專利名稱：染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法
染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及染料敏化太陽電池制造領(lǐng)域，尤其涉及一種染料敏化太陽電池光 陽極微裂紋的修復(fù)方法。背景技術(shù)：
由于環(huán)境惡化及能源危機(jī)的原因，近些年太陽電池受到了全世界的廣泛關(guān)注。 染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cell, DSC)是最近20年基于納米技術(shù) 發(fā)展起來的一種新型太陽電池，這種電池成本低，制造工藝簡單，能源回收時(shí)間 短(小于1年)，弱光相對(duì)轉(zhuǎn)化效率高，雖然其穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)化效率在現(xiàn)階段還有 待提高，但是該電池仍被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的一類太陽電池。染料敏化太陽電池主要由導(dǎo)電基底、吸附了染料敏化劑的納米多孔半導(dǎo)體薄 膜(如Ti02納米薄膜)、電解質(zhì)、對(duì)電極組成。工作原理為染料分子吸收太陽 光后從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；激發(fā)態(tài)的電子迅速注入到納米半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中，隨后 擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，經(jīng)外回路轉(zhuǎn)移至對(duì)電極；處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì) 還原再生；氧化態(tài)的電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子被還原，從而完成了電子輸運(yùn)的一 個(gè)循環(huán)過程。納米二氧化鈦多孔薄膜在整個(gè)過程中起到吸附染料、傳輸光生電子 的作用，是電荷輸運(yùn)循環(huán)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。此外，其費(fèi)米能級(jí)的位置與電解質(zhì)的氧 化還原電勢(shì)共同決定著電池的開路電壓。因此，納米二氧化鈦多孔薄膜是染料敏 化太陽電池的重要組成部分。目前，DSC中納米二氧化鈦多孔薄膜的制備過程一般為將納米二氧化鈦粉 體與適量的有機(jī)添加劑混合制成均勻的Ti02漿料，通常采用刮涂或絲網(wǎng)印刷技術(shù) 將Ti02漿料涂敷于導(dǎo)電基底表面，經(jīng)過400 500'C燒結(jié)后獲得多孔Ti02薄膜。 有機(jī)添加劑一般占漿料總體積的50%以上，它不但可以增加薄膜的氣孔率，提高 納米Ti02粉體的分散性，而且能增加Ti02薄膜與基底的附著力，是Ti02漿料的 重要組成部分。但是，由于大量有機(jī)添加劑在高溫?zé)Y(jié)過程中會(huì)排出，容易使燒 結(jié)后的薄膜出現(xiàn)裂紋。在裂紋處，裸露的導(dǎo)電基底容易與電解質(zhì)接觸，增加暗電 流的產(chǎn)生幾率。另外，裂紋的出現(xiàn)也將導(dǎo)致單位面積上Ti02分布質(zhì)量的降低，減 少染料的吸附量，對(duì)電池效率的提高不利。因此，在保證Ti02電極具有足夠的氣孔率的同時(shí)，如何減少電極裂紋是提高 電池效率的一個(gè)重要途徑。在文獻(xiàn)的調(diào)研過程中，研究者通常采用降低光陽極厚 度的方法來避免裂紋的產(chǎn)生，目前沒有檢索到關(guān)于電極裂紋處理方法方面的報(bào)道。 本發(fā)明提出了一種簡單的電極裂紋修復(fù)的新方法，使用該方法可以有效減輕甚至 消除電極的微裂紋，從而提高電池效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種用于染料敏化太陽電池 光陽極微裂紋的修復(fù)方法。該方法簡單、易行，光陽極修復(fù)后的染料敏化太陽電 池效率明顯提高，可促進(jìn)染料電池的發(fā)展。本發(fā)明提供的用于染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法，其特征在于 所述方法是將具有微裂紋的光陽極置于可水解的濃度為0 0.4M的鈦鹽或鈦醇鹽 的水溶液中處理，再經(jīng)過400 500'C燒結(jié)完成。處理后可使電極的顯微裂紋明顯 減輕甚至消失。本發(fā)明提供的光陽極的處理方法，操作簡單易行，而且與DSC電池的制備工 藝相容性強(qiáng)，對(duì)電極的修復(fù)效果明顯，可以明顯提高電池效率。
