基于活潑金屬的柔性染料敏化太陽能電池用光陽極的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池，特別涉及一種基于活潑金屬的柔性染料敏化太陽能電池用光陽極。
【背景技術】
[0002]染料敏化太陽能電池(DSSC)是模仿葉片光合作用的原理制備的，是一種廉價易得的新型薄膜太陽能電池。這類電池的光吸收與電荷分離傳輸分別是由不同的物質進行的:光吸收是由吸附在納米半導體表面的染料完成，納米半導體起電荷分離和傳輸載體的作用。染料和組裝在導電基底上的半導體一起構成了染料敏化太陽能電池的光陽極。傳統(tǒng)光陽極一般以硬質導電玻璃為基底，但是導電玻璃價格較為昂貴，且抗壓力能力差，受空間限制大，不利于降低電池的成本和電池的體積。近年來，基于導電纖維基底的新型柔性染料敏化太陽能電池受到廣泛關注，其將電極導電基底材料的選擇范圍拓寬到了普通金屬?，F(xiàn)有研宄中已經(jīng)考察過的金屬基底材料大多選用Fe、Ti等較為穩(wěn)定的金屬，但其成本較高并且能帶結構往往與納米半導體匹配較差。Mn、Zn等更活潑的金屬具有低功函和與半導體氧化物更匹配的能級結構，但是其化學穩(wěn)定性較差，在制備和使用過程中容易被腐蝕。因此一直沒有得到應用。

【發(fā)明內容】

[0003]為解決以上技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于活潑金屬的柔性染料敏化太陽能電池用光陽極，具有纖維狀或網(wǎng)狀結構，這種光陽極可以利用活潑金屬的低功函以及與半導體氧化物層更好的能級匹配獲得更好的電池性能。避免活潑金屬基底在組裝電池以及使用過程中被腐蝕氧化。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種基于活潑金屬的柔性染料敏化太陽能電池用光陽極，其特征在于:包括導電基底，該導電基底為絲狀或網(wǎng)狀結構的活潑金屬，或所述導電基底為鍍有活潑金屬的絲狀或網(wǎng)狀結構的其它基底，在該導電基底表面沉積一層致密氧化物層，在該致密氧化物層表面生長有半導體納米氧化物層，在半導體納米氧化物層表面負載一層光敏劑。
[0005]本發(fā)明采用絲狀或網(wǎng)狀結構的活潑金屬或鍍有活潑金屬的絲狀或網(wǎng)狀結構的其它基底作為導電基底，擴大了基底材料范圍。且這種光陽極可以利用活潑金屬的低功函以及與半導體氧化物層更好的能級匹配獲得更好的電池性能。
[0006]其次，我們增加致密氧化物層，可以避免活潑金屬基底在組裝電池以及使用過程中被腐蝕氧化。
[0007]在上述方案中:所述活潑金屬為Mn或Zn或Ni或Al。材料易得。
[0008]在上述方案中:所述其它基底為在Cu或Fe的絲狀或網(wǎng)絡狀結構基底上鍍上述活潑金屬，或所述其它基底為在塑料或玻纖的絲狀或網(wǎng)絡狀結構基底上鍍上述活潑金屬制備rfn 。
[0009]在上述方案中:所示致密氧化物為ZnO或1102或么1 203。致密氧化物層的平均孔隙直徑小于50nm，孔隙率小于10%。
[0010]在上述方案中:所述致密氧化物層時將相應金屬離子的水溶液或醇溶液覆在導電基底上，然后快速凝膠燒結得到。制備方便。金屬離子溶液的pH在4-10之間。金屬離子的水溶液或醇溶液在導電基底上的涂覆方法可以采用甩膠法、噴涂法或噴霧熱解法。
[0011]在上述方案中:所述燒結的溫度為100-300°c。
[0012]在上述方案中:快速凝膠時間小于Is。這樣能保證致密氧化物層快速沉積，對活潑金屬基底進行有效保護。
[0013]在上述方案中:所述半導體納米氧化物為1102或ZnO或Al 203。
[0014]在上述方案中:所述半導體納米氧化物通過水熱法或化學氣相沉積法或磁控濺射法或電解法生長在致密氧化物層上。
[0015]有益效果:本發(fā)明的具有纖維狀或網(wǎng)狀結構的新型高性能的柔性染料敏化太陽能電池用光陽極，這種光陽極可以利用活潑金屬的低功函以及與半導體氧化物層更好的能級匹配獲得更好的電池性能。在活潑金屬基底表面沉積致密氧化物層，避免活潑金屬基底在組裝電池以及使用過程中被腐蝕氧化，適用材料范圍廣，設備要求低，能夠有效的防止基底的腐蝕。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明:
[0017]實施例1
