本发明专利技术涉及染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极及制备方法，采用柠檬酸钠还原氯金酸溶液，制备纳米金溶液，然后加入三乙氧基硅烷及硅酸钠溶液在其表面包覆上一层二氧化硅，将包覆二氧化硅的纳米金粒子均匀得混合到二氧化钛薄膜中去，将该浆料均匀涂覆在导电玻璃上，并在450℃下烧结得到电极，最后将电极先后浸泡于两种不同的染料中敏化，制备出用于染料太阳能电池的双染料敏化、纳米金掺杂的电极。将此电极用于染料敏化太阳能电池中，可大幅增加电池对可见光的吸收率，提高电池的光电转换效率。本发明专利技术所提出的制备方法简单易行，成本低廉，并且概念上具有独特的创新之处，在染料敏化太阳能电池的制备上具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及染料敏化太阳能电池
的电极及其制备方法，尤其是涉及一种。
技术介绍
薄膜太阳能电池以其成本低，质量轻，原料充足，在弱光下也能工作等优点，成为近期国际研究的热点，其中，CIGS(CuInGaSe) XdTe和非晶/微晶硅等几种薄膜太阳能电池已开始规模生产。而由M. Grttzd教授的研究小组率先研发出的染料敏化太阳能电池(DyeSensitized Solar Cells, DSSC)以其丰富廉价的原料,简易的制作,而独树一巾只。在染料敏化电池中，二氧化钛多孔电极作为工作电极，并以联吡啶配合物等染料作为吸光，产生自由电子的物质，吸附于工作电极之上，实现光电转换，其电池转换效率达到11%。 染料太阳能电池(DSSC)主要由三部分构成，即二氧化钛阴极、对电极和电解液构成。其中，二氧化钛电极的光吸收效率以及电子传递效率直接决定了电池的性能。经检索文献发现，Xiao-Feng Wang等人在Biosensors and Bioelectronics《生物传感器与生物电子学〉〉上发表的 Significant enhancement in the power-conversionefficiencyof chlorophyll co-sensitized solar celIs by mimicking the principles ofnaturalphotosynthetic light-harvesting complexes《通过模仿自然光合作用来显著提高叶绿素共敏化太阳电池的光电转换效率》一文(Biosens. Bioelectron. 2010，25 (8)，1970-1976)系统得介绍了使用双染料共敏化二氧化钛电池电极的方法以及釆取这些方法制备出电池的效率。然而，由于二氧化钛的表面积是有限的，故在二氧化钛表面吸附一层单分子层的染料仍难以提高电极的光吸收率。而通过连续浸泡染料，在二氧化钛表面吸附双层染料虽然可以提高光吸收率，但却因界面电阻增大，电子难以有效注入到二氧化钛中，仍然得不到高效率的染料敏化太阳能电池。另外，H. Stuart等人在Physical Review Letters《物理评论快报》中发表的 EnhancedDipole-Dipole Interaction between ElementaryRadiators Near a Surface《界面处增强基本福射体的偶极相互作用》一文(Phys. Rev.Lett. 1998，80，5663-5666)中说明了纳米金粒子具有增强光吸收，促进分子间能量转移的功能。为此，可以在吸附双层染料的二氧化钛模板中掺杂纳米金粒子，来增强染料的吸光率，并且促进染料间的电子传递，降低界面电阻，最终增强电池的光电转换效率。到目前为止，国内外尚无相关文献报道这种纳米金与双层染料的协同作用，也没有人将其用于染料敏化太阳能电池，来提高电池的光电装换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种掺杂纳米金的双层染料共敏化二氧化钛电极及其制备方法，以用于燃料敏化太阳能电池上，提高太阳能电池的光吸收率以及光电装换效率。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极，包括基板及基板上附着的二氧化钛薄膜，所述的二氧化钛薄膜中均匀掺杂着纳米金粒子，并且以两种不同的染料先后敏化二氧化钛薄膜。 所述的纳米金粒子为的直径为10 lOOnm，纳米金粒子表面包覆有厚度为I 20nm的二氧化硅薄膜。所述的二氧化钛薄膜的厚度为5 10 μ m，所述的基板为掺杂氟的SnO2导电玻璃基板。染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极的制备方法，包括以下步骤第一步、将浓度为O. Olwt %的氯金酸水溶液在磁力搅拌加热下煮沸，并迅速加入浓度Iwt %的柠檬酸钠溶液，反应I 20分钟后脱离热源，制得纳米金溶液，待溶液冷却，向溶液中滴加浓度为I. 71 μ M的三乙氧基硅烷水溶液，剧烈搅拌40分钟后，加入O. 54wt%硅酸钠水溶液，继续搅拌12分钟，并静置三天，获得二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液；第二步、将二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液在9000r/min状态下离心I 5次，将上清液倒掉，并将沉淀溶于乙醇中，将二氧化钛浆料也溶于乙醇并将两种溶液混合并超声均匀分散，最终的混合液体置于35°C 70°C的烘箱下面烘烤30分钟 48小时，蒸发掉液体成分得到纳米金掺杂的二氧化钛浆料；第三步、将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在掺杂氟的SnO2导电玻璃基板上，膜厚通过胶带控制在5 10 μ m，室温下干燥后进行高温烧结；第四步、将得到的掺杂纳米金的二氧化钛基板浸泡于第一种染料溶液之中进行敏化后，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子，再浸泡于第二种染料之中进行敏化，取出后用无水乙醇冲洗，烘干；第五步、采用热封装膜将敏化后的基板与对电极在100°C下封装，并滴加电解液，制得染料敏化太阳能电池。