專利名稱：：一種納米晶TiO₂太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，屬于半導(dǎo)體和太陽(yáng)能光電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)頻發(fā)的電、煤、油等常規(guī)能源危機(jī)使能源問(wèn)題日益凸顯為制約國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民日常生活的瓶頸。開(kāi)發(fā)新型能源，擺脫能源短缺困擾，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展尋求"新動(dòng)力"，是當(dāng)前我國(guó)能源發(fā)展的重要課題。在各種新能源中，太陽(yáng)能是來(lái)源取之不盡、用之不竭的可再生能源，也是不會(huì)造成任何環(huán)境污染、不破壞生態(tài)環(huán)境的清潔能源，因而備受矚目。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是最重要的一種太陽(yáng)能利用形式，其可持續(xù)發(fā)展在根本上取決于電池成本的降低。目前，單晶硅太陽(yáng)電池雖因其高光電轉(zhuǎn)換效率而成為光伏發(fā)電的主流，但由于使用高純硅材料和復(fù)雜的半導(dǎo)體制造工藝，成本一直居高不下，難于在短期內(nèi)與現(xiàn)有的常規(guī)能源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。因此，開(kāi)發(fā)低造價(jià)、高性能的新型太陽(yáng)電池，是打破這一僵局的重要途徑。染料敏化太陽(yáng)電池(DSC)是一類新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜電池，集成了當(dāng)前最先進(jìn)的納米技術(shù)、表面、界面和半導(dǎo)體技術(shù)，是新型太陽(yáng)電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。DSSC相對(duì)于傳統(tǒng)硅太陽(yáng)電池的最大優(yōu)勢(shì)，是其低生產(chǎn)成本(僅為硅太陽(yáng)電池的1/51/10)和高光電轉(zhuǎn)換效率(實(shí)驗(yàn)室小面積電池最高效率11%)，因此未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?。在DSC研究中，廉價(jià)光敏化劑材料的探索以及納米多孔光陽(yáng)極膜的可控制備是兩個(gè)重要的研究方向。就光敏化劑而言，目前效率最好的染料為聯(lián)吡啶釕系列染料(如瑞士solaronix公司生產(chǎn)的N3紅色染料和N719黑色染料)，但由于使用稀有金屬釕及合成復(fù)雜，其價(jià)格異常昂貴(2-5萬(wàn)元/克)，這在很大程度上限制了染料敏化電池的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。因此，采用廉價(jià)染料替代聯(lián)吡啶釕系列染料，制作具有較高性能的廉價(jià)太陽(yáng)能電池，將是今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)DSC領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。就納米多孔光陽(yáng)極而言，其可控制備問(wèn)題一直是DSC領(lǐng)域懸而未決的技術(shù)難點(diǎn)。DSC光陽(yáng)極的孔結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其厚度通常在lO^im以上，構(gòu)成薄膜的納米粒子尺寸一般為15-30nm，膜層粗糙因子大于1000。