一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于太陽能電池技術領域，涉及一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備 方法。 二、
【背景技術】
[0002] 可再生能源的開發利用是解決化石燃料危機和全球變暖的主要解決方案。到目 前為止，在眾多的可再生能源中，太陽能是一種取之不盡、用之不竭、清潔可再生能源，具 有獨特的優勢和巨大的開發利用潛力，是未來最具發展前途的新能源。自從1991年由 格蘭澤爾（GKUzd)教授等第一次制備了多孔二氧化鈦納米材料的染料敏化太陽能電池 (Dye-SensitizedSolarCell，以下簡稱DSSC)以來，由于其具有較高的光電轉換效率、低 廉的成本和簡單的制備方法而被認為是在可再生能源領域中最有前途的太陽能電池。通 常，一個標準的染料敏化太陽能電池的光陽極包括染料敏化納米晶二氧化鈦多孔膜、對電 極和電解質。
[0003] 光陽極在染料敏化太陽能電池中起著非常重要的作用，是光敏化劑的載體，也是 收集電子和傳輸電子的介質。為了提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率，科研工作 者們采用了不同的技術和方法，如控制二氧化鈦光陽極的各種納米結構形貌，以及提高染 料對可見光和近紅外光的有效吸收能力等。吸附在多孔二氧化鈦表面上的染料在吸收太 陽光方面起著重要的作用。但是，染料敏化太陽能電池不能有效吸收近紅外和紅外光，限 制了電池的光子-電子轉換效率。為了克服這個不足，能夠將紅外光轉變為可見光的上 轉換材料引入染料敏化太陽能電池，被認為是最有潛力的解決辦法，并且已經被用于該電 池。目前公認的效率最高的稀土摻雜上轉換發光材料為e-NaYF4:Er3+，Yb3+。雖然關于 0 -NaYF4:Er3+，Yb3+在染料敏化太陽能電池中的應用已經有很多報導，但已有的方法在工藝 的復雜程度和產品性能上并不能達到令人滿意的程度。三、
【發明內容】
[0004] 本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種工藝簡單、能更加有 效改善電池的光電轉換性能、提高太陽能電池的光電轉換效率的染料敏化太陽能電池光陽 極及其制備方法。
[0005] 本發明解決技術問題采用如下技術方案：
[0006] 本發明染料敏化太陽能電池光陽極，其特點在于：是以稀土摻雜上轉換發 光材料與TiO2的復合材料作為光陽極材料。其中，所述稀土摻雜上轉換發光材料為 0 -NaYF4:Er3+，Yb3+上轉換材料。在所述復合材料中稀土摻雜上轉換發光材料占TiO2質量 的 2. 5 ~20%。
[0007] 上述染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，其特點在于按如下步驟進行：
[0008] a、制備摻雜 0 -NaYF4 =Er3+,Yb3+的TiO2漿料：
[0009] 將0 -NaYF4:Er3+，Yb3+上轉換材料與二氧化鈦混合并研磨均勾，依次加入乙酸和去 離子水，攪拌均勻；再依次加入無水乙醇、松油醇和乙基纖維素，最后磁力攪拌、超聲分散、 旋蒸，獲得摻雜0 -NaYF4 :Er3+，Yb3+的TiO2衆料；
[0010] 步驟a中二氧化鈦、乙酸、去離子水、無水乙醇、松油醇和乙基纖維素的用量比為： 0? 5g:0?ImL:50yL:50mL:1. 8g:0? 25g;所述 0 -NaYF4 =Er3+,Yb3+上轉換材料的質量占二氧 化鈦質量的2. 5~20%。
[0011]b、制備0 -NaYF4:Er3+，Yb3+OTiO2復合材料光陽極薄膜
[0012] 將FTO導電玻璃浸泡在TiCl4水溶液中進行TiCl4預處理，然后在馬弗爐中500°C 煅燒30min;采用絲網印刷法將步驟a制得的摻雜0 -NaYF4 =Er3+，Yb3+的TiO2衆料印刷于 FTO導電玻璃上，靜置、干燥，然后置在馬弗爐中500°C下煅燒30min;自然降溫至室溫后，再 浸泡在TiCl4水溶液中進行TiCl4后處理，取出后再次置于馬弗爐中500°C下煅燒30min，即 在FTO導電玻璃表面形成0 -NaYF4 :Er3+，Yb3+OTiO^合材料光陽極薄膜；