所述的硅酸钠水溶液的PH值在滴加前被调至10 11，所述的氯金酸水溶液、柠檬酸钠溶液、三乙氧基硅烷水溶液及硅酸钠水溶液的体积比为 1000 (10-100) 20 40。所述的二氧化钛浆料以松油醇为溶剂，含8 20nm粒径大小的二氧化钛纳米颗粒。所述的高温烧结的过程为首先以2V /min升温至450°C，于于450°C下保温30 45分钟,最后随炉冷却。所述的第一种染料溶液及第二种染料溶液为N3溶液(CIS- 二硫氰酸基双(N，N' -2,2/ -联吡啶_4，4' - 二甲酸)钌，2 5X10_4mol/L无水乙醇溶液)及N719溶液(CIS-二硫氰酸基双(N，N' _2，2'-联吡啶_4，4' - 二甲酸)钌双四丁基胺，2 5父1()-411101/1无水乙醇溶液)，或者是町49溶液(三异硫氰基_(2，2 :6，6'-三联吡啶_4，4，4'-三羧基)钌三(四丁基胺)，2 5X10_4mOl/L无水乙醇溶液)及N3溶液，或者是N749溶液及N719溶液。所述的敏化是将掺杂纳米金的二氧化钛基板浸泡于染料溶液中，于40°C恒温下避光静置24小时。所述的电解液以乙腈或3-甲氧基丙腈为溶剂，含碘、碘化锂、DMPII离子液体或4-TBP成分。与现有技术相比，本专利技术首次采用最为常见的掺杂，共敏化制备方法，将纳米金的光电效应，等离子体共振效应与染料有机得结合到了一起。在二氧化钛基板表面沉积双层染料可以大幅增加二氧化钛基板的光吸收效率，使得电池捕获光的能力大大增强，而纳米金的加入，不仅增强了纳米金周围的电磁场强度，加大了其光吸收效率，更降低了因双层染料沉积导致的大界面电阻，使得电子更容易从外层激发染料中传递至二氧化钛，降低了电子损耗率。另外，不同的染料搭配对电池的光电效率影响较大，选择的染料需要吸收光谱匹配，才能够获得较高的效率，上述第四步中的几种染料组合均能促进光电转换效率，而其他的搭配很可能起到相反的作用。由于制备方法简单，故在实际生产中具有低成本，短生产时间周期的优势，这大大拓宽了染料敏化太阳能电池的应用前景。附图说明 图I为本专利技术的结构示意图；图2为纳米金的透射电镜照片；图3为纳米金掺杂电极的光吸收曲线。具体实施例方式下面结合本文档来自技高网...
【技术保护点】
染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极，包括基板及基板上附着的二氧化钛薄膜，其特征在于，所述的二氧化钛薄膜中均匀掺杂着纳米金粒子，并且以两种不同的染料先后敏化二氧化钛薄膜。
【技术特征摘要】
1.染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极，包括基板及基板上附着的二氧化钛薄膜，其特征在于，所述的二氧化钛薄膜中均匀掺杂着纳米金粒子，并且以两种不同的染料先后敏化二氧化钛薄膜。2.根据权利要求I所述的染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极，其特征在于，所述的纳米金粒子为的直径为10 lOOnm，纳米金粒子表面包覆有厚度为I 20nm的二氧化硅薄膜。3.根据权利要求I所述的染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极，其特征在于，所述的二氧化钛薄膜的厚度为5 10 μ m,所述的基板为掺杂氟的SnO2导电玻璃基板。4.如权利要求1-3任一项所述染料太阳能电池用双染料敏化纳米金掺杂电极的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 第一步、将浓度为O. Olwt %的氯金酸水溶液在磁力搅拌加热下煮沸，并迅速加入浓度Iwt %的柠檬酸钠溶液，反应I 20分钟后脱离热源，制得纳米金溶液，待溶液冷却，向溶液中滴加浓度为I. 71 μ M的三乙氧基硅烷水溶液，剧烈搅拌40分钟后，加入O. 54wt%硅酸钠水溶液，继续搅拌12分钟，并静置三天，获得二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液； 第二步、将二氧化硅包覆的纳米金颗粒溶液在9000r/min状态下离心I 5次，将上清液倒掉，并将沉淀溶于乙醇中，将二氧化钛浆料也溶于乙醇并将两种溶液混合并超声均匀分散，最终的混合液体置于35°C 70°C的烘箱下面烘烤30分钟 48小时，蒸发掉液体成分得到纳米金掺杂的二氧化钛浆料； 第三步、将掺杂纳米金的二氧化钛浆料均匀涂覆在掺杂氟的SnO2导电玻璃基板上，膜厚通过胶带控制在5 10 μ m，室温下干燥后进行高温烧结； 第四步、将得到的掺杂纳米金的二氧化钛基板浸泡于第一种染料溶液之中进行敏化后，用无水乙醇冲洗基板表面，去掉物理吸附的染料分子，再浸泡于第二种染料之中进行敏化，取出后用无水乙醇冲洗，烘干； 第五步、采用热封装膜将敏化后的基板与对电极在100...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓斌，李浩然，牟颖，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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