染料敏化太阳能电池的低温镀铂制造技术

本发明专利技术涉及染料敏化太阳能电池(DSSC)领域和用于适用于范围广泛的基底的对电极的低温镀铂方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及染料敏化太阳能电池(DSSC)领域和用于适用于范围广泛的基底的对电极的低温镀钼方法。
技术介绍
太阳能电池传统上使用固态半导体来制造。电池通过并置两种掺杂的晶体来制备，一种晶体具有略负的电荷，因此具有额外的自由电子(η型半导体)，和另一种晶体具有略正的电荷，因此缺乏自由电子(P型半导体)。当将这两种掺杂的晶体互相接触时，来自η 型半导体的额外电子流经η-ρ结而使ρ型半导体中电子缺少减轻。在该ρ-η结处，载流子在一侧损耗并在另一侧积累，由此产生了势垒。当由太阳光产生的光子撞击P型半导体时， 它们引起束缚在低能级中的电子向其中电子自由移动的导带转移。将负载放置在电池的两端，以通过外电路将电子从P型转移到η型半导体。随后，这些电子自发地向ρ型材料移动， 回到已经通过太阳能从其提取(extract)所述电子的低能级。该移动产生了电流。典型的太阳能电池晶体从硅制备，因为具有可见光范围内的频率的光子有足够的能量来使电子跨越在所述低能级和所述导带之间的带隙。这些太阳能电池的主要缺点之一是在紫色或紫外频率中的最具能量的光子具有超过使电子跨越所述带隙所必需的能量， 造成能量的显著浪费(该浪费的能量仅仅转化成热)。另一重要的缺点是P型层必须是足够厚的，以便有机会捕获光子，结果是新提取的电子也有机会在到达ρ-η结之前与所产生的空穴复合。因此，对于太阳能电池模块，由于在将单个电池组合在一起时的损失，硅型太阳能电池报道的最高效率是20% -25%或更低。硅型太阳能电池的另一个重要问题是在货币价格方面以及在所配备的能量(即制造这些设备所需的能量)方面的成本。染料敏化太阳能电池(DSSC)已在1991年由 0' Regan 和Gratzel开发出来(o' Regan B.和Gratzel Μ.，Nature，1991，353，737-740)。 它们是使用低成本材料制造的且它们的制造不要求复杂的设备。它们将硅所提供的两种功能分离半导体的主体用于电荷输送和光电子源自单独的(分离的，separate)光敏染料。 该电池是如在图1中所示的夹层(sandwich)结构并且典型地通过下列步骤制备a)提供由玻璃或由塑料制备的透明板(1)；b)用透明导电氧化物(TCO) (2)、优选用掺杂的氧化锡涂覆该板；c)将金属氧化物(3)(通常为二氧化钛)的糊在TCO侧施加至该经涂覆的玻璃板；d)将该板加热到约450_500°C的温度至少一个小时的时间；e)将步骤d)的经涂覆的板在染料溶液中浸泡约M小时的时间，以将该染料共价结合到二氧化钛的表面；f)提供另一个进一步涂覆有钼(5)的涂覆TCO的透明板；g)密封这两个玻璃板并将电解质溶液(6)引入所述板之间，以将该染色的金属氧化物和电解质包在两个导电板之间并防止电解质泄漏。在这些电池中，光子撞击染料，使其移向能够将电子注入到二氧化钛的导带中的激发态，所述电子从该导带扩散至阳极。从染料/TiO2体系失去的电子通过碘化物在镀钼的对电极处氧化成三碘化物而归还，该反应足够快使得光化学循环能够继续。涂覆对电极的钼催化碘化物/三碘化物氧化还原对的还原；如果不存在Pt，则该电池的效率严重受限。DSSC产生约0. 7V的比得上硅太阳能电池的最大电压。与硅太阳能电池相比，DSSC 的一个重要优点是它们将电子注入二氧化钛导带中而不在附近产生电子空位，由此防止快速的电子/空穴复合。因此，它们能在这样的低的光条件下运行在所述低的光条件下，在硅太阳能电池中电子/空穴复合变为支配性机理。然而，当前的DSSC在可见光频率范围的较低部分中在红色以及红外区域中不是非常有效的，因为这些光子不具有足够的能量来越过二氧化钛带隙或激发最常规的联吡啶钌染料。现有技术的DSSC的主要缺点在于对于在对电极上沉积钼和对对电极上的钼进行煅烧所必需的高温。烧结用在光电极上的金属氧化物糊所需要的高温也是个问题。染料敏化太阳能电池的另一个缺点在于将二氧化钛纳米颗粒染色所必需的长时间花费12-M个小时来使对于太阳能电池应用所必需的二氧化钛层染色。DSSC的另一个主要困难是电解质溶液电池必须被仔细密封以防止液体电解质泄漏和因此的电池恶化。在经典的太阳能电池制备中，[PtCl6]2_的分解所必需的热是约400°C。这样的高温将可用于基底的透明材料的性质限制到玻璃。