一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法
一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及染料敏化太阳能电池材料领域，尤其设及一种染料敏化太阳能电池用 光阳极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 染料太阳能电池(DSSCs)是有前途的光伏设备，主要是由于其成本低和效率高。通 常，DSSC有Ξ个主要组件:光电阳极，氧化还原电解质和对电极(CE)。其中，光阳极是其重要 组成部分，它不仅是吸附染料的载体，也是传输光生电子的载体。染料敏化半导体材料多用 二氧化铁，二氧化铁具有对人体无毒性，稳定性好，来源丰富，成本低廉等优点。近年来，许 多科研人员花费了大量精力来优化二氧化铁薄膜的制备工艺，运些研究工作可W分为W下 几种:改善薄膜中二氧化铁的结晶度，减少晶格缺陷，运可W提高二氧化铁晶体和敏化剂界 面光生载流子的分离效率;增加二氧化铁薄膜的孔隙率，使其具有高比表面积，运可W使光 阳极上吸附更多的光敏化剂并吸收更多的光能。
[0003] 上述优化光阳极制备工艺的方法，虽然对提高电池的性能可W取得明显的效果， 但是仍有尚需改进的环节，其中一点便是在光阳极的制备过程中，二氧化铁薄膜存在一些 未被烧结充分的残余成分；另外，具有高比表面积的二氧化铁薄膜也会吸附弥散于环境中 的一些杂质，对其自身产生污染，运些都会使二氧化铁薄膜吸附染料的活性面积降低，最终 导致DSSC达不到预期的光电转换效果。
[0004] CN 101866753 A公开一种处理染料敏化太阳能电池的二氧化铁光阳极薄膜表面 的方法，通过使用稀酸结合臭氧气体处理染料敏化太阳能电池光阳极的方法，在微观尺度 通过强氧化剂的氧化作用修复了在二氧化铁表面大量存在的氧空位缺陷，但是该方法需要 用到稀酸，处理不便。CN 102324313 A公开一种用于染料敏化太阳能电池的复合结构光阳 极的制备方法，在导电基底上涂覆半导体金属氧化物纳米颗粒与有机高分子的混合物后， 采用热处理、红外处理、等离子处理或微波处理等方法除去电极中的有机高分子成分，但是 上述处理仅是用于制备半导体金属氧化物薄膜，而非对已制得的薄膜的进一步活化处理。 CN 102347139 A公开一种染料敏化太阳能电池光阳极的低溫制备方法，在30~180°C热处 理形成二氧化铁薄膜后进行紫外处理。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述DSSC制备过程中二氧化铁薄膜吸附染料的活性面积降低的问题，本 发明提供一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法。
[0006] 本发明的染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，包括W下步骤： (1) 在导电基底上制备二氧化铁薄膜得到光阳极； (2) 将步骤(1)制得的光阳极进行活化处理，即完成染料敏化太阳能电池用光阳极的制 备，所述活化处理包括等离子体处理、紫外处理和臭氧处理方式中的任意一种或几种方式 联用。
[0007]本方法可W提高二氧化铁薄膜中的残余物或吸附于其表面的污染物的去除率，减 少二氧化铁薄膜的缺陷，增加二氧化铁薄膜吸附染料分子的活性面积，进而提高染料敏化 太阳能电池的光电转换性能，本发明的技术方案易于实现，为染料敏化太阳能电池，尤其是 其主要部件光阳极制备提供了新思路。
[000引较佳地，所述等离子体处理在化气氛下，W5~50sccm的流量、20~200W的功率，处 理2~30分钟。
[0009] 较佳地，所述紫外处理是W50~5000W的功率照射5~60分钟。
[0010] 较佳地，所述臭氧处理是在臭氧生成量为1~150ug/ml的条件下，处理5~60分钟。
[0011] 本发明中，所述导电基底可为Ti、不诱钢、不诱钢\Ti、玻璃\渗氣Sn化、玻璃\铜锡 复合氧化物、玻璃\渗侣Sn化、聚对苯二甲酸乙二醋\渗氣Sn化、聚对苯二甲酸乙二醋\铜锡复 合氧化物、聚对苯二甲酸乙二醋\渗侣Sn化、聚糞二甲酸乙二醋\渗氣Sn化、聚糞二甲酸乙二 醋\铜锡复合氧化物、或聚糞二甲酸乙二醋\渗侣Sn化。
[0012] 本发明中，二氧化铁薄膜的制备方法包括磁控瓣射法、脉冲激光瓣射、涂覆法如丝 网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和喷涂法中的任意一种或几种联用。
[0013] 较佳地，在步骤（1)和步骤(2)之间还包括对制得的二氧化铁薄膜进行高溫处理， 所述高溫处理的溫度为150~550°C，般烧时间为5~60分钟。
[0014] 较佳地，所述二氧化铁薄膜的厚度为5~30WI1。
【附图说明】
[001引图1为利用实施例1制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件 下测得的J-V曲线； 图2为利用实施例2制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图3为利用实施例3制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图4为利用实施例4制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图5为利用对比例1制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图6为利用对比例2制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图7为利用对比例3制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图8为利用对比例4制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线。
