电极制备:采用丝网印刷的方法将银浆料用290目网板在第二ITO导电玻璃表面上表面印刷第三导电层，印刷结束后，在80 0C的烘箱中烘干，烘干时间为15?25min;然后再放在200?300°C马弗炉中烧结30?60min小时，冷却至室温，制得对电极； (5 )染料敏化太阳能电池的制备:把光电极和对电极用热熔胶接合，注入电解液，在对电极的背面沉积一层Ag薄膜作为光反射层。进一步改进在于，所述步骤(2)中的二氧化钛薄膜的制备方法，包括以下步骤:利用二氧化钛为靶材采用电子束蒸发法制备二氧化钛薄膜，包括以下步骤， I)将干燥后第一 ITO导电玻璃固定在基片台上，然后将基片台旋紧在真空腔室的转盘上； 2 )真空的获得:启动机械栗，打开旁抽阀Π，对真空腔室抽真空；当真空度达到4Pa时，关闭旁抽阀Π，打开旁抽阀I，并启动分子栗，打开闸板阀，采用分子栗对真空腔室进一步抽真空；当分子栗加速达到400Hz后稳定运行，当真空度可达到5 X 10—3Pa后，打开Ar气阀，通入Ar气，对基底进行离子束清洗； 3)离子束清洗基底:将流量计调至阀控，并调节气体流量在6sCCm左右，压强大约在2.3X 10—2Pa;然后调中和灯丝电流至20A左右，再调加速电压至200V、调阳极电压至60V、调屏极电压至400V，最后调阴极电压至1V以上，束流开始显示，再综合调节至束流60mA左右，此时，真空腔室内将产生等离子体，开始对第一ITO导电玻璃进行离子束轰击以清洗，清洗5min后，按反向顺序依次关闭各表，再关闭离子流量计，关气瓶，结束清洗;为了进一步去除基底表面杂质，提高基底与薄膜的附着力，在沉积前要对基片进行离子束清洗； 4)电子束蒸发:离子束清洗结束后，将第一ITO导电玻璃旋至靶材上方，依次打开电子束蒸发枪柜的总电源，扫描键，枪灯丝电源开关，再将预置电流调至0.6A，使灯丝预热5min;预热后，打开线控器上的高压，借助微弱的电子束光观察电子束的聚焦中心点是否在坩祸内，如果不在，则调解X、Y电流;然后缓慢增加束流，当靶材熔化时停止增加束流;打开电子束挡板、膜厚仪挡板开始蒸镀； 5)当达到预定蒸镀时间15minS卩二氧化钛的薄膜为200nm后，关闭挡板，将束流归零，关高压，并将预置电流归零，再依次关闭枪灯丝，关扫描，关电源，电子束蒸发结束;取出所制得的二氧化钛薄膜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:通过在光电极远离导电媒介的一侧设有光吸收层，可以增加光的吸收量，提高进入该染料敏化太阳能电池的光;在对电极远离导电媒介的一侧设有光反射层，可以使透过对电极中第二透明基板的没有被吸收的光反射到回太阳能电池中，从而使该部分光可以再次被吸收和利用，减少了光能的损失，从而提高了光电转换效率，降低了生产成本;有利于工业上大规模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，第一导电层和第一透明基板组成第一ITO导电玻璃，第二导电层和第二透明基板组成第二ITO导电玻璃；具体包括以下步骤，（1）染料溶液的配制：按所需配比配制电解质溶液，并将配制好的电解质溶液与染料溶液混合，待用；（2）光电极制备：采用电子束蒸发法在第一ITO导电玻璃的表面沉积2000nm厚的二氧化钛薄膜，并放在马弗炉中在 500℃下退火；退火时间为1~2h，得到二氧化钛电极；（3）将所述步骤（2）中制得的二氧化钛电极放在所述步骤（1）所制得的染料溶液中浸泡，浸泡时间为24~72h，待用；（4）对电极制备：采用丝网印刷的方法将银浆料用290目网板在第二ITO导电玻璃表面上表面印刷第三导电层，印刷结束后，在80℃的烘箱中烘干，烘干时间为15~25min；然后再放在200~300℃马弗炉中烧结30~60min小时，冷却至室温，制得对电极；（5）染料敏化太阳能电池的制备：把光电极和对电极用热熔胶接合，注入电解液，在对电极的背面沉积一层Ag薄膜作为光反射层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉洁，
申请(专利权)人：无锡南理工科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32