染料敏化太阳能电池光阳极制备及其应用

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1、染料敏化太阳能电池光阳极制备及其应用李保民，纪雪梅，刘贤豪（中国乐凯胶片集团公司，保定０７１０５４）摘要：本文采用二氧化钛（Ｐ２５），粘结剂及溶剂，研磨数小时得到均匀分散的纳米二氧化钛浆料，通过涂布法在ＦＴＯ导电玻璃衬底上制备了光阳极，并用其组装成染料敏化太阳能电池。经过优化二氧化钛和粘结剂的比例，得到平整、致密、均匀的二氧化钛薄膜。对二氧化钛薄膜进行ＦＴＩＲ、ＳＥＭ和光学显微镜表征，并对组装电池进行光电性能测试，研究了二氧化钛浆料不同制备条件对太阳能电池性能的影响。结果表明，二氧化钛粉末和粘结剂质量比为４∶３时，制备的二氧化钛浆料稳定性高；涂布厚度为２０μｍ时，

2、电池性能较好。组装的染料敏化太阳能电池在１００ｍＷ／ｃｍ２模拟太阳光照下，光电转换效率达到２．５１％。关键词：二氧化钛薄膜；粘结剂；染料敏化太阳能电池；光电性能中图分类号：ＴＱ６１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－５６２４－（２０１１）０６－００１６－０５多孔纳米二氧化钛薄膜光阳极、电解质溶液（Ｉ－／１引言３－）、镀铂对电极组成。当太阳光照射到电池上时，Ｉ染料分子吸收光能被激发，激发态电子不稳定，染料敏化太阳电池（ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌ，快速注入到ＴｉＯ２导带，再通过多孔的二氧化钛薄简称ＤＳＳＣ）是在１９９１年由ＥＰＦＬ（瑞士联邦高等膜传输

3、到光阳极，从外电路通过负载传输到对电工业学院）的Ｇｒａｔｚｅｌ教授提出的一种新型光化学极，同时失去电子的氧化态染料分子很快被Ｉ－还［１，２］太阳电池，主要是由透明导电玻璃、纳米ＴｉＯ２原，实现了电荷分离；电解质中的氧化还原电对多孔半导体薄膜、染料光敏化剂、电解质和对电（Ｉ３－）将空穴传输到对电极，与电子复合，从而完极五个部分组成，纳米ＴｉＯ２多孔薄膜在染料敏化［１０］太阳能电池中起着关键作用［３，４］，由于它的多孔成一个循环。在这一循环中，二氧化钛薄膜的性，相比于单晶材料有更大的比表面积和更高的表面均匀性及与导电基材的附着性对电子传输到染料分子覆盖率，所以半导体电

4、极有很大的光吸外电路有很重要的作用，电池要有高的转化效率，收系数和光电转换效率［５，６］。近年来，ＤＳＳＣ电池需有平整且与导电基材附着性良好的光阳极薄膜。以其简单的制备工艺、低廉的成本、较高的光电本文采用涂布法在ＦＴＯ导电玻璃基材上，制转换效率、广阔的应用前景而受到世界各国科学备二氧化钛薄膜，通过优化二氧化钛粉末和粘结［７－９］剂的比例，制备了致密、平整且均一的二氧化钛家和企业的广泛关注。ＤＳＳＣ电池通常由透明导电玻璃、吸附染料的薄膜，并研究二氧化钛薄膜厚度对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。组装电池并测试其光电收稿日期：２０１１－０６－１４性能。作者简介：李保民

5、（１９６８－），男，高工，河北承德人，现在中国乐凯胶片集团公司从事科研管理工作。１６高温煅烧，恒温３０ｍｉｎ，制得ＴｉＯ２薄膜。电极制２实验备完成，重复进行ＴｉＣｌ４处理，处理完毕在马弗炉中５００℃恒温处理３０ｍｉｎ，即得到染料敏化太阳能２．１主要原材料电池光阳极用二氧化钛薄膜。ＦＴＯ导电玻璃（掺Ｆ的ＳｎＯ２，方块电阻约为采用涂布的方法，将Ｐｔ浆料涂布于清洗干净１４Ω／□）；ＴｉＯ２大颗粒（大连七色光科技公司，的导电基材上，晾制１２ｈ，置于４５０℃马弗炉中进平均粒径２００ｎｍ），ＴｉＯ２小颗粒（Ｄｅｇｕｓｓａ，平均行高温处理，恒温３０ｍｉｎ，即得Ｐｔ对电极。原生粒

6、径２１ｎｍ，比表面积约５０ｍ２／ｇ），乙基纤维２．５染料敏化太阳能电池的组装素（比利时Ａｃｒｏｓ公司）；聚乙二醇ＰＥＧ２００００将制得的ＴｉＯ薄膜电极浸入到浓度为５×１０－４２（北京恒业中远化工有限公司）；松油醇（法国ｍｏｌ／Ｌ的染料Ｎ７１９的无水乙醇中，吸附染料２ｈ。Ｆｌｕｋａ公司）；正丁醇和无水乙醇（分析纯，天津将浸泡后的片子取出，用无水乙醇冲洗掉片子上进丰化工有限公司）；ＴｉＣｌ４溶液（分析纯，天津多余的染料以保证染料单层吸附，并用吹风机吹福晨化工有限公司）；染料Ｎ７１９（苏州中晟化工有干。将吸附染料的光阳极和对电极用热封装膜粘限公司）；Ｐｔ浆料ＤＨＳ－Ｐｔ

7、和液体电解质ＤＨＳ－Ｅ２３接起来，然后将液体电解质ＤＨＳ－Ｅ２３从对电极预（大连七色光太阳能科技开发有限公司）；Ｓｕｒｌｙｎ留的小孔或两电极中的小缝中注入，再用热封装树脂薄膜（美国杜邦公司）。膜Ｓｕｒｌｙｎ树脂薄膜或密封胶将小孔或小缝封好，２．２仪器设备即组装成染料敏化太阳能电池。用德国Ｌｅｉｃａ显微图像分析仪和日本ＪＳＭ—２．６电池的光电性能测定５４００型扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了ＴｉＯ２薄膜采用１００Ｗ氙灯作为太阳光模拟器，其入射光的表面形貌；用德国ＶＥＣＴＯＲ—２２型红外吸收光强Ｐｉｎ为１００ｍＷ／ｃｍ２。在室温下用Ｋｅｉｔｈｌｅｙ２４００谱仪（ＦＴＩＲ

8、）分析了紫