[0013] c、制備染料敏化太陽能電池光陽極
[0014] 在步驟b中表面形成有0 -NaYF4:Er3+，Yb3+OTiO2M合材料光陽極薄膜的FTO導電 玻璃降溫至100-120°C時，浸泡在N719染料中，取出后用無水乙醇沖洗、吹干，即獲得以稀 土摻雜上轉換發光材料與TiO2的復合材料作為光陽極材料的染料敏化太陽能電池光陽極。
[0015] 上述染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法優選為：
[0016] a、制備摻雜 0 -NaYF4 =Er3+,Yb3+的TiO2漿料：
[0017] 取P25粉0. 5g，將0-似￥?451'3+，￥13 3+上轉換材料與？25粉混合并研磨均勻得混合 物料；以每次10yL的加入量、分10次向混合物料中加入0.ImL乙酸，每次加入乙酸后研磨 3min;再以每次10yL的加入量、分5次向混合物料中加入50yL去離子水，每次加入去離 子水后研磨3min;再向所述混合物料中滴加IOmL無水乙醇，并研磨攪拌均勾；最后再向所 述混合物料中加入40mL無水乙醇，獲得混合液；
[0018] 將所述混合液移入燒杯中，磁力攪拌20min，再交替進行超聲分散和磁力攪拌各 20次，每次Imin;然后向所述混合液中加入I.Sg松油醇，交替進行超聲分散和磁力攪拌各 20次，每次Imin;再向所述混合液中加入0. 25g乙基纖維素，交替進行超聲分散和磁力攪拌 各20次，每次Imin;最后將混合液在旋轉蒸發儀中50-55°C下旋轉蒸餾1. 5-2小時，獲得摻 雜 0 -NaYF4:Er3+，Yb3+的TiO2漿料；
[0019] b、制備0-NaYF4:Er3+，Yb3+OTiO2復合材料光陽極薄膜
[0020] 將FTO導電玻璃浸泡在0? 5mM的TiCl4水溶液中，70°C保持30min，進行TiCl4預處 理，然后在馬弗爐中500°C煅燒30min;采用絲網印刷法，用300-450目的絲網將步驟a制得 的摻雜0 -NaYF4:Er3+,Yb3+的TiO2漿料印刷于FTO導電玻璃上，靜置3min、125°C干燥6min， 重復印刷、靜置和干燥，重復的次數根據所要求的0 -NaYF4:Er3+，￥133+@1102復合材料光陽極 薄膜的厚度來決定；
[0021] 然后置在馬弗爐中500°C下煅燒30min;自然降溫至室溫后，再浸泡在0. 5mM的 TiCl4水溶液中，70°C下保持30min，進行TiCl4后處理，取出后再次置于馬弗爐中500°C下 煅燒30min，即在FTO導電玻璃表面形成0 -NaYF4 =Er3+, ￥133+@1102復合材料光陽極薄膜；
[0022] c、制備染料敏化太陽能電池光陽極
[0023] 在步驟b中表面形成有0 -NaYF4:Er3+，Yb3+OTiO^合材料光陽極薄膜的FTO導電 玻璃降溫至100-120°C時，放入濃度為50mM的N719染料的無水乙醇溶液中浸泡12-24小 時，取出后用無水乙醇沖洗去除表面殘留的染料，最后吹干，即獲得以稀土摻雜上轉換發光 材料與TiO2的復合材料作為光陽極材料的染料敏化太陽能電池光陽極。
[0024] 與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
[0025] 1、本發明使用稀土摻雜上轉換發光材料與二氧化鈦復合材料制備的光陽極薄膜 與FTO導電玻璃接觸良好、膜面平整，通過改變稀土摻雜上轉換發光材料的摻雜量，實現對 復合材料光陽極的吸收光譜、比表面積、空隙率等的有效控制，拓寬了吸收光譜范圍，使光 電子能夠有效在光陽極薄膜中散射，提高光的利用率，顯著提高電流密度和開路電壓，得到 電池的效率可達9%以上，比純二氧化鈦提高了 55%以上，極大地改善電池的光電轉換性 能，提高太陽能電池的光電轉換效率。
[0026] 2、本發明制備工藝簡單，重復性良好，成本低廉，光的利用率和電池的效率大大提 高，不僅可以應用于染料敏化太陽能電池材料，還可以在光催化、傳感器件等領域應用。 四、
【附圖說明】
[0027] 圖1為摻雜不同質量比的0 -NaYF4 =Er3+，Yb3+的TiO2衆料的XRD圖。
[0028] 圖2