圖1為實(shí)施例1熱處理前、后顯微照片； 圖2為實(shí)施例2熱處理前、后顯微照片； 圖3為實(shí)施例3熱處理前、后顯微照片。 以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式本發(fā)明以DSC中帶有微裂紋的多孔Ti02光陽極為處理對(duì)象，采用的鈦鹽或 鈦醇鹽為:TiCl4、 TiOS04、 Ti (S04) 2、 Ti (OC3H7) 4或Ti(OC4H9)4中的任意一 種或幾種混合的水溶液為處理介質(zhì)，該水溶液的濃度為0 0.4M，溫度為室溫 90°C，電極處理時(shí)間為0.1 48小時(shí)。然后，將處理后的電極在400 50(TC下燒 結(jié)30分鐘即可得到所需的光陽極。經(jīng)過該方法處理過的Ti02光陽極的微裂紋可 以顯著改善甚至消除，DSC的光電轉(zhuǎn)化效率可以得到提高。本發(fā)明所述方法的具體制備歩驟包括(1) 首先采用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)Ti02光陽極，將有微裂紋的電極選出，作為 處理對(duì)象；(2) 選擇TiCl4、 TiOS04、 Ti (S04) 2或Ti (OC3H7) 4中的任意一種或幾種， 配置適量的濃度為0~0.4M的水溶液；(3) 將選出的待處理Ti02光陽極放于配好的水溶液中，使液面高于電極表面；(4) 將裝有光陽極的水溶液加熱至室溫 9(TC，并在該溫度下保持0.1-48小時(shí)；(5) 將Ti02光陽極從水溶液中取出，室溫下干燥后，放入熱處理爐中，在 400 50(TC保溫30分鐘，自然冷卻后即可得到處理好的Ti02光陽極。實(shí)施例1:配置0.04M的TiCU水溶液200ml置于燒杯中，放入待處理的光陽極，再將 燒杯置于磁力攪拌器上，調(diào)節(jié)溫度控制旋鈕至7(TC，到溫度后保持1小時(shí)。然后， 關(guān)閉加熱器，取出光陽極，在空氣中干燥5分鐘。最后，在45(TC下熱處理30分 鐘，自然冷卻后即可得到處理好的Ti02光陽極。熱處理前、后顯微照片如圖1 (a) 、 (b)所示。實(shí)施例2:配置0.1M的TiCU水溶液200ml置于燒杯中，放入待處理的光陽極，再將燒 杯置于水域鍋中，調(diào)節(jié)溫度控制旋鈕至55'C，到溫度后保持10小時(shí)。然后，關(guān)閉 加熱器，取出光陽極，在空氣中干燥5分鐘。最后，在50(TC下熱處理30分鐘， 自然冷卻后即可得到處理好的Ti02光陽極。熱處理前、后顯微照片如圖2 (a) 、 (b)所示。實(shí)施例3:配置0.2M'的Ti (OC3H7) 4水溶液100ml置于燒杯中，放入待處理的光陽極， 再將燒杯置于恒溫干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度控制旋鈕至8(TC，到溫度后保持20小時(shí)。 然后，關(guān)閉電源，取出光陽極，在空氣中干燥5分鐘。最后，在48(TC下熱處理 30分鐘，自然冷卻后即可得到處理好的Ti02光陽極。熱處理前、后顯微照片如圖3 (a) 、 (b)所示。
權(quán)利要求
1、一種染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法，其特征在于所述方法是將具有微裂紋的光陽極置于可水解的濃度為0～0.4M的鈦鹽或鈦醇鹽的水溶液中處理，再經(jīng)過400～500℃燒結(jié)完成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法，其特 征在于所述具有微裂紋的光陽極是多孔Ti02光陽極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法， 其特征在于所述鈦鹽或鈦醇鹽為TiCl4、 TiOS04、 Ti (S04) 2 、 Ti (OC3H7) 4或 Ti(OC4H9)4中的任意一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法， 其特征在于所述處理溫度為室溫 卯。C，處理時(shí)間為0.1 48小時(shí)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的染料敏化太陽電池光陽極微裂紋的修復(fù)方法，其特 征在于所述處理溫度為室溫 卯。C，處理時(shí)間為0.1 48小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種簡便的、可減輕甚至消除染料敏化太陽電池光陽極的微裂紋的修復(fù)方法。該方法針對(duì)燒結(jié)后有微裂紋的多孔TiO₂電極，處理方法為在易水解的濃度為0～0.4M的鈦鹽或鈦醇鹽(TiCl₄、TiOSO₄、Ti(SO₄)₂、Ti(OC₃H₇)₄、Ti(OC₄H₉)₄)水溶液中處理，處理?xiàng)l件室溫～90℃，時(shí)間0.1～48小時(shí)，然后再經(jīng)過400～500℃燒結(jié)，可使電極的顯微裂紋明顯減輕甚至消除。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101217174SQ20081005203
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者建 孫, 張建軍, 張曉丹, 熊紹珍, 寧 蔡, 穎 趙, 魏長春 申請(qǐng)人:南開大學(xué)