一种高开路电压的染料敏化太阳能电池的制造方法与流程

本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种高开路电压的染料敏化太阳能电池的制造方法。

背景技术：

目前还尚未有利用苯并咪唑处理光阳极提高染料敏化太阳能电池开路电压的相关专利报道。染料敏化太阳能电池以其制作工艺简单、成本低、稳定性良好、光电转换效率高等特点，成为一种新型高性能的光伏器件，并引起了研究者的广泛关注。目前，染料敏化太阳能电池的最高光电转换效率已经超过14%，但是与商业化硅基太阳能电池的效率相比，还需要进一步提升。因此，染料敏化太阳能电池光电转换效率的提升仍然是当前这一领域的研究核心。染料敏化太阳能电池的光电性能由三个关键参数决定，短路电流密度，开路电压和填充因子。开路电压作为表征光电性能的关键参数之一，其值大小决定了电池的光电转换效率的高低。所以，一些研究者们提出了一些研究策略来提高开路电压。例如，wei等人通过采用金属有机框架化合物zif-8处理二氧化钛光阳极，以及在电解液中加入2-甲基咪唑等添加剂，都取得了一定的效果。但是，有关提升开路电压的研究仍然存在一定的局限性和挑战性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高开路电压的染料敏化太阳能电池的制造方法，该方法有利于提高染料敏化太阳能电池的开路电压。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高开路电压的染料敏化太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：

1）光阳极膜制备：通过丝网印刷法将二氧化钛印刷在导电玻璃fto上，随后在450-520℃下煅烧1-2h，得到二氧化钛光阳极；

2）光阳极膜处理：将光阳极膜浸泡在以乙腈为溶剂，浓度范围为1-5mmol/l的苯并咪唑溶液中，浸泡时间为10-30min；取出光阳极膜后，置于120-150℃加热板上保持15-30min，烘干光阳极膜；

3）电池组装：将充分烘干后的光阳极膜浸入0.3-0.5mmn719染料中敏化20-24小时，然后将其与pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入以乙腈为溶剂，含0.5-0.6m1,2二甲基,3-乙基碘化咪唑、0.05-0.06m碘、0.1-0.12m碘化锂、0.1-0.12m叔丁基吡啶的电解液，得到具有高开路电压的染料敏化太阳能电池。

进一步地，所述步骤1中，在500℃下煅烧2h，得到二氧化钛光阳极。

进一步地，所述步骤2中，将光阳极膜浸泡在以乙腈为溶剂，浓度为3mmol/l的苯并咪唑溶液中20min。

进一步地，所述步骤2中，将光阳极膜置于150℃加热板上保持30min，以烘干光阳极膜。

进一步地，所述步骤3中，将充分烘干后的光阳极膜浸入0.5mmn719染料中敏化24小时，然后将其与pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入以乙腈为溶剂，含0.6m1,2二甲基,3-乙基碘化咪唑、0.05m碘、0.1m碘化锂、1m叔丁基吡啶的电解液，得到具有高开路电压的染料敏化太阳能电池。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种高开路电压的染料敏化太阳能电池的制造方法，该方法首次利用苯并咪唑的乙腈溶液对光阳极膜进行处理，并将其应用于染料敏化太阳能电池中，使开路电压获得了明显的提升。该方法虽然操作简单，但是重现性良好，且效果显著，为染料敏化太阳能电池的高性能化和产业化研究提供一个新的方法。

附图说明

图1是本发明实施例的方法实现流程图。

图2是本发明实施例中苯并咪唑处理前后的二氧化钛的xrd谱图。

图3是本发明实施例中苯并咪唑处理后的光阳极膜的扫描电镜图。

图4是本发明实施例中染料敏化太阳能电池的光电性能图。

图5是本发明第二实施例和第三实施例中染料敏化太阳能电池的光电性能图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种高开路电压的染料敏化太阳能电池的制造方法，如图1所示，包括以下步骤：

1）光阳极膜制备：通过丝网印刷法将二氧化钛印刷在导电玻璃fto上，随后在450-520℃下煅烧1-2h，得到二氧化钛光阳极；

2）光阳极膜处理：以乙腈为溶剂，配制浓度范围为1-5mmol/l的苯并咪唑溶液。将光阳极膜浸泡在所述苯并咪唑溶液中，浸泡时间为10-30min；取出光阳极膜后，置于120-150℃加热板上保持15-30min，烘干光阳极膜；