要實(shí)現(xiàn)對(duì)如此復(fù)雜膜層的微觀孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制非常困難。目前的光陽(yáng)極膜制備方法中，人們采用最多的是"粉末刮涂"和"絲網(wǎng)印刷"技術(shù)，而前者由于所需設(shè)備工藝簡(jiǎn)單、可重復(fù)性好等特點(diǎn)，而得到研究者較多的關(guān)注。Gmtzel等報(bào)道的"粉末刮涂"技術(shù)是實(shí)驗(yàn)室制作光陽(yáng)極的最常用方法。由于采用商業(yè)化Ti02納米粉體作為原材料，該方法工藝比其他方法更為簡(jiǎn)單，膜層中Ti02晶粒的尺度控制性好，且易于制備較厚膜層(如10微米以上)。然而，該法采用物理機(jī)械方式對(duì)納米顆粒進(jìn)行分散，因此具有漿料攪拌時(shí)間長(zhǎng)(約3小時(shí))、水分易揮發(fā)、難于長(zhǎng)期保存等缺點(diǎn)，在很大程度上限制了其應(yīng)用。本發(fā)明擬采用"化學(xué)分散方式"對(duì)Ti02納米顆粒進(jìn)行分散，透過(guò)調(diào)整漿料濃度和成孔劑的種類和摻量實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)極膜微觀結(jié)構(gòu)的更有效控制；使用由醫(yī)用紅藥水提純得到汞溴紅作為光敏化劑。從而制作出太陽(yáng)能電池原型器件。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，使用商業(yè)化Ti02納米粉體，使用化學(xué)分散和粉末刮涂工藝制作納米多孔光陽(yáng)極；使用廉價(jià)的汞溴紅染料作為光敏化劑，從而制作出太陽(yáng)能電池原型器件。本發(fā)明所制作的太陽(yáng)能電池是由如下四部分構(gòu)成一、光陽(yáng)極(包括陽(yáng)極FTO透明導(dǎo)電玻璃、陽(yáng)極銀電極、致密Ti02薄膜、納米多孔Ti02厚膜、吸附于Ti02上的光敏化染料)、二、電解液、三、對(duì)電極(陰極FTO透明導(dǎo)電玻璃、陰極刷銀電極、鉑催化層、??？L、四、電極封裝材料(包括密封條、密封塊)。欲制作所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是1.原材料準(zhǔn)備a.透明導(dǎo)電電極的選擇和處理選擇氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電玻璃為電池的電極。其處理過(guò)程如下首先以金剛石刀具對(duì)其進(jìn)行切割，尺寸為2X3cm、2X5cm或其他尺寸；陽(yáng)極電極和對(duì)電極所用的導(dǎo)電玻璃尺寸相同。以熱的稀硫酸(約60。C)對(duì)其進(jìn)行表面處理，然后在丙酮、乙醇和去離子水溶液中進(jìn)行超聲漂洗，經(jīng)處理的電極置于真空干燥器中備用。b.TK)2溶膠以鈦酸丁酯為前驅(qū)物，無(wú)水乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑，乙酰丙酮為絡(luò)合劑，制備Ti02溶膠。溶膠中鈦酸四丁酯與其它溶劑的體積比范圍為0.1-0.5。具體方法可參考專利CN200510039171.6。C.氯鉬酸稱取一定量的氯鉑酸溶解于異丙醇中，得澄清透明的桔黃色溶液。氯鉑酸溶液的濃度為0.001-0.1mol/l。d.電解液本發(fā)明中選用的電解液為12/13一體系，即為碘(12)單質(zhì)和碘元素的一價(jià)離子化合物的有機(jī)混合溶液，同時(shí)加入其它有機(jī)添加劑以強(qiáng)化電解液的空穴傳輸能力。碘元素的一價(jià)離子化合物可以為碘化鈉、碘化鉀、碘化鋰等，有機(jī)溶劑可選擇乙腈-碳酸丙烯酯(或乙腈-碳酸乙烯酯)混合溶液、甲氧基乙腈等，添加劑一般為4-叔丁基吡啶或7V-甲基苯并咪唑。