如果可使温度减少到最多150°C，则也能够使用透明聚合物例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。因此，存在制备能够以降低的成本快速制备的耐用的太阳能电池的需要。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是降低沉积和煅烧涂覆染料敏化太阳能电池对电极的钼颗粒所必需的温度。本专利技术的另一个目的是保证钼颗粒对基底的良好粘结(粘附，adhesion)。本专利技术的又一目的是对于沉积的钼层产生高透明度。本专利技术的进一步目的是保证钼层在导电基底的最宽范围上的均勻覆盖。根据本专利技术，如独立权利要求中定义的那样实现前述目的。优选的实施方案定义在从属权利要求中。附图说明图1是染料敏化太阳能电池的示意图。 具体实施例方式因此，本专利技术公开了涂覆染料敏化太阳能电池对电极的钼的低温沉积方法，其包括以下步骤a)提供由导电基底制备的对电极；b)将所述对电极涂覆成具有透明导电氧化物的一层或多层；c)用有机溶剂任选地与超声波一起清洁所述对电极；d)任选地，预处理所述对电极以制备用于镀钼的表面并且保证钼膜的良好粘结；e)用含有金属盐的溶液来活化所述对电极和使所述对电极的表面上的所述金属盐还原；f)用Pt (II)或Pt (IV)的钼水溶液处理来自步骤e)的电极，所述溶液具有至少3 WpH；g)添加还原剂；h)收取钼涂覆的对电极。对电极的镀钼是在染料敏化太阳能电池的制备中的重要步骤。所述钼催化从对电极向碘化物/三碘化物氧化还原对的电子转移，所述氧化还原对转而从染料的激发态再生基态染料。在没有有效镀钼的对电极的情况下，DSSC器件的效率受到非常严重的限制。在现有技术中，通过施加六氯钼(IV)酸盐的水溶液随后加热至400°C至少30分钟来实施对电极的镀钼。这对于向由透明导电氧化物(TCO)涂覆的玻璃所制备的对电极施加钼是合适的，但是对于向温度敏感的基底例如聚合物施加钼是不合适的。所述导电基底或者对电极可由透明玻璃或选自例如基于聚酯的膜如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚合物制备。它也可由不透明的基底例如铝、钛或者钢制造。优选地，它是导电的和透明的且优选它由TCO涂覆的玻璃制备，更优选由TCO涂覆的聚合物制备。所述透明导电氧化物(TCO)优选是掺杂有铝或氟的氧化锌，或它是锡酸镉，或它是氧化锡，更优选掺杂有氟、铟或者锑的氧化锡，优选它掺杂有氟或铟。可向所述对电极施加导电氧化物的若干层。此外，可进一步加入直径300-500nm，优选约400nm的二氧化钛颗粒的一层或多层作为散射层。该散射层进一步提高电池效率。来自步骤c)的用作清洁溶液的有机溶剂具有降低TCO的表面张力以提高表面润湿性和与随后的水溶液的相互作用的额外作用。它优选选自丙酮、乙醇或者二乙基醚。所述清洁溶液可选自盐酸、氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾或者氨/过氧化氢的水溶液。优选它是含水的氨/过氧化氢。该清洁溶液具有从TCO表面去除任何表面材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.02 GB 0915251.31.用于染料敏化太阳能电池的对电极的低温镀钼的方法，其包括以下步骤a)提供由导电基底制备的对电极；b)将所述对电极涂覆成具有透明导电氧化物的一层或多层；c)用有机溶剂任选地与超声波一起清洁所述对电极；d)任选地，预处理所述对电极以制备用于镀钼的表面并且保证钼膜的良好粘结；e)用含有金属盐的溶液来活化所述对电极和还原所述对电极的表面上的所述金属^rt.；f)用Pt(II)或Pt(IV)的钼水溶液处理来自步骤e)的电极，所述溶液具有至少3的pH；g)添加还原剂；h)收取钼涂覆的对电极。2.权利要求1的方法，其中在步骤b)和步骤c)之间添加二氧化钛散射层，其中二氧化钛颗粒是300-500nm。3.权利要求1或2的方法，其中清洁溶液选自丙酮、盐酸或者氨/过氧化氢/蒸馏水， 优选氨/过氧化氢/蒸馏水。4.权利要求1-3任一的方法，其中步骤e)的金属盐选自NiCl2、CuCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：P霍里曼，U凯蒂皮拉克奇，R安东尼，A法托里，A康内尔，
申请(专利权)人：班戈大学，
类型：发明
国别省市：