本发明专利技术公开了一种染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法。本发明专利技术以多孔聚合物膜为一级结构模板，以可水解化合物为前驱体，以嵌段共聚物为二级结构导向剂，以FTO或ITO导电玻璃为基底，通过前驱体的醇解反应及高温煅烧在FTO或ITO导电面上附着金属氧化物多孔膜。所制备的多孔膜具有独特的二级结构，适用于染料敏化太阳能电池光阳极，其制备方法工艺简单，环境友好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源材料领域，涉及一种。
技术介绍
染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，相对于通常使用的晶体硅太阳能电池，其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M.Gratzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，人们发现了染料敏化太阳能电池在太阳能开发和利用方面的巨大潜力，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。该电池的关键部件为半导体电极。这种半导体电极一般是由半导体纳米颗粒组成。电荷在这种半导体纳米颗粒之间传导的传输电阻较大，这阻碍了该电池在光电转换效率的进一步提高。作为一项面向未来的新技术，染料敏化太阳能电池中所使用的纳米级多孔氧化钛活性层一般仅有5-20μπι厚。在染料敏化太阳能电池中，受到光激发的光敏染料产生超快速光生电子，并将电子注入到氧化钛的导带，而在随后的染料再生过程中，将光生空穴经氧化钛传导至电流收集器从而完成光电转换的全过程。在这一过程中，氧化钛活性层是一种关键的电荷传导物质，显然，制备高质量的氧化钛层是开发染料敏化太阳能电池的一个重要方向
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术提供的太阳能电池的光阳极，由下至上依次包括导电镀层和金属氧化物多孔膜层；其中，构成所述金属氧化物多孔膜层的材料选自下述金属元素的氧化物中至少一种:T1、Zn、Sn 和 Nb ；构成所述导电镀层的材料选自氟掺杂氧化锡(Fluorine doped tin oxide, FTO)和铟锡金属氧化物(Indium Tin Oxides, ITO)中的至少一种。上述光阳极也可只由上述两层组成。所述金属氧化物多孔膜层的厚度为6-40 μ m，具体为5 μ m、6 μ m、10 μ m或5-10 μ m、6_10 μ m 5 5-6 μ m ；孔的直径为2-50nm，具体为20nm ；孔隙率为30-60%，具体为 30%、40%或 30-40% ；所述导电镀层的厚度为400-1000nm，具体为600nm。本专利技术提供的制备所述光阳极的方法，包括如下步骤:I)将多孔膜进行不破坏其结构的表面处理后，得到表面处理后的多孔膜；2)将前驱体化合物和结构导向剂于乙醇中混匀进行醇解反应，得到溶胶；3)取部分步骤2)所得溶胶浸泡步骤I)所得表面处理的多孔膜0.5-24小时，得到浸泡后的多孔膜；4)取部分步骤2)所得溶胶涂覆在导电玻璃上，得到涂覆有溶胶的导电玻璃；5)将步骤3)所得浸泡后的多孔膜铺展在步骤4)所得涂覆有溶胶的导电玻璃上，除去多余溶胶后，室温静置，煅烧，自然冷却至室温，得到所述光阳极。上述方法所述步骤I)中，构成所述多孔膜的材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和聚碳酸酯中的至少一种；所述多孔膜的厚度为10 μ m-60 μ m,具体为25 μ m、10 μ m、10-25 μ m ;孔的直径为10nm-500nm，具体为IOOnm ;孔隙率为30-60%，具体为40% ；所述步骤I)表面处理的方式为氧等离子体处理或表面化学改性处理；所述氧等离子体处理中，功率为10-30W，具体为18W，时间为10-120秒，具体为30秒；所述表面化学改性处理中，所用改性剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基娃烧和乙稀基二乙氧基娃烧中的至少一种；改性时间为2-12小时，具体为8小时；温度为40-90°C，具体为70°C。