一种染料敏化太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将导电玻璃浸入含钛溶液中，干燥得到导电透明基底；将疏水性聚合物溶解于溶剂中，添加二氧化钛纳米颗粒或可水解的钛盐，静电纺丝形成纤维膜；将纤维膜热压，煅烧，以除去纤维膜中的有机成分；将纤维膜浸入敏化染料溶液中，干燥；封装太阳能电池。本发明专利技术的优点是具有较高的光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于纺织新材料应用领域。
技术介绍
随着世界各国工业的发展，人类对资源的环境需求越来越大，资源短缺正日益制 约着人类的发展。太阳能资源是一种取之不尽用之不竭的宝贵资源。人类一直在致力于对 太阳能的利用。太阳能电池的出现，为人类的发展提供了巨大动力。染料敏化太阳能电池 (dye-sensitized solar cell, DSSC)也称 “Gratzel cell”，因为低成本、高效率、长寿命等 突出优势，受到科技工作者的普遍重视，越来越显示出强劲的竞争力。普通的染料敏化太阳能电池是采用致密的二氧化钛半导体膜、二氧化钛纳米颗粒 或二氧化钛纳米棒作为染料的吸附载体。采用二氧化钛半导体膜作为染料的吸附载体的染 料敏化太阳能电池由于只能从膜表面上吸附单层染料，而单层的染料只能吸收小于的 太阳光，多层染料又阻碍了电子的传输，具有光电转化率低的缺点。采用二氧化钛纳米颗粒 或二氧化钛纳米棒作为染料的吸附载体的染料敏化太阳能电池，连续性较差，在使用过程 中，易导致染料泄露。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单且具有较高光电转化率的染料敏化太阳能电 池的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种染料敏化太阳能电池的制备方 法，其特征在于，具体步骤为第一步、将导电玻璃浸入含钛溶液中，干燥得到导电透明基底；第二步、将疏水性聚合物溶解于溶剂中，添加二氧化钛纳米颗粒或可水解的钛盐， 将所得溶液进行静电纺丝，将所纺制的纤维直接沉积到第一步得到的导电透明基底上形成 纤维膜；第三步、将第二步得到的纤维膜连同导电透明基底一起在I-IOMPa压力、 90-120°C下，经过15-60分钟热压处理，随后进行400-500°C煅烧，以除去纤维膜中的有机 成分；第四步、将第三步得到的纤维膜连同导电透明基底一起浸入敏化染料溶液中，干 燥；第五步、在纤维膜中注入电解质溶液，采用被覆聚酰亚胺膜或聚对苯二甲酸乙二 醇酯膜的钼电极为反电极，封装太阳能电池。所述第一步中的导电玻璃为氟掺杂二氧化锡导电玻璃、锑掺杂二氧化锡导电玻璃 或氧化铟锡导电玻璃。所述第一步中的含钛溶液为四氟化钛溶液。所述第二步中的疏水性聚合物为乙基纤维素、醋酸纤维素酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、玉米蛋白、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚己内脂、 聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯、聚羟基戊酸酯或聚酰胺。所述第二步中的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，N, N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃，二氯 甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，甲酸，甲苯以及环己烷的一种或两种混合物。所述可水解的钛盐为四异丙氧基钛。所述第三步煅烧后的纤维膜的厚度为1-20微米。所述第四步中的敏化染料为联吡啶钌系列、羧酸多吡啶酞菁系列、有机小分子染 料或高分子染料。优选顺_ 二硫氰根-双(2，2’_联吡啶-4，4’_ 二羧酸)合钌(II)、顺-二 氯-双(2，2’_联吡啶-4，4’_ 二羧酸)合钌(II)、顺-二溴-双(2，2’_联吡啶-4，4’_ 二 羧酸)合钌(II)、顺-二碘-双(2，2，-联吡啶-4，4，-二羧酸)合钌(II) (cis-X2bis(2, 2，-bipyridyl-4,4' -dicarboxylate)ruthenium(II)，其中 X = Cr，Br Γ 或 NCS，、卟啉、 酞菁、氧化蒽或聚酞菁。本专利技术与常规的光电化学太阳能电池相比，在半导体电极与染料上有很大的改 进。