染料敏化Zn<sub>2</sub>TiO<sub>4</sub>納米晶薄膜太陽能電池及其製備方法
2023-09-22 22:44:30 1
專利名稱：染料敏化Zn2TiO4納米晶薄膜太陽能電池及其製備方法
技術領域：
本發明屬於太陽能電池技術領域，更具體涉及一種染料敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池及其製備方法。
背景技術：
染料是染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)的核心部分之一，其作用是吸收太陽光，產生光電子，並將光電子傳輸到氧化物半導體導帶上。因此，染料敏化劑性能的優劣對整個電池裝置的光電轉化效率起著決定性作用。目前，仍以利用稀有金屬釕配合物染料敏化TiO2納米晶太陽能電池的光電轉化效率最高為ll.Sc/ο.由於單一的染料敏化受到染料吸收光譜的限制，很難與太陽的發射光譜相匹配，所以為了達到最佳的敏化效果，集結各種染料的優點，採用多種染料協同敏化成為DSSC研究的重點之一。 Zn2TiO4納米晶是一種可作為負極的半導體材料。但是，目前還未天然染料與釕染料協同敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池相關專利報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種天然染料與釕染料協同敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池及其製備方法，該太陽能電池製備簡單，電池性能好，具有優異的經濟效益。本發明的天然染料與釕染料協同敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池所述太陽能電池為三明治結構的太陽能電池；所述太陽能電池的兩邊分別是導電玻璃FTO和對電極，中間兩部分分別為浸漬天然染料和釕染料的Si2TiO4納米晶和電解質溶液。對電極為帶 AU鍍層的導電玻璃FTO。(正確的)作為優選，天然染料是從月季中提取的，釕染料為N719。作為優選，Zn2TiO4納米晶的粒徑為10-15nm。太薄和太后都敏化效果不好。該太陽能電池的製備方法的具體步驟為(1)天然染料的製備將採集到的月季葉子洗淨涼幹，稱量後用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上。將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，裝入棕色試劑瓶備用。(2)Zn2TiO4納米晶薄膜電極的製備①用鈦酸丁酯、二乙醇胺、去離子水和無水乙醇，按體積比3 :1:1: 12的比例配製成透明溶膠I。②用二水合醋酸鋅為反應前驅體，乙醇胺為穩定劑，乙二醇甲醚為溶劑。按乙醇胺與鋅離子的摩爾比為1 1的比例配製Si2+濃度為0. 5-0. 6mol/l的溶膠II。③分別量取一定體積的溶膠I和II，按Si與Ti 的摩爾比2 1進行混合，並磁力攪拌使之混合均勻，再加入適量的表面活性劑，如聚乙二醇PEG400，並攪拌均勻，得到膠體III。④取製備好的膠體III滴於導電玻璃上，用旋塗成膜法在導電面上塗均勻；將塗覆好膠體的FTO乾燥10-15min，重複塗膜以控制膜厚；然後在 450-550°C，燒結60-90min，即製備成納米結構Si2TiO4薄膜電極。(3)染料敏化太陽能電池的組裝將上述製備好的Si2TiO4電極玻璃片浸入到製備好的月季葉染料的乙醇溶液中，室溫浸泡36-48小時，取出後用無水乙醇清洗乾淨，晾乾， 然後浸入到釕染料N719的溶液中12-M小時後取出晾乾，即為染料敏化的Si2TiO4電極。再把它與對電極和注入的液態電解質溶液組裝在一起，形成三明治的染料敏化太陽能電池。與不同染料敏化劑混合後一次浸染相比，分開浸染的光電轉換效率更高，可能與混合後兩種敏化劑產生化學反應有關，而分開浸染敏化的吸收效果更好。所使用的液態電解質溶液採用常規的染料敏化太陽能電池電解質溶液。本發明的顯著優點是本發明的Si2TiO4納米晶是一種很好的半導體材料，小粒徑的Si2TiO4納米晶製備過程簡單，純度高，較大比表面能吸附的染料，從而增加了光的利用率，本發明首次提供一種天然染料和釕染料協同敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池及其製備方法，光電能量轉化效率達到3. 81 %以上，製備方法，簡單具有良好的電學性能，具有很好的經濟效益。
圖1是本發明的三明治結構的染料敏化太陽能電池的示意圖，1導電玻璃FT0; 2Zn2Ti04納米晶；3染料敏化劑4電解質溶液；5Au鍍層6導電玻璃FTO
