一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，通过在半导体薄膜表面涂抹PEG化金纳米粒子，在近红外光照射下，使得里面的金纳米粒子吸收光能，将光能转化为热能，导致在37℃以上会熔化，熔化后经过无水乙醇冲洗，被覆盖PEG化金纳米粒子那部分薄膜可以重新浸入另一种染料。通过控制近红外光光照强度和光照时间影响空白吸附层的厚度，经过后续敏化获得多染料吸附层共敏化薄膜，以提高染料敏化太阳能电池光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法
本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法。
技术介绍
染料敏化太阳电池(DSSC)主要是模拟光合作用原理，研制出来的一种新型太阳能电池。染料敏化太阳能电池是以价格便宜且环保无污染的纳米TiO2和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。染料敏化太阳电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。其中，纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物TiO2，聚集在透明导电玻璃板上作为DSSC的阴极。对电极作为还原催化剂，通常在透明导电玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米TiO2膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质KCl。染料性能的好坏将直接决定DSSC电池的光电转换效率，理想的DSSC电池染料必须对自然太阳光具有很好的吸收特性，即能吸收大部分或者全部的入射光，其吸收光谱能与太阳能光谱很好地匹配。纯有机染料种类繁多，吸光系数高，价格低廉，且电池循环易操作。此外，使用纯有机染料还能节约稀有金属。但以往使用的单一的纯有机染料敏化太阳能电池的IPCE(单色光转换效率)和ηsum(总光电能量转换率)较低。因此，合成吸光范围更宽的染料是当今DSSC研究的新热点，使用多种纯有机染料的配合，同样使得不同染料之间可以在吸光带上互补，达到提高电池性能的目的。共敏化的方法可以充分利用现有的染料，在同一纳米多孔半导体TiO2薄膜上吸附不同染料，实现染料吸收优势互补，拓宽了染料敏化太阳电池吸收光谱，提高了光电转化效率。目前，共敏化的方法有很多种，例如鸡尾酒法，分开敏化法，压印法等，其中最常使用的是分开敏化法。但是在实际操作中使用分开敏化法，存在着TiO2薄膜上部染料吸附深度难以控制的问题。因此，本专利技术的主要任务是寻找一种制备共敏化TiO2薄膜的新方法，使薄膜上部染料吸附深度得以控制。本专利技术制备的含2个染料吸附层、染料吸附深度可控和层之间顺序可排列的宽光谱共敏化薄膜，使太阳能电池光电能量转换率得到进一步提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提供一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，能够提高染料敏化太阳能电池光电转化效率。本专利技术为解决上述问题所提供的技术方案为：一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，所述方法包括以下步骤，(1)、在导电玻璃基底上制备纳米多孔半导体TiO2薄膜；(2)、在纳米多孔半导体TiO2薄膜上均匀涂抹PEG-AuNPs；(3)、将薄膜放置于近红外光下照射，使PEG-AuNPs部分熔化，得到一个没有被染料吸附的空白层；(4)、将薄膜浸入染料A溶液，使薄膜吸附染料A；(5)、将薄膜放置于近红外光下照射，使附着在薄膜上的PEG-AuNPs全部熔化，这样又可得到另一个染料解吸附层；(6)、将含有染料空白层的半导体薄膜浸入第二种染料B，使染料空白层吸附染料B，得到含有2个染料吸附层的共敏化薄膜。优选的，所述PEG-AuNPs中PEG与金纳米粒子AuNPs的体积比≥1:10，并且选用分子量为2000的PEG。所述步骤(4)中的染料A和步骤(6)中的染料B在吸光度图谱中很好的互补，充分吸收大部分太阳光。优选的，通过控制近红外光照强度和光照时间，影响染料空白层的厚度。在相同条件下，采用光照强度越高的光源照射得到的空白层厚度越厚；光照时间越长得到的空白层厚度越厚。与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)通过控制近红外光照强度与光照时间可以改变的TiO2薄膜上部染料吸附深度；(2)通过调节敏化顺序可以排列各个染料层的顺序；(3)PEG-AuNPs可以在制备共敏化薄膜过程中起到保护作用，被PEG-AuNPs保护的半导体薄膜不会被染料吸附。(4)利用金纳米粒子，具有很好的光热转化效率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术的流程图；具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，将TiO2浆料印刷于导电基底上部，通过510℃烧结30分钟形成15μm厚度纳米多孔TiO2薄膜。在纳米多孔半导体薄膜上均匀涂抹PEG-AuNPs；然后将薄膜放置于近红外光下照射，使部分PEG-AuNPs熔化，得到染料空白层；将薄膜浸入染料A溶液，在室温下，浸泡12h，使薄膜中染料空白层完全吸附染料A；取出薄膜，用无水乙醇冲洗掉未吸附在薄膜上的染料分子，在60℃下干燥10min；再次将薄膜放置于近红外光下照射，使附着在薄膜上的PEG-AuNPs全部熔化，熔化后再用无水乙醇进行冲洗，这样又可得到一个没有被染料吸附的空白层(染料解吸附层)；再将含有染料空白层的半导体薄膜浸入第二种染料B，使染料空白层吸附染料B，得到含有2个染料吸附层的共敏化薄膜，此时薄膜同时吸附了染料A，染料B。在制备过程中，通过光照强度和光照时间可以控制薄膜上部染料吸附深度。实施例1：在TiO2薄膜上涂抹上PEG-AuNPs，分别使用两种不同功率的近红外光照射(例如50mW和1200mW)，在同等条件下照射同样时间，可发现使用更高功率的光源，得到的空白层厚度越厚。实施例2：在TiO2薄膜上涂抹上PEG-AuNPs，使用同一近红外光光源，分别照射不同时间(例如5分钟和10分钟)，可发现在近红外光照射下，照射时间越长，得到的空白层越厚。以上仅就本专利技术的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本专利技术不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本专利技术独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本专利技术保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，/n(1)、在导电玻璃基底上制备纳米多孔半导体TiO

【技术特征摘要】
1.一种利用光控制技术制备多层共敏化薄膜的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
(1)、在导电玻璃基底上制备纳米多孔半导体TiO2薄膜；
(2)、在纳米多孔半导体TiO2薄膜上均匀涂抹PEG-AuNPs；
(3)、将薄膜放置于近红外光下照射，使PEG-AuNPs部分熔化，得到一个没有被染料吸附的空白层；
(4)、将薄膜浸入染料A溶液，使薄膜吸附染料A；
(5)、将薄膜放置于近红外光下照射，使附着在薄膜上的PEG-AuNPs全部熔化，这样又可得到另一个染料解吸附层；
(6)、将含有染料空白层的半导体薄膜浸入第二种染料B，使染料空白层吸附染料B，得到含有2个染料吸附层的共敏化薄膜。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗建，刘伟庆，施菁，毛志敏，蔡洪峰，吴旭东，范瑜鑫，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36