[0018]將Cu絲放在電鍍槽中電鍍Zn層，制備Cu/Zn復合基底。將Cu/Zn復合基底在摩爾濃度為0.5mol/L的乙酸鋅和0.5mol/L的六次甲基四胺水溶液(乙酸鋅和六次甲基四胺等濃度)中快速蘸取，提起，甩干，在吹風下Is內快速吹干，然后在200°C大氣中燒結4min，致密氧化物層生長完畢。平均孔隙直徑小于50nm，孔隙率小于10%。
[0019]將上述沉積有致密氧化物的導電基底放在裝有等體積等濃度(0.07mol/L)的乙酸鋅和六次甲基四胺水溶液的水熱釜中，然后將上述水熱釜置于95°C真空箱中加熱反應1h,生成ZnO納米棒，85°C下真空干燥，然后放在光敏劑N719染料中敏化，至此電池光陽極制備完成。在標準光源(AM 1.5, 100mff/cm2)下測試Cu/Zn液態(tài)電池的最大光電轉換效率為 0.718%。
[0020]實施例2
[0021]將Cu絲上鍍Al層，制備Cu/Al復合基底。將基底在摩爾濃度為0.5mol/L乙酸鋅和摩爾濃度為0.5mol/L六次甲基四胺溶液中快速蘸取乙酸鋅和六次甲基四胺等濃度)，提起，甩干，在吹風下Is內快速吹干，然后在100°C大氣中燒結4min，致密氧化物層生長完畢。平均孔隙直徑小于50nm，孔隙率小于10%。
[0022]將上述沉積有致密氧化物的導電基底放在裝有等體積等濃度的乙酸鋅和六次甲基四胺溶液(0.07mol/L)的水熱釜中，然后將上述水熱釜置于95°C真空箱中加熱反應10h，生成ZnO納米棒，85 0C下真空干燥，然后放在光敏劑N719染料中敏化，至此電池光陽極制備完成。在標準光源(AM 1.5, 100mff/cm2)下測試Cu/Al液態(tài)電池的最大光電轉換效率為
0.67%。
[0023]實施例3
[0024]將Fe絲放在電鍍槽中電鍍Ni層，制備Fe/Ni復合基底。將復合基底在摩爾濃度為0.5mol/L的乙酸鋅和0.5mol/L的六次甲基四胺溶液中快速蘸取乙酸鋅和六次甲基四胺等濃度)，提起，甩干，在吹風下Is內快速吹干，然后在200°C大氣中燒結4min，致密層生長完畢。平均孔隙直徑小于50nm，孔隙率小于10%。
[0025]將上述器件放在裝有等體積等濃度的乙酸鋅和六次甲基四胺溶液(0.02mol/L)的水熱釜中，然后將上述水熱釜置于95°C真空箱中加熱反應10h，生成ZnO納米棒，85°C下真空干燥，然后放在光敏劑N719染料中敏化，至此電池光陽極制備完成。在標準光源(AM1.5，100mff/cm2)下測試Fe/Ni液態(tài)電池的最大光電轉換效率為0.467%。
[0026]實施例4
[0027]將Fe絲放在電鍍槽中電鍍Mn層，制備Fe/Mn復合基底。將基板在摩爾濃度為
0.5mol/L乙酸鋅和0.5mol/L六次甲基四胺溶液中快速蘸取乙酸鋅和六次甲基四胺等濃度)，提起，甩干，在吹風下Is內快速吹干，然后在100°C大氣中燒結4min，致密層生長完畢。平均孔隙直徑小于50nm，孔隙率小于10%。
[0028]將上述器件放在裝有等體積等濃度的乙酸鋅和六次甲基四胺溶液(0.01mol/L)的水熱釜中，然后將上述水熱釜置于95°C真空箱中加熱反應10h，生成ZnO納米棒，85°C下真空干燥，然后放在光敏劑N719染料中敏化，至此電池光陽極制備完成。在標準光源(AM
1.5，100mff/cm2)下測試Fe/Mn液態(tài)電池的最大光電轉換效率為0.320%。
[0029]實施例5
[0030]將Cu網(wǎng)放在電鍍槽中電鍍Zn層，制備Cunet/Zn復合基底。將基板在摩爾濃度為
0.03mol/L乙酸鋅和0.03mol/L六次甲基四胺溶液中快速蘸取乙酸鋅和六次甲基四胺等濃度)，提起，甩干，在吹風下Is內快速吹干，然后在200°C大氣中燒結4min，致密層生長完畢。平均孔隙直徑小于50nm，孔隙率小于10%。
[0031]將上述器件放在裝有等體積等濃度的乙酸鋅和六次甲基四胺溶液(0.03mol/L)的水熱釜中，然后將上述水熱釜置于95°C真空箱中加熱反應10h，生成ZnO納米棒，85°C下真空干燥，然后放在光敏劑N719染料中敏化，至此電池光陽極制備完成。在標準光源(AM
1.5，100mff/cm2)下測試Cunet/Zn液態(tài)電池的最大光電轉換效率為0.720%。
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