【具体实施方式】
[0016] W下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式 仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0017] 本发明提供一种染料敏化太阳能电池(DSSC)用光阳极的制备方法，在导电基底上 制备二氧化铁薄膜后极进行活化处理，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0018] 导电基底可W是由透明基板和透明导电膜构成。作为透明基板，可W使用石英、蓝 宝石W及玻璃等透明无机基板，W及聚对苯二甲酸乙二醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醋(PEN)、 聚碳酸醋、聚丙締、聚苯硫酸、聚偏氣乙締、聚酷亚胺、聚讽、聚締控等透明塑料基板。作为透 明导电膜，可W使用例如铜锡复合氧化物（ITO)、渗氣Sn化(FT0)、渗錬Sn化(ΑΤΟ)、Sn化、渗侣 Sn〇2(AZO)等。作为导电基底的示例，可举出Ti、不诱钢、不诱钢\Ti、玻璃\FT0、玻璃\ΙΤ0、玻 璃\八20、PET\FT0、ΡΕΤ\ I TO、ΡΕΤ\ΑΖ0、PEN\FT0、ΡΕΝ\ I TO、ΡΕΝ\ΑΖ0 等。
[0019] 制备二氧化铁薄膜的方法包括但不限于磁控瓣射法、脉冲激光瓣射、涂覆法如丝 网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和喷涂法等方法的一种或几种联用。优选 地，二氧化铁薄膜还可进行高溫处理W烧结。在一个示例中，高溫处理的溫度为150~550 °C，般烧时间为5~60min。二氧化铁薄膜(电催化活性材料薄膜)经过高溫处理后的厚度为5 ~30皿。
[0020] 烧结后，二氧化铁薄膜中还存在一些未被烧结充分的残余成分。另外，具有高比表 面积的二氧化铁薄膜也会吸附弥散于环境中的一些杂质，对其自身产生污染，运些都会使 二氧化铁薄膜吸附染料的活性面积降低。对此，本发明中，进一步对二氧化铁薄膜进行活化 处理，W去除二氧化铁薄膜中的残余物或吸附于其表面的污染物，减少二氧化铁薄膜的缺 陷，增加二氧化铁薄膜吸附染料分子的活性面积，进而提高染料敏化太阳能电池的光电转 换性能。
[0021] 本发明中，活化处理可W是等离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的一种或 几种方式联用。
[0022] 等离子体活化处理过程可在化气氛下，W5~50sccm的流量、20~200W的功率，处 理2~30min。通过等离子体处理，可W去除二氧化铁薄膜中还存在一些未被烧结充分的残 余成分。。等离子体处理例如可在等离子处理机中进行。
[0023] UV活化处理过程可WW50~5000W的功率，照射5~60min。通过UV处理，可W使二 氧化铁薄膜中残余成分充分分解。UV处理例如可在UV照射仪中进行。
[0024] 臭氧活化处理过程可在臭氧生成量为1~150ug/ml的条件下，处理5~60min。通过 臭氧处理，可W充分氧化二氧化铁薄膜中未被烧结充分的残余成分。臭氧的制备方法可选 自W下方法中的一种或几种：W臭氧发生器通过高压放电氧化空气或氧气的方法、紫外灯 法、电解法W及核福射法。
[0025] 等离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的任意几种的联用可W进一步增强活 化效果。
[0026] W下，作为示例，说明本发明所提及的光阳极及相关器件(DSSC)的制备及性能测 试的步骤。
[0027] 步骤一光阳极的制备： 在导电基板上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉进行般烧处理，冷却至室溫后取出。
[0028] 步骤二二氧化铁薄膜的活化处理 利用离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的一种或几种方式联用的方式对制备于 导电基底上的二氧化铁薄膜进行活化处理。
[0029] 步骤Ξ光阳极的敏化 将活化处理好的光阳极置于准备好的染料溶液中。染料包括但不限于钉基、化嘟类、菁 类及香豆素类染料的至少一种，例如N3、N719、black dye、Z907、K8、K19、N945、Z910、K73、 1(51、2955、2991、了66、花青、香豆素、化嘟、吗|噪、二糞嵌苯花菁、半花菁等。染料溶液的溶剂 可选自乙腊、叔下醇、二甲基甲酯胺、二甲基亚讽中的一种或几种。在一个示例中，染料溶液 为Z991的DMS0或乙腊/叔下醇(体积混合比例为1:1)混合溶剂。浸泡24~4她取出，制得敏化 后光阳极。[0030] 步骤四电池的组装 将敏化后的光阳极分别与对电极使用粘合剂贴合，之后从注入孔注入电解液，电解液 为常用的含舰液体电解液。之后使用薄玻璃片封住铁板上的电解液注入孔，制得电池。
[0031] 步骤四电池光电转换性能测试 在AM1.5模拟太阳光下测试电池各光电转换性能参数。经测试表明，利用本发明提出的 DSSC用光阳极的制备方法制得的光阳极应用于DSSC，能够提高电池的开路电压(Voc)、短路 电流(Jsc)、填充因子(F巧和光电转换效率(η)等光电转换性能。
