一种染料敏化太阳能电池复合光阳极及其制备方法

摘要

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池复合光阳极及其制备方法，复合光阳极结构由普通玻璃、掺F的SnO2透明导电膜、TiO2致密薄膜和TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合薄膜组成；制备方法包括采用磁控溅射技术在FTO导电玻璃基底上制备厚度约10～15nm左右的致密TiO2薄膜；采用水热合成技术制备TiO2纳米线；溶胶-凝胶法制备TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合薄膜；TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合光阳极制备；复合光阳极不仅提高了光敏染料吸附量，保障了电极具有较高的光捕获效率，而且提高了光生载流子的产生率和输运能力，减少光生载流子的复合过程，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率。

主权项

一种染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备方法，其特征在于其制备方法包括以下步骤：1)采用磁控溅射技术在掺F的SnO2透明导电膜上制备一层厚度为10～15nm的TiO2致密薄膜；2)采用水热合成技术制备TiO2纳米线；3)采用溶胶‑凝胶技术制备TiO2溶胶，把TiO2纳米线加入溶胶中，电磁搅拌，超声分散形成凝胶浆料；4)采用浸渍提拉法把凝胶浆料在致密TiO2薄膜上形成TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合薄膜；5)把制备好的TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合薄膜放入马弗炉中烧结，然后在钌配合物N719染料的无水乙醇溶液中浸泡24h，取出后洗去表面残留的染料，晾干，就得到染料敏化太阳能电池复合光阳极；上述步骤1)中采用直流磁控溅射技术制备TiO2致密薄膜的制备工艺条件是：背底真空5×10‑4Pa，工作气压2.5Pa，溅射功率为100W，Ar与O2的流量比5∶1，溅射时间8～10min；上述步骤2)中水热合成技术制备TiO2纳米线的方法是：将1g TiO2纳米粉体与浓度为10mol/L的30mL NaOH水溶液混合后，电磁搅拌15min后，得到白色悬浊液，移放到100mL的高压反应釜中，然后把反应釜放到恒温箱中180℃保温24h；反应结束后，自然冷却到室温，将白色沉淀物用去离子水反复清洗，再用0.5mol/L的HCl酸洗至pH值等于7，然后再超声分散，最后将产物在80℃烘干，再经450℃热处理30min，所得粉体即为TiO2纳米线；上述步骤3)和4)中TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合薄膜的制备方法：首先 将二乙醇胺、酞酸丁酯和无水乙醇按体积比为1∶5∶13的比例混合配成A溶液89mL，磁力搅拌2h，将无水乙醇和去离子水按1∶10的体积比混合成B溶液11mL，然后把B溶液慢慢滴入A溶液中，并用磁力搅拌器搅拌30min，然后再加入1g分子量为2000的聚乙二醇，磁力搅拌30min，，得到稳定、均匀、淡黄色透明的溶胶；把12gTiO2纳米线加入溶胶中，电磁搅拌15min，然后超声分散15min得到凝胶浆料；把已经镀有TiO2致密膜的FTO玻璃作为基体，采用浸渍提拉法制备复合薄膜，湿膜在120℃干燥10min后重复提拉18次，直至达到所需的厚度10～12μm；上述步骤5)中将制备好的TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线复合薄膜放入马弗炉中450℃烧结30min，然后降温到80℃取出，立即放入5.0×10‑4mol/L的钌配合物N719染料无水乙醇溶液中浸泡24h；取出后用乙醇洗去表面残留的染料，晾干，得到复合光阳极。