碘(12)單質(zhì)的濃度范圍為0.001-0.1mo1/1，碘元素的一價(jià)離子化合物的濃度范圍為0.1-lmo1/1，溶液中13一離子的濃度一般為12濃度的1-10倍。當(dāng)選擇乙腈-碳酸丙烯酯(或乙腈-碳酸乙烯酯)復(fù)合溶劑時(shí)，復(fù)合溶劑中二者的比例范圍為1:10-10:1(體積比)。e.汞溴紅染料溶液本發(fā)明方法在于首先去除醫(yī)用紅藥水(即汞溴紅水溶液)中的水分，然后將所得汞溴紅沉淀物溶解于無(wú)水乙醇，從而得到可用于敏化Ti02膜層的汞溴紅染料溶液。汞溴紅乙醇溶液的濃度為0.0001-0.001mol/l。2.制備納米多孔光陽(yáng)極膜。a.致密Ti02薄膜采用旋涂技術(shù)利用高速勻膠臺(tái)在陽(yáng)極透明導(dǎo)電玻璃上制作致密Ti02薄膜，然后置于高溫下進(jìn)行熱處理，得到透明的Ti02薄膜。勻膠臺(tái)高速轉(zhuǎn)速范圍為1000-6000轉(zhuǎn)/分鐘，勻膠時(shí)間為10-60秒，熱處理溫度為450-550。C。b.陽(yáng)極銀電極制作利用絲網(wǎng)印刷機(jī)將商品化銀漿印刷在己制作了薄膜的陽(yáng)極透明導(dǎo)電玻璃上，銀電極形狀如附圖3(b)所示，寬度為l-3mm。然后在高溫下進(jìn)行熱處理，溫度為450-550QC。c.納米多孔TK)2厚膜首先采用化學(xué)分散方法對(duì)商業(yè)化Ti02納米粉體進(jìn)行分散，然后將配制的漿料以"粉末刮涂"法涂布在致密Ti02薄膜之上，至所需的厚度；最后在高溫下對(duì)膜層進(jìn)行熱處理(溫度為450-550。C)。具體方法為取適量P-25型Ti02粉體，與去離子水和濃HN03混合，在水浴條件下攪拌；再以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去水分，得到表面吸附HN03的Ti02納米粉體。取上述粉體若干，加水、聚乙二醇、表面活性劑適量，在瑪瑙研缽中研磨，得到分散均勻的Ti02漿料(濃度范圍為0.1-lgTi(Vml水)。以塑料膠帶為墊片，借助玻璃棒將Ti02漿料涂覆在FTO襯底上。每一層涂好后，以電吹風(fēng)吹干膜層水分，然后進(jìn)行下一次涂覆。涂覆次數(shù)為5-20次。d.汞溴紅染料的敏化將步驟c所得多孔膜趁熱(溫度約80-100。C)迅速放入汞溴紅染料敏化溶液中，置于室溫下放置8-36小時(shí)，或置于70。C烘箱中放置l-8小時(shí)。取出電極，以乙醇沖洗，備用。制備的Ti02光陽(yáng)極膜的膜層致密、均勻，呈納米多孔結(jié)構(gòu)，Ti02晶粒尺寸為20—30腿。3.制備對(duì)電極。a.陰極銀電極制作利用絲網(wǎng)印刷機(jī)將商品化銀漿印刷在陰極透明導(dǎo)電玻璃(2)上，銀電極的形狀和制作工藝與陽(yáng)極銀電極相同。b.鉑催化層制作采用旋涂技術(shù)利用高速勻膠臺(tái)將制作好的氯鉑酸溶液涂布在陰極透明導(dǎo)電玻璃上，然后置于高溫下進(jìn)行熱處理，得到均勻的鉑催化層。勻膠臺(tái)高速轉(zhuǎn)速范圍為1000-6000轉(zhuǎn)/分鐘，勻膠時(shí)間為10-60秒，熱處理溫度為380-500°C，涂布次數(shù)為1-10次。c.電極打孔利用高速金剛石鉆頭在對(duì)電極上鉆孔，其直徑尺寸為3-5mm，孔的邊緣與左側(cè)(或右側(cè))銀槳電極和中部銀電極分別為l-5mm。。4.電解液注入與電池封裝a.初步封裝利用杜邦沙林熱熔膜的高溫?zé)崛厶匦赃M(jìn)行電池的初步封裝。將該熱熔膜切成寬度為3-5mm，厚度為40-100um的條狀(四條)，覆蓋于陽(yáng)極的銀電極之上，再蓋上對(duì)電極(具體位置參見(jiàn)附圖3)，用鐵夾夾緊固定，置于烘箱中(80-150°C)烘烤，持續(xù)時(shí)間2-60分鐘。b.