一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池以及制备方法。本太阳能电池包括FTO玻璃对电极、移植于该导电玻璃上的具有高度结晶化和有序化的单相二氧化钛纳米管阵列、在纳米管阵列形成的TiO₂纳米介孔薄膜及对太阳光具有高效吸收能力的染料等。在本发明中，通过在纳米管阵列表面复合一层具有较大表面积的TiO₂介孔薄膜，从而能够显著地增加对染料的吸附能力并能获得对太阳光谱的高效吸收。本发明采用高度结晶化的锐钛矿纳米管阵列作为染料敏化太阳能电池光阳极材料，缩短了载流子在半导体中的传输路径并降低了电子的复合几率，从而有利于提高染料敏化太阳能电池的能量转换效率。

主权项

一种具有复合纳米结构的染料敏化太阳能电池的制备方法，其包括以下步骤：（1）    取一FTO导电玻璃，将所述的FTO导电玻璃清洗备用；（2）    制备TiO₂纳米管阵列薄膜，所述的TiO₂纳米管阵列薄膜包括多个有序排列的TiO₂纳米管；（3）    将步骤（2）中制备的TiO₂纳米管阵列薄膜移植于步骤（1）中清洗备用的导电玻璃上；（4）    在TiO₂纳米管阵列薄膜上形成TiO₂纳米介孔薄膜；（5）    将步骤（4）中制备好的部件进行热处理并浸入染料敏化剂中浸泡，制备染料敏化太阳能电池的光阳极；（6）    提供另一FTO导电玻璃来作为对电极并设置于该光阳极上方，并采用一热封装膜将步骤（5）中所制备的光阳极与对电极紧密封装，该热封装膜开设有一开口；（7）    将电解液通过该开口注灌注于步骤（6）中光阳极与对电极FTO导电玻璃之间的空隙，并采用AB胶封闭该开口，最终组装成染料敏化太阳能电池；步骤（2）中的TiO₂纳米管阵列薄膜为具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管阵列薄膜；步骤（3）中的TiO₂纳米管阵列薄膜与FTO导电玻璃通过TiO₂溶胶‑凝胶连接；步骤（4）中所述的TiO₂纳米介孔薄膜是采用TiO₂溶胶‑凝胶提拉法而形成；具有高度结晶化和结构稳定性的高度有序化锐钛矿二氧化钛纳米管薄膜的制备方法包括以下步骤：（1）将高纯Ti片裁剪为小片并依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别用超声波清洗15~30min，将清洗之后的Ti片在干燥箱中干燥备用；（2）称取4~6gNH₄F溶解到15~30ml去离子水中，用磁力搅拌器搅拌15~30min使NH₄F全部溶解，然后与470~485ml甲酰胺混合均匀得到电解液；（3）将所述Ti片浸入到所述电解液中作为阳极，采用铂片电极作为对电极进行阳极氧化，在Ti片基体得到TiO₂纳米管阵列薄膜前驱体；（4）将所述TiO₂纳米管阵列薄膜前驱体在无水乙醇中超声波处理5~15s，然后用去离子水清洗3~5次；（5）将清洗之后的所述TiO₂纳米管阵列薄膜前驱体干燥处理；（6）将所述TiO₂纳米管阵列薄膜前驱体从Ti基体上剥落；（7）将所述剥落后的TiO₂纳米管阵列薄膜前驱体放入瓷方舟中，并用同样大小的瓷方舟盖住，然后将其进行退火处理。