一种纳米晶TiO₂太阳能电池原型器件的制作方法

摘要

本发明公开了一种采用廉价的汞溴红染料制备纳米晶TiO2太阳能电池的原型器件的制作方法，其特征在于使用商业化TiO2纳米粉体，采用化学分数和粉末刮涂工艺制作多孔光电极，并用汞溴红染料制作光敏剂，制作出太阳能电池原型器件方法制作的。电池原型器件是由光阳极(包括透明导电玻璃、丝网印刷银电极、致密TiO2薄膜、纳米多孔TiO2厚膜、吸附于TiO2上的光敏化染料)、电解液(I2/I3-电解液体系)、对电极(铂催化层、丝网印刷银电极、透明导电玻璃)、以及电极封装材料等构成。本发明可望在规模化太阳能光电利用、便携式电子设备的供/充电、及太阳能交通灯、庭院灯等广泛领域得到应用。

主权项

一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法，其特征在于包括以下四步：A.原材料准备a.透明导电电极的选择和处理：选择氟掺杂氧化锡透明导电玻璃为电池的电极，其处理过程是首先以金刚石刀具对其进行切割；阳极电极和对电极所用的导电玻璃尺寸相同；再以60℃的稀硫酸对表面进行处理，然后在丙酮、乙醇和去离子水溶液中进行超声漂洗；经处理的电极置于真空干燥器中备用；b.溶胶：以钛酸四丁酯为前驱物，无水乙醇为溶剂，盐酸为催化剂，乙酰丙酮为络合剂，制备溶胶；溶胶中钛酸四丁酯与无水溶剂的体积比为0.1‑0.5；c.氯铂酸：称取一定量的氯铂酸溶解于异丙醇中，得澄清透明的桔黄色溶液，氯铂酸溶液的浓度为0.001‑0.1mol/L；d.电解液：选用的电解液为I2/I3‑体系，即为碘单质和碘元素的一价离子化合物的有机混合溶液，同时加入其它有机添加剂以强化电解液的空穴传输能力；所述的碘元素的一价离子化合物为碘化钠、碘化钾或碘化锂；所述有机混合溶液的有机溶剂为乙腈‑碳酸丙烯酯的混合液、乙腈‑碳酸乙烯酯的混合液或甲氧基乙腈；添加剂为4‑叔丁基吡啶或N‑甲基苯并咪唑；其中，碘单质的浓度范围为0.001‑0.1mol/L，碘元素的一价离子化合物的浓度范围为0.1‑1mol/L，溶液中I3‑离子的浓度为I2浓度的1‑10倍；e.汞溴红染料溶液：首先去除医用红药水，即汞溴红水溶液中的水分，然后将所得汞溴红沉淀物溶解于无水乙醇中，得到可用于敏化TiO2膜层的汞溴红染料溶液，汞溴红乙醇溶液的浓度为0.0001‑0.001mol/L；B.制备纳米多孔光阳极膜a.致密TiO2薄膜：采用旋涂技术利用高速匀胶台在阳极透明导电玻璃上制作致密TiO2薄膜，然后置于高温下进行热处理，得到透明的TiO2薄膜，匀胶台高速转速为1000‑6000转/分钟，热处理温度为450℃‑550℃；b.阳极银电极(3)制作：利用丝网印刷机将商品化的银浆印刷在步骤a已制作了薄膜的阳极透明导电玻璃上，然后在高温下进行热处理，温度为450℃‑550℃；c.纳米多孔TiO2薄膜：首先采用化学分散方法对商业化TiO2纳米粉体进行分散，然后将配制的浆料以“粉末刮涂”法涂布在致密TiO2薄膜之上，涂敷5 ‑20次至所需的厚度；最后在高温下对膜层进行热处理，热处理的温度为450℃‑550℃；d.汞溴红染料的敏化：将步骤c所得多孔膜在80‑100℃温度下，迅速放入汞溴红染料敏化溶液中，置于室温下放置8‑36小时，或置于70℃烘箱中放置1‑8小时，取出电极，以乙醇冲洗，备用；C.制备对电极a.阴极银电极制作：利用丝网印刷机将商品化银浆印刷在阴极透明导电玻璃上，银电极的形状和制作工艺与阳极银电极相同；b.铂催化层制作：采用旋涂技术利用高速匀胶台将制作好的氯铂酸溶液涂布在阴极透明导电玻璃上，然后置于高温下进行热处理，得到均匀的铂催化层；匀胶台高速转速范围为1000‑6000转/分钟，热处理温度为380℃‑500℃，涂布次数为1‑10次；c.电极打孔：利用高速金刚石钻头在对电极上钻孔，其直径尺寸为3‑5mm，孔的边缘与左侧阴极银电极的距离或右侧阴极银电极的距离和中部阴极银电极的距离分别为1‑5mm；D.电解质注入与电池封装a.初步封装：利用杜邦沙林热熔膜的高温热熔特性进行电池的初步封装，将该热熔膜切成宽度为3‑5mm，厚度为40‑100μm的条状，覆盖于阳极的银电极之上，再盖上对电极，用铁夹夹紧固定，置于烘箱中于80℃‑150℃温度中烘烤，持续时间2‑60分钟；b.电解液注入：将初步封装的电池取出，且温度降至室温后，以滴管将配好的电解液沿对电极上的小孔注入电池内，并静置2‑12小时，以使电解液充分扩散进入纳米多孔阳极；c.最终封装：采用小块玻璃和环氧树脂将对电极的小孔进行封装。