有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明提供一种有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池为三明治结构的有机染料敏化太阳能电池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有机染料的锡酸锌纳米晶和电解质溶液；制备步骤包括：制备锡酸锌纳米晶和组装染料敏化太阳能电池。本发明制备方法简单，成本降低，电池性能好，具有优异的经济效益。

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池是藉由染料做为吸光材料，染料中价电层电子受光激发，要升至高能阶层，进而传导至米二氧化钛半导体的导电层，在经由电极引至外部。失去电子的染料则经由电池中电解质得到电子，电解质一般是由I^-/I₃^-溶于有机溶剂中形成。自从上世纪90年代初，瑞士科学家Gra¨tzel首次利用纳米技术将染料敏化太阳能电池的转化效率提高到7.1％。从此，染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)随之诞生并快速发展起来。目前能量转换效率最高的仍为Gra¨tzel等利用稀有金属钌配合物染料敏化的二氧化钛纳米晶太阳能电池。但是这些染料的制备工艺比较复杂，钌本身是稀有金属价格昂贵，来源也比较困难。为了使研究有意义，寻找低成本且性能优良的敏化剂成为研究的重点之一。锡酸锌纳米晶的禁带宽为3.6ev，是一种可作为负极的半导体材料。已有文献报道，在钌配合物N719敏化下锡酸锌纳米晶太阳能电池光电转换效率为3.8％。但是，目前还未有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜基的太阳能电池相关专利报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池及其制备方法，制备方法简单，成本降低，电池性能好，具有优异的经济效益。

本发明的有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池：为三明治结构的有机染料敏化太阳能电池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有机染料的锡酸锌纳米晶和电解质溶液；锡酸锌纳米晶的粒径约为30nm左右。

本发明的有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为：

(1)制备锡酸锌纳米晶：将ZnCl₂、SnCl₄·5H₂O、NaOH按2∶1∶8的摩尔比溶解在体积比为1∶1的水和乙醇的混合溶液中，磁力搅拌15分钟后将其置入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200℃反应24小时，经蒸馏水洗涤后室温干燥得到锡酸锌纳米晶；

(2)染料敏化太阳能电池的组装：将步骤(1)制备的锡酸锌纳米晶和高分子粘结剂制得浆，用丝网印刷将其印在导电玻璃上并在525℃焙烧2h，上述步骤重复2次，然后将其浸渍在有机染料D131中4-8h后取出，电极薄膜的颜色由白色变为黄色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

本发明的显著优点是：本发明利用的锡酸锌纳米晶是一种很好的半导体材料，小粒径锡酸锌纳米晶合成过程简单，纯度高，较大的比表面能吸附更多的染料，从而增加了光的利用率，本发明首次提供一种有机染料敏化锡酸锌纳米晶的太阳能电池及其制备方法，制备方法简单，降低了成本，具有有益的经济效益。

附图说明

图1是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池示意图，1导电玻璃FTO；2浸渍有有机染料的锡酸锌纳米晶；3电解质溶液；4对电极。

具体实施方式

制备锡酸锌纳米晶：将ZnCl₂、SnCl₄·5H₂O、NaOH按2∶1∶8的摩尔比溶解在体积比为1∶1的水和乙醇的混合溶液中，磁力搅拌15分钟后将其置入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200℃反应24小时，经蒸馏水洗涤后室温干燥得到锡酸锌纳米晶；

染料敏化太阳能电池的组装：将步骤(1)制备的锡酸锌纳米晶和高分子粘结剂制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上并在525℃焙烧2h，上述步骤重复2次，然后将其浸渍在有机染料D131中4-8h后取出，电极薄膜的颜色由白色变为黄色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

水和乙醇的混合溶液中水与乙醇的体积比为1∶1。

液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液，高分子粘结剂采用常规的高分子粘结剂，如用于电池的导电性高分子粘合剂等等。

效果实验：

用此纳米晶作染料敏化太阳能电池负极，有机染料D131为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在100mW/cm²的光强、AM1.5条件下，其光电转换效率为2.71％。

以下实施例进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

制备锡酸锌纳米晶：将2.5mmol的ZnCl₂和1.25mmol的SnCl₄·5H₂O溶解在40mL体积浓度为50％的乙醇水溶液中，加入10mL 1摩尔/升的NaOH溶液，磁力搅拌15分钟后将其置入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200℃反应24小时，经蒸馏水洗涤后室温干燥得到锡酸锌纳米晶；

染料敏化太阳能电池的组装：将步骤(1)制备的锡酸锌纳米晶和高分子粘结剂制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上并在525℃焙烧2h，上述步骤重复2次，然后将其浸渍在有机染料D131中4-8h后取出，电极薄膜的颜色由白色变为黄色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。

实施例2

制备锡酸锌纳米晶：将2.5mmol的ZnCl₂和1.25mmol的SnCl₄·5H₂O溶解在40mL体积浓度为50％的乙醇水溶液中，加入10mL 1摩尔/升的NaOH溶液，磁力搅拌15分钟后将其置入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200℃反应24小时，经蒸馏水洗涤后室温干燥得到锡酸锌纳米晶；

染料敏化太阳能电池的组装：将步骤(1)制备的锡酸锌纳米晶和高分子粘结剂制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上并在525℃焙烧2h，上述步骤重复2次，然后将其浸渍在有机染料D131中4-8h后取出，电极薄膜的颜色由白色变为黄色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。

实施例3

制备锡酸锌纳米晶：将2.5mmol的ZnCl₂和1.25mmol的SnCl₄·5H₂O溶解在体积浓度为50％的乙醇水溶液中，加入10mL 1摩尔/升的NaOH溶液，磁力搅拌15分钟后将其置入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在200℃反应24小时，经蒸馏水洗涤后室温干燥得到锡酸锌纳米晶；

染料敏化太阳能电池的组装：将步骤(1)制备的锡酸锌纳米晶和高分子粘结剂制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上并在525℃焙烧2h，上述步骤重复2次，然后将其浸渍在有机染料D131中4-8h后取出，电极薄膜的颜色由白色变为黄色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。