3）电池组装：将充分烘干后的光阳极膜浸入0.3-0.5mmn719染料中敏化20-24小时，然后将其与pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入以乙腈为溶剂，含0.5-0.6m1,2二甲基,3-乙基碘化咪唑（dmpi）、0.05-0.06m碘（i2）、0.1-0.12m碘化锂（lii）、0.1-0.12m叔丁基吡啶（tbp）的电解液，得到具有高开路电压的染料敏化太阳能电池。

实施例1

1）通过丝网印刷法将二氧化钛印刷在导电玻璃fto上，随后在500℃下煅烧2h，得到二氧化钛光阳极。

2）以乙腈为溶剂，配制浓度为3mmol/l的苯并咪唑溶液。将光阳极膜浸泡在所述苯并咪唑溶液中20min。取出光阳极膜后，置于150℃加热板上保持30min，烘干光阳极膜。

3）将充分烘干后的光阳极膜浸入0.5mmn719染料中，在100mw/cm²的光强、am1.5条件下敏化24小时，然后将其与pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入以乙腈为溶剂，含0.6m1,2二甲基,3-乙基碘化咪唑、0.05m碘、0.1m碘化锂、1m叔丁基吡啶的电解液，得到具有高开路电压的染料敏化太阳能电池。

图2为本实施例中苯并咪唑处理前后的二氧化钛的xrd谱图。处理前后的谱图无明显区别，其各衍射峰均可归属于锐钛矿相二氧化钛，jcdps卡片号为84-1285。该结果说明光阳极膜经苯丙咪唑处理未发生明显改变。图3为本实施例中苯并咪唑处理后的光阳极膜的扫描电镜图。通过图中可观察到光阳极膜较为均一，二氧化钛纳米粒子大小在20-30nm左右。

图4为本实施例中染料敏化太阳能电池的光电性能图。采用未处理二氧化钛作为光阳极时，短路电流密度jsc为9.94ma/cm²，开路电压voc为0.779v，相应的光电转化效率为5.46%。当采用苯并咪唑处理的二氧化钛作为光阳极时，短路电流密度jsc和开路电压voc均有所提升，特别是开路电压，由原来的0.779v提升到0.818v，相应的光电转化效率也提高到6.04%。

实施例2

1）通过丝网印刷法将二氧化钛印刷在导电玻璃fto上，随后在500℃下煅烧2h，得到二氧化钛光阳极。

2）以乙腈为溶剂，配制浓度为1mmol/l的苯并咪唑溶液。将光阳极膜浸泡在所述苯并咪唑溶液中20min。取出光阳极膜后，置于150℃加热板上保持30min，烘干光阳极膜。

3）将充分烘干后的光阳极膜浸入0.5mmn719染料中，在100mw/cm²的光强、am1.5条件下敏化24小时，然后将其与pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入以乙腈为溶剂，含0.6m1,2二甲基,3-乙基碘化咪唑、0.05m碘、0.1m碘化锂、1m叔丁基吡啶的电解液，得到具有高开路电压的染料敏化太阳能电池。

实施例3

1）通过丝网印刷法将二氧化钛印刷在导电玻璃fto上，随后在500℃下煅烧2h，得到二氧化钛光阳极。

2）以乙腈为溶剂，配制浓度为5mmol/l的苯并咪唑溶液。将光阳极膜浸泡在所述苯并咪唑溶液中30min。取出光阳极膜后，置于150℃加热板上保持30min，烘干光阳极膜。

3）将充分烘干后的光阳极膜浸入0.5mmn719染料中，在100mw/cm²的光强、am1.5条件下敏化24小时，然后将其与pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入以乙腈为溶剂，含0.6m1,2二甲基,3-乙基碘化咪唑、0.05m碘、0.1m碘化锂、1m叔丁基吡啶的电解液，得到具有高开路电压的染料敏化太阳能电池。

图5为实施例2和3中染料敏化太阳能电池的光电性能图。实施例2中采用1mmol/l苯并咪唑处理的二氧化钛作为光阳极时，短路电流密度jsc为10.46ma/cm²，开路电压voc为0.799v，相应的光电转化效率为5.77%。实施例3采用5mmol/l苯并咪唑处理的二氧化钛作为光阳极时，开路电压voc提升到0.826v，而短路电流密度jsc降低到6.57ma/cm²，相应的光电转化效率也降低到3.63%。

由此可见，本发明提供的染料敏化太阳能电池的制造方法，可以不同程度地使开路电压获得提升，为染料敏化太阳能电池的高性能化和产业化研究提供一个新的方法。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。