電解液注入將初步封裝的電池取出，待其溫度降至室溫后，以滴管將配好的電解液沿對(duì)電極上的小孔注入電池內(nèi)，并靜置2-12小時(shí)，以使電解液充分?jǐn)U散進(jìn)入納米多孔陽(yáng)極。c.最終封裝采用小塊玻璃(普通玻璃，厚1毫米，尺寸略大于對(duì)電極的小？L)和環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)對(duì)電極的小孔進(jìn)行封裝。環(huán)氧樹(shù)脂可采用市售AB膠、百得膠或其他各種類型的環(huán)氧樹(shù)脂材料。本發(fā)明的特點(diǎn)1.本發(fā)明的特征在于，采用"化學(xué)分散"與"粉末刮涂"相結(jié)合的技術(shù)，經(jīng)多次漿料涂布制備Ti02納米多孔膜層，與傳統(tǒng)方法采用普通未處理納米粉體或水熱合成納米粉體制作光陽(yáng)極相比，本方法不僅可提高電極制作效率，降低器件成本，而且提高了對(duì)納米多孔Ti02膜層微觀結(jié)構(gòu)的可控性。2.本發(fā)明的特征在于，采用醫(yī)用紅藥水經(jīng)提純制得的汞溴紅染料作光敏化劑，可在保持較高光電轉(zhuǎn)換效率的前提下，顯著降低電池的制作成本。3.采用如附圖3所示的結(jié)構(gòu)制作納米晶Ti02太陽(yáng)能電池，該結(jié)構(gòu)中致密Ti02薄膜的旋涂制作方法，光陽(yáng)極和對(duì)電極的銀電極的形狀及其絲網(wǎng)印刷制作工藝，鉑催化層的旋涂制備技術(shù)，對(duì)電極上電解液注入小孔的制作工藝，電池的初步封裝與最終封裝工藝，均屬于本發(fā)明的特點(diǎn)。4.本發(fā)明的特征在于，采用碘(12)單質(zhì)和碘元素的一價(jià)離子化合物的有機(jī)混合溶液作電解液，有機(jī)溶劑選擇乙腈-碳酸丙烯酯(或乙腈-碳酸乙烯酯)混合溶液、甲氧基乙腈，同時(shí)加入4-叔丁基吡啶或7V-甲基苯并咪唑等添加劑以強(qiáng)化電解液的空穴傳輸能力。5.表1給出了采用本發(fā)明方法制備的典型電池原型器件的性能。可以看出，氧化鈦漿料的涂布次數(shù)(即光陽(yáng)極膜的厚度)和燒結(jié)溫度對(duì)電池性能影響顯著。經(jīng)12-15次涂布、50(TC熱處理得到的光陽(yáng)極膜具有較優(yōu)的電池性能(V。e430mV;Ise~150-215nA)。需要說(shuō)明的是，雖然從本發(fā)明效果來(lái)看，以汞溴紅為敏化劑的太陽(yáng)能電池性能尚無(wú)^^與聯(lián)吡啶釕染料N3或N719相比，這同汞溴紅分子與Ti02晶粒的結(jié)合強(qiáng)度不如N3/N719-Ti02體系牢固有關(guān)。K.Ham的研究表明，汞溴紅-ZnO光陽(yáng)極體系(rp2.52)可獲得比汞溴紅-1102體系("=1.44)更高的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，開(kāi)發(fā)專門(mén)針對(duì)汞溴紅等廉價(jià)染料的半導(dǎo)體光陽(yáng)極體系，不失為規(guī)避昂貴的聯(lián)吡啶釕染料、制作低成本染料敏化電池的有效途徑。有望在規(guī)?；?yáng)能光電利用，便攜式電子設(shè)備的供/充電及太陽(yáng)能交通燈、庭院燈方面得到廣泛應(yīng)用。附表1汞溴紅敏化納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖1Ti02光陽(yáng)極膜的斷面掃描電鏡照片。圖中，襯底-普通載玻片；漿料涂敷次數(shù)-5次；燒結(jié)溫度-50(fC。圖(a)為1102膜層斷面(放大倍數(shù)5000倍)的掃描電鏡照片，說(shuō)明整個(gè)膜層致密、均勻，無(wú)孔洞或分層現(xiàn)象存在，膜厚約7微米。