一種新型染料敏化太陽電池光陽極的製作方法

2023-06-10 14:25:01 3

專利名稱：一種新型染料敏化太陽電池光陽極的製作方法
技術領域：
本發明涉及基於一維有序納米aiO/TiA核-殼結構及紅外上轉換發光材料的染 料敏化太陽電池疊層光陽極，它可以應用於染料敏化太陽電池。
背景技術：
深入研究染料敏化太陽電池中的光電轉換的核心部分一一光陽極，對於提高染 料敏化太陽電池的光電轉換效率具有重要意義。限制光陽極光電轉換效率的因素有多方 面，但以下兩個方面的因素是不容忽視的①太陽光譜中的約佔50%的近紅外光沒有被光 陽極充分利用；②如何為電子提供快速傳輸通道，進而減小複合機率。基於以上兩點不足，提出了利用一維有序納米aiO/TiA核-殼結構及紅外上轉換 發光材料的疊層光陽極來提高染料敏化太陽電池的效率。該結構的光陽極具有如下優勢 ①充分利用了 TiO2材料優良的光伏特性；②核層一維有序納米ZnO提供了電子快速傳輸的 通道，減小了複合；③殼層TiO2材料能提高電池的開路電壓及填充因子；④利用紅外上轉 換材料能有效將近紅外光轉換成可見光，進而被染料有效的吸收。

發明內容
本發明的目的是為染料敏化太陽電池提供一種高光電轉換效率的光陽極本發明的另一個目的是為染料敏化太陽電池光陽極的製作提供了一種新的思路。按照本發明的光陽極結構，其製備的方法包括(1)在生長有ITO導電膜的玻璃襯底上用超聲噴霧熱分解的方法製備一層ZnO納 米薄膜(2)在ZnO納米薄膜上用水熱法生長核層一維有序納米SiO(3)在核層一維有序納米ZnO上用水熱法生長殼層TW2(4)水熱法製備紅外上轉換發光材料Er3+，Yb3+INaYF4(5)用旋塗法在核-殼結構之上製備TW2及紅外上轉換發光材料的複合薄膜層本發明充分利用了 一維有序納米aiO/TiA核-殼結構及紅外上轉換發光材料的 優勢，降低了製備成本，簡化製備工藝，降低製備難度，採用新型的結構，實現了光陽極光電 轉換效率的提高。


基於一維有序納米aiO/Tih核-殼結構及紅外上轉換發光材料的染料敏化太陽 電池疊層光陽極結構中透明玻璃襯底1，透明導電膜IT02，ZnO納米薄膜層3，核層一維有序納米 &104，殼層/TW25，TiO2及紅外上轉換發光材料的複合薄膜層6。
具體實施例方式如圖所示，在生長有透明導電膜IT02的玻璃襯底1上用超聲噴霧熱分解法生長一 層ZnO納米薄膜層3 (約50nm)，超聲噴霧熱分解生長過程中的溫度保持在300°C。ITO的方 塊電阻為50Ω/ □，ITO導電玻璃的透過率大於85%，核層一維有序納米&104是用水熱法製備的，將乙酸鋅放在一個能夠旋緊的帶蓋 容器中，向其中注入去離子水，並藉助於超聲使其充分溶解，然後向溶液中滴入氨水，並不 斷搖動，當溶液變澄清時，停止注入氨水。之後將生長有ZnO納米顆粒層(約50nm)的ITO 玻璃片垂直放入容器的支架上，並將蓋擰緊。最後把容器放入溫度為95°C的烘箱中，並持續 加熱。然後把容器取出，在空氣中冷卻。把冷卻後的樣品取出，並用去離子水反覆清洗，直 至表面沒有殘留物。在製備過程中需結合製備條件，使核層一維有序納米&ι04儘量垂直於 襯底生長，這樣有利於後續製作步驟的進行。在製備過程中還需注意選擇乙酸鋅的用量、氨 水的用量及在烘箱中加熱的時間。殼層是用水熱法製備的，在95°C的水浴中，通過催化劑水解鈦酸鹽的方式， 在核層一維有序納米&104上沉積殼層/Ti025，在製備過程中要注意選擇催化劑的種類、溶 液的濃度及反應的時間，這樣有助於控制殼層/Ti025的厚度、形貌及結構。紅外上轉換發光材料Er3+，Yb3+INaYF4是用水熱法製備，在製備過程中要注意摻雜 濃度、退火溫度及顆粒尺寸大小的選擇，這樣有助於得到合適的發射光譜。製備的紅外上轉 換材料的發射光要能有效的被染料吸收。TiO2及紅外上轉換發光材料的複合薄膜層6是用旋塗法製備的，依據複合薄膜層 的不同厚度，選擇不同的轉速和TW2及紅外上轉換發光材料混合漿料的濃度，將混合漿料 旋塗於核-殼結構之上，然後再放入高溫爐內焙燒(溫度小於300°c )。本發明不限於上述的實施例，可以通過改變染料的種類，來製備不同發射光譜的 紅外上轉換發光材料，一維有序納米ai0(4)/Ti02(5)核-殼結構、TiO2及紅外上轉換發光 材料的複合薄膜層6的製備方法，也可以有其它方法可供選擇。
權利要求
1. 一種基於一維有序納米aiO/TiA核-殼結構及紅外上轉換發光材料的染料敏化太 陽電池疊層光陽極，該陽極包括透明導電膜ΙΤ0(2)、透明玻璃襯底(1)、ZnO納米薄膜層 (3)、一維有序納米&i0(4)/Ti02(5)核-殼結構和TW2及紅外上轉換發光材料的複合薄膜 (6)。
2.根據權利要求1所述的染料敏化太陽電池疊層光陽極，其特徵在於，染料敏化太 陽電池疊層光陽極採用了新型的結構。其結構的關鍵組成部分為一維有序納米&ι0(4)/ TiO2 (5)核-殼結構和TiA及紅外上轉換發光材料的複合薄膜(6)。
3.根據權利要求2所述的染料敏化太陽電池疊層光陽極，其特徵在於TW2及紅外上轉 換發光材料的複合薄膜(6)在染料敏化太陽電池疊層光陽極中的應用。
4.根據權利要求3所述的染料敏化太陽電池疊層光陽極，其特徵在於紅外上轉換發光 材料的發光能被染料有效的吸收。
全文摘要
一種基於一維有序納米ZnO/TiO2核-殼結構及紅外上轉換發光材料的染料敏化太陽電池疊層光陽極，包括在生長有透明導電膜ITO(2)的透明玻璃襯底(1)上生長ZnO納米薄膜層(3)，在ZnO納米薄膜層上生長一維有序納米ZnO(4)/TiO2(5)核-殼結構，最後製備一層TiO2及紅外上轉換發光材料的複合薄膜(6)。利用一維有序納米ZnO/TiO2核-殼結構及紅外上轉換發光材料的染料敏化太陽電池疊層光陽極具有如下優勢①充分利用了TiO2材料優良的光伏特性；②核層一維有序納米ZnO為電子提供了快速傳輸的通道，減小了複合；③殼層TiO2材料能提高電池的開路電壓及填充因子；④利用紅外上轉換材料能有效將近紅外光轉換成可見光，進而被染料有效的吸收。
文檔編號H01G9/048GK102082031SQ20091023094
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者張仲, 李世帥, 李萍, 王培吉, 魏顯起, 黃金昭 申請人:濟南大學