一种利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法

摘要

本发明公开了一种利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)共吸附剂溶液的配置：将共吸附剂加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度范围为0.1～3mM的共吸附剂溶液；(2)光阳极的修饰：将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的修饰方法，具体涉及一种利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法。 

背景技术

随着能源危机的进一步加剧，寻找可持续的清洁能源迫在眉睫，太阳能作为一种理想的新型能源引起广大科研工作者的极大兴趣。在几代太阳能电池的发展过程中，染料敏化太阳能电池因其环境友好，成本低，制作工艺简单而成为该领域的宠儿。目前已经报道在实验室中得到的染料敏化太阳能电池的最高转换效率约12.3％，距离产业化应用还有较大差距。 

染料敏化太阳能电池的光电转换效率主要取决于光捕获效率、电子注入效率和电子收集效率。光捕获效率与敏化剂的吸附量及敏化剂的光吸收范围有关；电子注入效率与电子的转移速率有关；电子收集效率与电子的复合和电子的回传有关。为了提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，在电池的光阳极方面，主要通过优化纳米半导体薄膜的结构，提高电子传输速率、减小光生电子的复合、提高染料吸附量从而提高光电转换效率。也有利用共吸附剂抑制染料在半导体表面的聚集，从而提高电子注入效率；共吸附剂填补半导体上没有被染料吸附的空位，与染料共同形成一层绝缘层，阻碍电解质中的电于受体靠近半导体表面，从而抑制暗电流；共吸附剂的存在引起半导体带边的移动以提高开路电压。但由于研究较多的胆酸类共吸附剂的存在会影响染料的吸附量，使得最终的对染料敏化太阳能电池光电转换效率的提高并不显著，甚至有降低趋势，这制约了胆酸类共吸附剂的广泛使用。而本文所研究乙酰丙酮及其衍生物作为共吸附剂，可提高光电流，并在一定程度提高开路电压从而对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有所提高。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，该方法通过共吸附剂与染料的协同作用，提高电子 注入效率，抑制电子复合，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。 

本发明为实现上述目的而采用的技术方案为： 

一种利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，采用共吸附剂处理吸附染料后的二氧化钛纳米多孔薄膜，以提高染料敏化太阳能电池光电转换效率； 

所述的共吸附剂具有以下分子式结构： 

式中：R为碳链长度为4-20的直链烷基、支链烷基、含卤烷基或苯基、苯胺基、咔唑基。 

所述的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其包括如下步骤： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将共吸附剂加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶0.1～2，优选体积比1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度范围为0.1～3mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

所述的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极，其置于共吸附剂溶液中进行处理的温度为室温。 

经本发明所述利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法修饰后的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极与相同面积的铂对电极组装在一 起，中间灌注电解液，即可得到染料敏化太阳能电池。 

本发明具有以下优点和有益效果： 

1、本发明通过共吸附剂的协同作用，提高了电池的短路电流以提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率； 

2、本发明通过共吸附剂的作用有效的抑制了电子的复合从而提高电池的开路电压以提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率； 

3、本发明工艺简单，反应条件温和，不需要昂贵的设备和原料，有利于工业推广。 

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步说明。 

附图说明

图1为本发明的不同共吸附剂分别修饰涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极制备出的染料敏化太阳能电池的J-V曲线进行比较的示意图； 

其中： 

1.实施例1染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

2.实施例2染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

3.实施例3染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

4.实施例4染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

5.实施例5染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

6.实施例6染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

7.实施例7染料敏化太阳能电池的J-V曲线； 

具体实施方式

实施例1： 

参见图1，本发明提供了一种利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，采用共吸附剂处理吸附染料后的二氧化钛纳米多孔薄膜，以提高染料敏化太阳能电池光电转换效率； 

所述的共吸附剂具有以下分子式结构： 

式中：R为碳链长度为4-20的直链烷基、支链烷基、含卤烷基或苯基、苯胺基、咔唑基。 

所述的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其包括如下步骤： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将乙酰丙酮加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度为0.3mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

所述的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极，其置于共吸附剂溶液中进行处理的温度为室温。 

经本发明所述利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法修饰后的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极与相同面积的铂对电极组装在一起，中间灌注电解液，即可得到染料敏化太阳能电池。 

实施例2： 

本实施例提供的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其步骤与实施例1相同，其不同之处在于： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将3-丁基-2，4-戊二酮加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度为0.3mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化 30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

实施例3： 

本实施例提供的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其步骤与实施例1、2相同，其不同之处在于： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将3-苯基-2，4-戊二酮加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度为0.3mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

实施例4： 

本实施例提供的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其步骤与实施例1、2、3相同，其不同之处在于： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将3-苯基-2，4-戊二酮加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度为0.1mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛 多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

实施例5： 

本实施例提供的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其步骤与实施例1、2、3、4相同，其不同之处在于： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将3-苯基-2，4-戊二酮加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度为1mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

实施例6： 

本实施例提供的利用共吸附剂提高染料敏化太阳能电池光电性能的方法，其步骤与实施例1、2、3、4、5相同，其不同之处在于： 

(1)共吸附剂溶液的配置 

将3-苯基-2，4-戊二酮加入到乙腈和叔丁醇的混合溶液中，其中乙腈溶液与叔丁醇溶液的体积比为1∶1，在室温的条件下，避光搅拌12小时，配置成浓度为3mM的共吸附剂溶液； 

(2)光阳极的修饰 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；将吸附染料的二氧化钛多孔薄膜置于步骤(1)配置的共吸附剂溶液中，静置0.5～12小时，然后缓缓取出，用乙醇清洗后，冷风吹干，即得到经共吸附剂修饰的涂覆有二氧化 钛多孔薄膜的光阳极。 

实施例7： 

本实施例提供无共吸附剂染料敏化太阳能电池的制备方法，其步骤如下： 

将500℃煅烧处理后的二氧化钛多孔薄膜，在150℃的温度条件下，活化30min，在80℃的温度条件下，恒温30min后，将其浸泡N719染料中，静置24小时，然后取出，用乙醇清洗后，用冷风吹干；即得到涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极。 

经本发明所述得到的涂覆有二氧化钛多孔薄膜的光阳极与相同面积的铂对电极组装在一起，中间灌注电解液，即可得到染料敏化太阳能电池。 

表1 为实施咧1、2、3、4、5、6、7的测试结果，从表中可以明显的看出，采用本发明是可以提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。 

本发明采用权利要求书中述说的不同体积比乙腈溶液与叔丁醇溶液，制备相应浓度的共吸附剂溶液，均可以达到上述效果。 

本发明具有以下优点和有益效果： 

1、本发明通过共吸附剂的协同作用，提高了电池的短路电流以提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率； 

2、本发明通过共吸附剂的作用有效的抑制了电子的复合从而提高电池的开路电压以提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率； 

3、本发明工艺简单，反应条件温和，不需要昂贵的设备和原料，有利于工业推广。 

但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明中记载的步骤的其他实施例，及所作的等效变化，均包 含在本发明的保护范围内。