圖(b)為T(mén)iOj莫層斷面(放大倍數(shù)100000倍)的掃描電鏡照片，說(shuō)明在納米尺度，膜層呈現(xiàn)明顯的納米多孔結(jié)構(gòu)特征，Ti02晶粒尺寸在20-30nm。圖2依據(jù)實(shí)施例1制備的汞溴紅敏化Ti02光陽(yáng)極膜的透過(guò)光譜。(a)漿料涂敷次數(shù)為5次，(b)漿料涂敷次數(shù)為12次，(c)漿料涂敷次數(shù)為15次，燒結(jié)溫度均為500°C圖3汞溴紅敏化納米晶Ti02太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)物照片。(a)器件結(jié)構(gòu)示意圖-剖面(b)器件結(jié)構(gòu)示意圖-平面其中l(wèi)-陽(yáng)極FTO透明導(dǎo)電玻璃；2-陰極FTO透明導(dǎo)電玻璃；3-陽(yáng)極銀電極；4-陰極銀電極；5-電極保護(hù)層；6-致密Ti02薄膜；7-染料敏化的Ti02納米顆粒；8-納米多孔Ti02厚膜；9-密封條；10-電解液；ll-鉑催化層；12-密封塊；13-對(duì)電極上的小孔。(c)實(shí)物照片。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:1.原材料準(zhǔn)備。a.透明導(dǎo)電電極選擇尺寸為2X3cm的氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電玻璃為電池的電極。陽(yáng)極電極和對(duì)電極所用的FTO玻璃尺寸相同。首先以熱稀硫酸(60°C)浸泡電極30分鐘，然后依次在丙酮、乙醇和去離子水溶液中進(jìn)行超聲漂洗20分鐘。處理好的電極置于真空干燥器中備用。b.Ti()2溶膠取15毫升鈦酸四丁酯與一定量的乙酰丙酮混合，再加入40毫升無(wú)水乙醇，充分?jǐn)嚢韬蟮玫降S色混合液A。將0.3毫升鹽酸、IO毫升去離子水與20毫升無(wú)水乙醇的混合液B，在劇烈攪拌下緩慢滴加入混合液A中，攪拌一段時(shí)間后得到透明的溶膠。c.氯鉑酸稱取2.05克氯鉑酸溶解于250毫升異丙醇中，得澄清透明的桔黃色溶液。d.電解液稱取碘化鋰6.6925克，碘0.7614克，溶解于乙腈-碳酸丙烯酯的混合溶液100毫升，其中，乙腈與碳酸丙烯酯的體積比為6:4。e.汞溴紅染料溶液量取l毫升醫(yī)用紅藥水(2%汞溴紅水溶液)置于燒杯，在105。C烘箱中烘至水分全干，然后向燒杯中加入5毫升無(wú)水乙醇，得到濃度約0.0005mol/l的汞溴紅乙醇溶液。2.制備納米多孔光陽(yáng)極膜。a.致密Ti02薄膜(6):采用所述的Ti02溶膠在陽(yáng)極透明導(dǎo)電玻璃上制作致密Ti02薄膜，然后置于高溫下進(jìn)行熱處理，得到透明的Ti02薄膜。勻膠臺(tái)轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)，勻膠時(shí)間為30秒，熱處理溫度為50(TC。b.陽(yáng)極銀電極(3)制作利用絲網(wǎng)印刷機(jī)將商品化銀漿印刷在已制作了薄膜的陽(yáng)極透明導(dǎo)電玻璃(1)制作銀電極，銀電極形狀如附圖3(b)所示，寬度為2mm。然后在500。C下進(jìn)行熱處理，時(shí)間30分鐘。c.納米多孔TK)2膜層取P-25型Ti02納米粉體3克，與去離子水60毫升和濃HNCM).5毫升混合，在水浴條件下攪拌8小時(shí)；再以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去水分，得到表面吸附HN03的Ti02納米粉體。量取上述粉體0.8克，與4毫升水、0.25克聚乙二醇400、適量表面活性劑SDS混合，在瑪瑙研缽中研磨30分鐘，得到分散均勻的Ti02漿料。以塑料膠帶為墊片，借助玻璃棒將Ti02漿料涂覆在FTO襯底上。每一層涂好后，以電吹風(fēng)吹干膜層水分，然后進(jìn)行下一次涂覆。涂覆次數(shù)為12次。d.汞溴紅染料的敏化待步驟c所得多孔膜冷卻至80°C，迅速放入前述制備的汞溴紅染料敏化溶液中，置于室溫下放置12小時(shí)。