所述步骤2)中，前驱体化合物选自下述金属元素的盐和酯中至少一种:T1、Zn、Sn和Nb，具体选自四氯化钛、钛酸正丁酯、邻苯二甲酸二锌酯、锡酸酯和铌酸盐中的至少一种；所述结构导向剂为嵌段共聚物，具体为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物 F127 (EOici6PO7ciEOici6) P123 (EO20PO70EO20)中的至少一种；所述嵌段共聚物的重均分子量为分别为10500-12500g/mol和5000_6800g/mol ；所述嵌段共聚物具体为重均分子量为11500g/mol的F127或重均分子量为5800g/mo I 的 P123 ；所述前驱体化合物、结构导向剂和乙醇的用量比为1-1OmL: 0.3-1.5g: 10_30mLg，具体为 5mL: 0.9g ； 20mL、3mL: 0.9g: 20mL、5mL: 1.5g ； 20mL、3_5mL: 0.9g: 2OmL或 3_5mL: 0.9-1.5g: 2OmL ；所述醇解反应步骤中，温度为20_80°C，具体为60°C，时间为2_24小时，具体为12小时。所述步骤5)静置步骤中，时间为2-24小时,具体为12小时；所述煅烧步骤中，由室温升至煅烧温度的升温速率为2-4°C /min，具体为4°C /min ;煅烧温度为380-450°C，具体为450°C ;煅烧时间为2_6小时，具体为2小时；由室温升至煅烧步骤及煅烧和冷却步骤的气氛均为空气气氛。另外，上述本专利技术提供的光阳极在制备太阳能电池中的应用及含有该光阳极的太阳能电池，也属于本专利技术的保护范围。其中，所述太阳能电池具体可为染料敏化太阳能电池，所述染料具体为N3染料。本专利技术以多孔聚合物膜为一级结构模板，以可水解化合物为前驱体，以嵌段共聚物为二级结构导向剂，以FTO或ITO玻璃为基底，通过前驱体的水解反应及高温煅烧在FTO或ITO导电面上附着金属氧化物多孔膜。此多孔膜具有独特的二级结构，颗粒排列规则，具有纳米孔结构，比表面大等优点，并且工艺简单，成本低廉，适合规模化生产适用于制备染料敏化太阳能电池光阳极。所得氧化钛活性层为与多孔膜孔形状尺寸相适应的氧化钛颗粒单元按一定方向取向堆积而成，且通过相关测试得知，氧化钛层在基底上堆积的密度大小直接决定了光电转换效率，一级结构模板多孔膜越厚、前驱体的相对含量(10% -30% )越大，氧化钛堆积密度越高，相应的光电转换效率也就越高。附图说明图1为实施例1所制备氧化钛光阳极表面SEM照片。图2为实施例2所制备氧化钛光阳极截面SEM照片。图3为实施例3所制备氧化钛光阳极截面SEM照片。图4为实施例4所制备氧化钛光阳极截面SEM照片。图5为所制备氧化钛光阳极截面SEM照片。图6为所制备氧化钛光阳极构造层次。·图7为实施例1所制备氧化钛光阳极组装太阳能电池1-V曲线。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例1I)将厚度为25 μ m的多孔聚丙烯膜(孔径为20nm，孔隙率为40% ;重均分子量为IOOw g/mol,购自Celgard公司，产品编号为Celgard 2500)进行不破坏其结构的氧等离子体表面处理(功率为18W，时间为30秒)后，得到表面处理后的多孔聚丙烯膜；该步骤亦可用表面化学改性的方式对多孔聚丙烯膜进行处理，具体步骤包括:用乙烯基三甲氧基硅烷将多孔聚丙烯膜于70°C浸泡处理8小时；2)将0.9克结构导向剂重均分子量为11500g/mol的嵌段共聚物F-127 (EO106PO70E本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能电池的光阳极，包括由含有导电镀层的导电玻璃和位于所述导电镀层之上的金属氧化物多孔膜层；其中，构成所述金属氧化物多孔膜层的材料选自下述金属元素的氧化物中至少一种：Ti、Zn、Sn和Nb；构成所述导电镀层的材料为氟掺杂氧化锡和铟锡金属氧化物中的至少一种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨振忠，李焦丽，程文广，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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