染料敏化太阳能电池电极制作技术细节

《染料敏化太阳能电池电极制作技术细节》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、染料敏化太阳能电池电极制作技术细节　　【摘要】本文概述了染料敏华太阳能电池电极制作过程的技术细节。对制作染料敏华太阳能电池两个极板（工作极和对电极）技术细节做了详细概述；对制作电极前期导电玻璃的净化处理方法及过程的技术细节做了特别叙述；简要介绍了染料敏化电池的内部结构和工作原理。【关键词】染料敏化太阳能电池电极制作细节在染料敏华太阳能电池制作过程中，两个电极[1]的制作是最重要的制作环节，其制作程序直接影响电池的光电性能（光电转换效率等）。8常用来制作染料敏化太阳电池光阳极的半导体材料主要有纳米TiO2、ZnO、SnO2、和Nb2O5等氧化物[

2、2]。在纳米TiO2薄膜制备领域，目前有两大研究热点：在柔性衬底上制备TiO2薄膜和制备规整有序的纳米TiO2薄膜。为了改善电池的光电性能，人们采用了TiCl4表面处理、表面包覆和掺杂等物理化学修饰技术来改善纳米TiO2电极的特性。TiCl4表面处理可改变TiO2导带位置，增大光电子注入效率[3]。在纳米TiO2表面包覆具有较高导带位置的半导体或绝缘层以形成类似核-壳结构的阻挡层来减少TiO2导带电子和氧化态染料或电解质中的电子受体的复合概率[4]。实验表明，在纳米多孔薄膜中适当的掺杂他类金属离子可以增强电池的光电性能。刘秋萍等以Mg掺杂TiO

3、2薄膜取得了7.12%的转化效率，较未掺杂的电池短路电流提高了26.7%[5]。张盼盼等的研究也表明，在TiO2薄膜中掺杂Zn能提高TiO2导带能级，同时可延长俘获态电子的复合时间常数，提高电池的开路电压[6]。经过二十多年的研究，在对燃料敏化电池的光阳极、染料、电解质、对电极等关键材料的研究取得一些列可喜成果之后，其光电转化效率已经达到了15%的商业化生产标准[7]。现有文献一般叙述大体制作工序，在实际操作过程中需要有更具体的技术细节才能制作出高质量的电极。因此我们对光阳极的制作过程做了细致研究，以保证实验的稳定性与可重复性。1燃料敏化电池的

4、内部结构和工作原理（如图1）“染料敏化太阳能电池”全称“染料敏化纳米多孔TiO2薄膜太阳能电池”，是模拟自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的纳米多孔TiO2半导体膜作为光阳极，并选用适当的氧化-还原电解质，用镀铂的导电玻璃作光阴极。其主要由纳米多孔半导体TiO2薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底结构组成。8当太阳光照射到电池表面时，镶嵌在纳米TiO2薄膜表面的光敏染料吸收光子，染料分子受到激发由基态跃迁到激发态，后TiO2的导带注入电子，此时染料自身转变为氧化钛的正离子。注入到二氧化钛层的电子富集到导电基底，并通过外电路流向对

5、电极，形成电流。染料正离子接受电解质溶液中的电子给体得到电子，自身恢复为还原态，使染料分子再生。电解质中的被氧化的电子给体扩散至对电极，在对电极表面得到电子，被还原，从而完成循环，在整个过程中，表观上化学物质没有发生变化，而光能转化成了电能。2染料敏化太阳电池电极的制作细节燃料敏化电池的光阳极是由导电玻璃基底、在基底导电面结晶而成的半导体氧化物薄膜和吸附于氧化物晶体颗粒上的光敏剂三部分组成，是实现光能向电能转换的关键部件。实验发现，在光阳极的制作过程中，对导电玻璃前期处理不规范，会使电池性能起伏严重，降低实验的可重复性。故而，我们将对导电玻璃的

6、前期处理做了规范，起到了良好的效果。2.1对导电玻璃的前期处理（如图2）切割导电玻璃：按丝网印刷机的网格大小制图，按图在玻璃无导电膜的一面上切割，玻璃刀的斜度为45°为宜，在剖开玻璃时两手平行用力。打孔：在制作光阴极时需要打孔，打孔位置应预先标记，根据工作面积大小选择打孔数目，在对电极的工作面外侧进行打孔。常用的打孔设备有超声波打孔机，激光打孔机等。8清洗玻璃：用棉球蘸洗衣液清洗导电玻璃，在带有导电材料一面，棉球应沿一个方向擦动；然后，依次使用无水乙醇、丙酮、无水乙醇浸泡，并进行超声处理，每一过程持续30min左右。烧玻璃：为了去除玻璃上的有机

7、物质制造电池的玻璃以450°的温度烧结，烧结时间为3小时，取出玻璃时温度降到120°。2.2制作光阳极（如图3）（1）制备TiO2薄膜。目前制备TiO2薄膜的方法很多：浸渍法、旋转法、高温溶胶喷射沉积法、丝网印刷法、溅射法等多种技术，本文着重运用丝网印刷技术制备TiO2多孔薄膜电极，使TiO2胶体能够更好的吸附在导电玻璃上，以达到电子外电路输送效率更高的目的，过程如下：8①根据丝网版的印刷位置调整丝网印刷机的印刷范围，利用网格图，将定位玻璃板与TiO2薄膜电极一块放到印刷台上，手调定位板的位置，观察玻璃基底处于丝印图案正下方的位置。②确定位置后

8、，抬起丝网版，用胶带固定住定位玻璃板，并用铅笔轻轻勾勒出玻璃基底的具体位置。③放下丝网版后，在丝印图案边沿一端滴加少量的TiO2胶体，将软质刮刀调整到