取出電極，以乙醇沖洗，備用。3.制備對(duì)電極。a.陰極銀電極(4)制作利用絲網(wǎng)印刷機(jī)將商品化銀漿印刷在陰極透明導(dǎo)電玻璃(2)上，銀電極的形狀和制作工藝與陽(yáng)極銀電極(3)相同。b.鉑催化層(11)制作采用0.02mol/l的氯鉑酸異丙醇溶液為前驅(qū)液，以旋涂技術(shù)涂布在(2)上，然后將其置于390°C管式爐中進(jìn)行熱處理，得到鉑催化層。勻膠臺(tái)高速轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，勻膠時(shí)間為30秒，涂布次數(shù)為2次。c.電極打孔利用高速金剛石鉆頭在對(duì)電極上鉆孔(13)，其直徑尺寸為3mm，孔的邊緣與左側(cè)(或右側(cè))銀漿電極和中部銀電極分別為3mm。4.電解液注入與電池封裝a.初步封裝將厚度為100um的杜邦沙林熱熔膜切成寬度約3-5mm、長(zhǎng)度約1.5cm的條狀，覆蓋于陽(yáng)極的銀電極之上，再蓋上對(duì)電極(具體位置參加附圖3)，用鐵夾夾緊固定，置于100。C烘箱中烘烤5分鐘。b.電解液注入將初步封裝的電池取出且待其溫度降至室溫后，以滴管將配好的電解液沿對(duì)電極上的小孔注入電池內(nèi)，靜置2小時(shí)。c.最終封裝采用尺寸為3.5X3.5mm、厚lmm的普通玻璃片(12)和環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)對(duì)電極的小孔進(jìn)行最后封裝。實(shí)施例2:1.原材料準(zhǔn)備。d.電解液(10):稱取碘化鋰0.67克，碘1.27克，叔丁基吡啶3.38克，溶解于乙腈-碳酸丙烯酯的混合溶液100毫升，其中，乙腈與碳酸丙烯酯的體積比為4:6。e.汞溴紅染料溶液量取2毫升醫(yī)用紅藥水(2%汞溴紅水溶液)置于燒杯，在105。C烘箱中烘至水分全干，然后向燒杯中加入5毫升無(wú)水乙醇，得到濃度約0.001mol/l的汞溴紅乙醇溶液。2.制備納米多孔光陽(yáng)極膜。c.納米多孔1102膜層(8):量取表面吸附HN03的Ti02納米粉體0.8克，與4毫升水、0.3克聚乙二醇10000、適量表面活性劑SDS混合，在瑪瑙研缽中研磨30分鐘，得到分散均勻的Ti02漿料。以塑料膠帶為墊片，借助玻璃棒將Ti02漿料涂覆在FTO襯底上。每一層涂好后，以電吹風(fēng)吹干膜層水分，然后進(jìn)行下一次涂覆。涂覆次數(shù)為10次。3.制備對(duì)電極。b.鉑催化層(11)制作采用0.02mol/l的氯鉑酸異丙醇溶液為前驅(qū)液，以旋涂技術(shù)涂布在陰極透明導(dǎo)電玻璃(2)上，然后將其置于390°C管式爐中進(jìn)行熱處理，得到鉑催化層。勻膠臺(tái)高速轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，勻膠時(shí)間為30秒，涂布次數(shù)為5次。其它步驟與實(shí)施例l相同。權(quán)利要求1、一種納米晶TiO2太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于使用商業(yè)化TiO2納米粉體，采用化學(xué)分?jǐn)?shù)和粉末刮涂工藝制作多孔光電極，并用汞溴紅染料制作光敏劑，制作出太陽(yáng)能電池原型器件。2、按權(quán)利要求1所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于具體制作步驟包括以下四步A.原材料準(zhǔn)備a.