具體實施例方式實施例1染料敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池的製備方法天然染料的製備(1)天然染料的製備將採集到的月季葉子洗淨烘乾，稱量後用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上。將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，裝入棕色試劑瓶備用。Zn2TiO4納米晶薄膜電極的製備①用鈦酸丁酯、二乙醇胺、去離子水和無水乙醇， 按體積比3 :1:1: 12的比例配製成透明溶膠I。②用二水合醋酸鋅為反應前驅體，乙醇胺為穩定劑，乙二醇甲醚為溶劑。按乙醇胺與鋅離子的摩爾比為1 1的比例配製Si2+濃度為0. 5mol/l的溶膠II。③分別量取一定體積的溶膠I和II，按Si與Ti的摩爾比2 1 進行混合，並磁力攪拌使之混合均勻，再加入適量的表面活性劑聚乙二醇PEG400，並攪拌均勻，得到膠體III。④取製備好的膠體III滴於導電玻璃上，用旋塗成膜法在導電面上塗均勻；將塗覆好膠體的FTO乾燥lOmin，重複塗膜以控制膜厚；然後在550°C，燒結60min，即製備成納米結構Si2TiO4薄膜電極。染料敏化太陽能電池的組裝將上述製備好的Si2TiO4電極玻片。浸入到製備好的月季葉染料的乙醇溶液中，室溫浸泡48小時，取出後用無水乙醇清洗乾淨，晾乾，然後浸入到釕染料N719的溶液中M小時後取出，即為染料敏化的Si2TiO4電極。再把它與對電極和注入的液態電解質溶液組裝在一起，形成三明治的染料敏化太陽能電池。實施例2染料敏化Si2TiO4納米晶薄膜太陽能電池的製備方法(1)天然染料的製備將採集到的月季葉子洗淨涼幹，稱量後用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上。將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，裝入棕色試劑瓶備用。(2)Zn2TiO4納米晶薄膜電極的製備①用鈦酸丁酯、二乙醇胺、去離子水和無水乙醇，按體積比3 :1:1: 12的比例配製成透明溶膠I。②用二水合醋酸鋅為反應前驅體，乙醇胺為穩定劑，乙二醇甲醚為溶劑。按乙醇胺與鋅離子的摩爾比為1 1的比例配製Si2+ 濃度為0. 6mol/l的溶膠II。③分別量取一定體積的溶膠I和II，按Si與Ti的摩爾比2 1 進行混合，並磁力攪拌使之混合均勻，再加入適量的表面活性劑，如聚乙二醇PEG400，並攪拌均勻，得到膠體III。④取製備好的膠體III滴於導電玻璃上，用旋塗成膜法在導電面上塗均勻；將塗覆好膠體的FTO乾燥15min，重複塗膜以控制膜厚；然後在550°C，燒結90min， 即製備成納米結構Si2TiO4薄膜電極。(3)染料敏化太陽能電池的組裝將上述製備好的Si2TiO4電極玻璃片浸入到製備好的月季葉染料的乙醇溶液中，室溫浸泡36小時，取出後用無水乙醇清洗乾淨，晾乾，然後浸入到釕染料N719的溶液中12小時後取出晾乾，即為染料敏化的Si2TiO4電極。再把它與對電極和注入的液態電解質溶液組裝在一起，形成三明治的染料敏化太陽能電池。實施例3不同染料敏化太陽能電池性能測試以氙燈為模擬太陽光源，在光強lOOMw/cm2，AMI. 5條件下測試其光電轉換效率。
權利要求
1.一種染料敏化Si2TiO4納米晶薄膜的太陽能電池，其特徵在於所述太陽能電池為三明治結構的太陽能電池；所述太陽能電池的兩邊分別是導電玻璃FTO和對電極，中間兩部分分別為浸漬天然染料和釕染料的Si2TiO4納米晶和電解質溶液。
2.根據權利要求ι所述的染料敏Kai2TiO4納米晶薄膜的太陽能電池，其特徵在於天然染料是從月季中提取的，釕染料為N719。
3.根據權利要求ι所述的染料敏Kai2Tio4納米晶薄膜的太陽能電池，其特徵在於 Zn2TiO4納米晶的粒徑為10-15nm。
4.一種權利要求1或2所述的染料敏Kai2TiO4納米晶薄膜的太陽能電池的製備方法， 其特徵在於所述製備方法的步驟(1)天然染料的製備將採集的月季葉子，洗淨烘乾，稱量後用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上；濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，裝入棕色試劑瓶備用；(2)Zn2TiO4納米晶薄膜電極的製備①用鈦酸丁酯、二乙醇胺、去離子水和無水乙醇， 按體積比3 :1:1: 12的比例配製成透明溶膠I ；②用二水合醋酸鋅為反應前驅體，乙醇胺為穩定劑，乙二醇甲醚為溶劑，按乙醇胺與鋅離子的摩爾比為1 1的比例配製Si2+濃度為0. 5-0. 6mol/l的溶膠II ；③分別量取一定體積的溶膠I和II，按Si與Ti的摩爾比2 1 進行混合，並磁力攪拌使之混合均勻，再加入適量的表面活性劑，如聚乙二醇PEG400，並攪拌均勻，得到膠體III ；④取製備好的膠體III滴於導電玻璃上，用旋塗成膜法在導電面上塗均勻；將塗覆好膠體的FTO乾燥10-15min，重複塗膜以控制膜厚；然後在450_550°C，燒結60-90min，即製備成納米結構Zn2TiO4薄膜電極；(3)染料敏化太陽能電池的組裝將上述製備好的Si2TiO4電極玻璃片浸入到製備好的月季葉染料的乙醇溶液中，室溫浸泡36-48小時，取出後用無水乙醇清洗乾淨，晾乾，然後浸入到釕染料N719的溶液中12-24小時後取出晾乾，即為染料敏化的Si2TiO4電極。再把它與對電極和注入的液態電解質溶液組裝在一起，形成三明治的染料敏化太陽能電池。
全文摘要
本發明提供一種染料敏化Zn2TiO4納米晶薄膜的太陽能電池及其製備，該太陽能電池為三明治結構的天然染料敏化太陽能電池；所述太陽能電池的兩邊部分別為導電玻璃FTO和對電極，中間兩部分分別為浸漬有天然染料和釕染料的Zn2TiO4納米晶和電解質溶液。製備步驟包括Zn2TiO4納米晶薄膜層的製備，天然染料的製備和組裝染料敏化太陽能電池。本發明製備方法簡單，成本降低，電池性能好，具有優異的經濟效益。
文檔編號H01G9/042GK102509636SQ20111035968
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者何祖明, 唐斌, 夏詠梅, 曹先勝, 黃正逸 申請人:常州大學