无机纳米多孔二氧化钛纤维染料敏化太阳能电池中的纳米多孔二氧化钛纤维就像一个 海绵似的，具有超高比表面积，能够吸收更多的染料单分子层，这样即克服了原来电池中只 能吸附单分子层而吸收少量太阳光的缺点，又可使太阳光在纳米多孔二氧化钛纤维内多次 反射，使太阳光反复吸收，可产生更大的光电流，从而大大提高光电转化率。本专利技术利用了 无机纳米多孔二氧化钛纤维连续性好、比表面积高，从而吸附染料量大大提高而且电子沿 纤维方向传输连续性好，从而获得了具有较高光电转化率的无机纳米多孔二氧化钛纤维染 料敏化太阳能电池。具体实施例方式下面结合实施例来具体说明本专利技术。实施例1第一步，将氟参杂的二氧化锡导电玻璃浸入四氟化钛溶液(0.04M)中，在60°C下 处理12个小时，作为染料敏化太阳能电池的透明导电基底材料。第二步，将聚醋酸乙烯酯(Mn 500000)溶解于二甲基甲酰胺溶液中，配制成浓度 为11. 5%的溶液(以质量百分数计算)；然后将1克四异丙氧基钛和0. 5克乙酸添加到5 克预先配制好的聚醋酸乙烯酯溶液中，搅拌形成均一溶液。将制备好的溶液在室温下进行 静电纺丝，所采用的纺丝条件为电压为17千伏，纤维接收距离为16厘米，溶液注射速度为 1. 5毫升/小时，静电纺丝所制备的纤维直接沉积到第一步预先准备好的导电透明基底上 形成纤维膜。第三步，将第二步得到的纤维膜连同导电透明基底一起加热到90°C，并保持60分 钟，然后施加IMPa的压力；然后将制备好的纤维膜在400°C下煅烧一个小时，煅烧后纤维膜 的厚度为1微米。第四步，将第三步得到的纤维膜连同导电透明基底一起浸入到0. 3mM的顺-二硫 氰根-双(2，2’_联吡啶-4，4’_ 二羧酸)合钌(II)无水乙醇溶液中，室温下保持20小时， 然后再浸入到无水乙醇中，随后取出干燥。第五步，封装电池过程中在无机纳米多孔二氧化钛纤维膜中注入电解质液，反电4极采用钼电极被覆聚酰亚胺膜，所用的电解质液是含有1-丙基2，3- 二甲基咪唑碘化物 (0. 6M)，四丁基吡啶(0. 5M)，碘化锂(0. 1M)和碘的乙腈溶液(0. 05M)。经过测试所制备的 无机纳米多孔二氧化钛纤维染料敏化太阳能电池转化率可以到达10%。实施例2第一步，将锑掺杂二氧化锡导电玻璃浸入四氟化钛溶液(0. 04M)中，在60°C下处 理12个小时，作为染料敏化太阳能电池的透明导电基底材料。第二步，将聚丙烯腈(Mn 80000)溶解于二甲基甲酰胺溶液中，配制成浓度为15% 的溶液(以质量百分数计算)；然后将1克四异丙氧基钛和0. 5克乙酸添加到5克预先配 制好的聚丙烯腈溶液中，搅拌形成均一溶液。将制备好的溶液在室温下进行静电纺丝，所采 用的纺丝条件为电压为20千伏，纤维接收距离为15厘米，溶液注射速度为1毫升/小时， 静电纺丝所制备的纤维直接沉积到第一步预先准备好的导电透明基底上形成纤维膜。第三步，将第二步得到的纤维膜连同导电透明基底一起加热到120°C，并保持15 分钟，然后施加IOMPa的压力；然后将制备好的纤维膜在500°C下煅烧一个小时，煅烧后纤 维膜的厚度为20微米。第四步，将第三步得到的纤维膜连同导电透明基底一起浸入到0. 3mM的顺-二硫 氰根-双(2，2’_联吡啶-4，4’_ 二羧酸)合钌(II)无水乙醇溶液中，室温下保持20小时， 然后再浸入到无水乙醇中，随后取出干燥。第五步，封装电池。封装电池过程中在无机纳米多孔二氧化钛纤维膜中注入电解 质液，反电极采用钼电极被覆聚酰亚胺膜，所用的电解质液是含有1-丙基2，3-二甲基咪唑 碘化物(0. 6M)，四丁基吡啶(0. 5M)，碘化锂(0. 1M)和碘的乙腈溶液(0. 05M)。经过测试所 制备的本文档来自技高网...

【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，具体步骤为：第一步、将导电玻璃浸入含钛溶液中，干燥得到导电透明基底；第二步、将疏水性聚合物溶解于溶剂中，添加二氧化钛纳米颗粒或可水解的钛盐，将所得溶液进行静电纺丝，将所纺制的纤维直接沉积到第一步得到的导电透明基底上形成纤维膜；第三步、将第二步得到的纤维膜连同导电透明基底一起在１－１０ＭＰａ压力、９０－１２０℃下，经过１５－６０分钟热压处理，随后进行４００－５００℃煅烧，以除去纤维膜中的有机成分；第四步、将第三步得到的纤维膜连同导电透明基底一起浸入敏化染料溶液中，干燥；第五步、在纤维膜中注入电解质溶液，采用被覆聚酰亚胺膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的铂电极为反电极，封装太阳能电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，林金友，俞建勇，孙刚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]