透明導(dǎo)電電極的選擇和處理選擇氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電玻璃為電池的電極，其處理過(guò)程是首先以金剛石刀具對(duì)其進(jìn)行切割；陽(yáng)極電極和對(duì)電極所用的導(dǎo)電玻璃尺寸相同；再以熱的稀硫酸對(duì)表面進(jìn)行處理，然后在丙酮、乙醇和去離子水溶液中進(jìn)行超聲漂洗;經(jīng)處理的電極置于真空干燥器中備用；b.Ti02溶膠以鈦酸丁酯為前驅(qū)物，無(wú)水乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑，乙酰丙酮為絡(luò)合劑，制備Ti02溶膠；溶膠中鈦酸四丁酯與其它溶劑的體積比為0.1-0.5;C.氯鉑酸稱取一定量的氯鉑酸溶解于異丙醇中，得澄清透明的桔黃色溶液，氯鉑酸溶液的濃度為0.001-0.1mol/l;d.電解液選用的電解液為12/13一體系，即為碘單質(zhì)或碘元素的一價(jià)離子化合物的有機(jī)混合溶液，同時(shí)加入其它有機(jī)添加劑以強(qiáng)化電解液的空穴傳輸能力；所述的碘元素的一價(jià)離子化合物為碘化鈉、碘化鉀或碘化鋰；所述的有機(jī)溶劑為乙腈-碳酸丙烯酯的混合液、乙腈-碳酸乙烯酯的混合溶液或甲氧基乙腈；添加劑為4-叔丁基吡啶或7V-甲基苯并咪唑；其中，碘單質(zhì)的濃度范圍為0.001-0.1mo1/1，碘元素的一價(jià)離子化合物的濃度范圍為0.1-lmo1/1，溶液中ir離子的濃度一般為l2濃度的l-10倍；e.汞溴紅染料溶液首先去除醫(yī)用紅藥水，即汞溴紅水溶液中的水分，然后將所得汞溴紅沉淀物溶解于無(wú)水乙醇中，得到可用于敏化Ti02膜層的汞溴紅染料溶液，汞溴紅乙醇溶液的濃度為0.0001-0.001mol/l;B.制備納米多孔光陽(yáng)極膜。a.致密Ti02薄膜:采用旋涂技術(shù)利用高速勻膠臺(tái)在陽(yáng)極透明導(dǎo)電玻璃上制作致密Ti02薄膜，然后置于高溫下進(jìn)行熱處理，得到透明的Ti02薄膜。勻膠臺(tái)高速轉(zhuǎn)速為1000-6000轉(zhuǎn)/分鐘，熱處理溫度為450-550°C;b.陽(yáng)極銀電極(3)制作利用絲網(wǎng)印刷機(jī)將商品化的銀漿印刷在步驟a已制作了薄膜的陽(yáng)極透明導(dǎo)電玻璃上，然后在高溫下進(jìn)行熱處理，溫度為450-550。C;C.納米多孔Ti02厚膜首先采用化學(xué)分散方法對(duì)商業(yè)化Ti02納米粉體進(jìn)行分散，然后將配制的漿料以"粉末刮涂"法涂布在致密Ti02薄膜之上，涂敷5—20次至所需的厚度；最后在高溫下對(duì)膜層進(jìn)行熱處理，熱處理的溫度為450-550。C;d.汞溴紅染料的敏化將步驟c所得多孔膜在80-100°C溫度下，迅速放入汞溴紅染料敏化溶液中，置于室溫下放置8-36小時(shí)，或置于7(TC烘箱中放置l-8小時(shí)，取出電極，以乙醇沖洗，備用；C.制備對(duì)電極a.陰極銀電極制作利用絲網(wǎng)印刷機(jī)將商品化銀漿印刷在陰極透明導(dǎo)電玻璃上，銀電極的形狀和制作工藝與陽(yáng)極銀電極相同；b.鉑催化層制作采用旋涂技術(shù)利用高速勻膠臺(tái)將制作好的氯鉑酸溶液涂布在陰極透明導(dǎo)電玻璃上，然后置于高溫下進(jìn)行熱處理，得到均勻的鉑催化層；勻膠臺(tái)高速轉(zhuǎn)速范圍為1000-6000轉(zhuǎn)/分鐘，熱處理溫度為380-500°C，涂布次數(shù)為1-10次；c.電極打孔利用高速金剛石鉆頭在對(duì)電極上鉆孔，其直徑尺寸為3-5mm，孔的邊緣與左側(cè)或右側(cè)銀槳電極和中部銀電極分別為l-5mm;D.電解液注入與電池封裝a.初步封裝利用杜邦沙林熱熔膜的高溫?zé)崛厶匦赃M(jìn)行電池的初步封裝。將該熱熔膜切成寬度為3-5mm，厚度為40-100um的條狀，覆蓋于陽(yáng)極的銀電極之上，再蓋上對(duì)電極，用鐵夾夾緊固定，置于烘箱中于80-150。C溫度中烘烤，持續(xù)時(shí)間2-60分鐘；b.電解液注入將初步封裝的電池取出，且溫度降至室溫后，以滴管將配好的電解液沿對(duì)電極上的小孔注入電池內(nèi)，并靜置2-12小時(shí)，以使電解液充分?jǐn)U散進(jìn)入納米多孔陽(yáng)極；c.最終封裝采用小塊玻璃和環(huán)氧樹(shù)脂將對(duì)電極的小孔進(jìn)行封裝。3、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于步驟A原材料準(zhǔn)備中a中所述的熱的稀硫酸對(duì)表面進(jìn)行處理溫度為60°C。4、按權(quán)利要求2所述的納米晶TiCb太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于步驟A原材料準(zhǔn)備的d中所述的有機(jī)溶劑中乙腈與碳酸丙烯酯或乙腈與碳酸乙烯酯的體積比為1:1010:1。5、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于步驟B制備納米多孔光陽(yáng)極膜的a中所述的勻膠時(shí)間為10—60秒。6、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于步驟B制備納米多孔陽(yáng)極膜的b中銀電極寬度為l一3mm。7、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于步驟B制備納米多孔光陽(yáng)極膜的c中納米多孔厚膜的制備是取適量P-25型Ti02粉體，與去離子水和濃HN03混合，在水浴條件下攪拌；再以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去水分，得到表面吸附HN03的Ti02納米粉體，加水、聚乙二醇、表面活性劑適量，在瑪瑙研缽中研磨，得到分散均勻的Ti02漿料，漿料的濃度范圍為0.1-lgTiO2/ml水，以塑料膠帶為墊片，借助玻璃棒將Ti02漿料涂覆在FTO襯底上；每一層涂好后，以電吹風(fēng)吹干膜層水分，然后進(jìn)行下一次涂覆。8、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于在步驟C制備對(duì)電極的b中所述的鉑催化層勻膠時(shí)間為10—60秒。9、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于在步驟D初步封裝a中所述的條狀熱溶膜為四條。10、按權(quán)利要求2所述的納米晶Ti02太陽(yáng)能電池原型器件的制作方法，其特征在于所述的Ti02光陽(yáng)極膜的膜層致密、均勻，呈納米多孔結(jié)構(gòu)，Ti〇2晶粒尺寸為20—30nm。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種采用廉價(jià)的汞溴紅染料制備納米晶TiO₂太陽(yáng)能電池的原型器件的制作方法，其特征在于使用商業(yè)化TiO2納米粉體，采用化學(xué)分?jǐn)?shù)和粉末刮涂工藝制作多孔光電極，并用汞溴紅染料制作光敏劑，制作出太陽(yáng)能電池原型器件方法制作的。電池原型器件是由光陽(yáng)極(包括透明導(dǎo)電玻璃、絲網(wǎng)印刷銀電極、致密TiO₂薄膜、納米多孔TiO₂厚膜、吸附于TiO₂上的光敏化染料)、電解液(I₂/I₃^-電解液體系)、對(duì)電極(鉑催化層、絲網(wǎng)印刷銀電極、透明導(dǎo)電玻璃)、以及電極封裝材料等構(gòu)成。本發(fā)明可望在規(guī)?；?yáng)能光電利用、便攜式電子設(shè)備的供/充電、及太陽(yáng)能交通燈、庭院燈等廣泛領(lǐng)域得到應(yīng)用。文檔編號(hào)H01G9/042GK101295586SQ20081003876公開(kāi)日2008年10月29日申請(qǐng)日期2008年6月11日優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日發(fā)明者于偉東,李效民,邱繼軍,高相東申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所