[0032] 本发明的有益效果： (1) 本发明提出的DSSC用光阳极的制备方法，可W去除残余在光阳极孔隙结构或吸附 于催化剂表面的残余物或污染物，减少二氧化铁薄膜的缺陷，增加二氧化铁薄膜吸附染料 分子的活性面积，最终达到提高DSSC光电转换性能的效果； (2) 利用本发明提出的DSSC用光阳极的制备方法制得的光阳极应用于DSSC，能够提高 电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)等光电转换性 能； (3) 本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是光阳极部件的制备及性能优化提供了全 新的思路； (4) 本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化应用前景。
[0033] 下面进一步例举实施例W详细说明本发明。同样应理解，W下实施例只用于对本 发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发 明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的 工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可W通过本文的说明做合适 的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0034] 实施例1: (1) 二氧化铁薄膜的制备： 利用丝网印刷在FT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在510°C进行般烧处理30min，冷却 至室溫后取出，干膜厚度为25WI1; (2) 二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行等离子体活化处理，处理过程在化气氛下，W 20sccm的流量、100W 的功率，处理lOmin，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0035] 实施例2: (1)二氧化铁薄膜的制备： 利用棍涂法在IT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在300°C进行般烧处理60min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为15皿； (2)二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行等离子体活化处理，处理过程在化气氛下，W 20sccm的流量、100W 的功率，处理lOmin，将进行完等离子体活化处理光阳极进行UV活化处理，处理过程中UV照 射功率为3000W，处理30min，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0036] 实施例3: (1) 二氧化铁薄膜的制备： 利用喷涂法在阳T\FTO上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在200°C进行般烧处理30min，冷 却至室溫后取出，干膜厚度为祉m; (2) 二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行臭氧活化处理，处理过程中臭氧生成量为lOOug/ml的条件下，处 理50min，即完成DSSC用光阳极制备。
[0037] 实施例4: (1) 二氧化铁薄膜的制备： 利用旋涂法在TO上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在450°C进行般烧处理20min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为1祉m; (2) 二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行臭氧活化处理，处理过程中臭氧生成量为80ug/ml的条件下，处理 60min，将进行完臭氧活化的光阳极进行UV活化处理，处理过程中UV照射功率为2000W，处理 lOmin，即完成DSSC用光阳极的制备。
[003引对比例1: 利用丝网印刷在FT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在510°C进行般烧处理30min，冷却 至室溫后取出，干膜厚度为25皿，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0039] 对比例2: 利用棍涂法在IT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在300°C进行般烧处理60min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为15皿，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0040] 对比例3: 利用喷涂法在阳T\FT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在200°C进行般烧处理30min，冷 却至室溫后取出，干膜厚度为祉m，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0041 ] 对比例4: 利用旋涂法在TO上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在450°C进行般烧处理20min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为1祉m，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0042]效果实施例:染料敏化太阳能电池光电性能测试 利用实施例1~4和对比例1~4所制得的光阳极，按照如下步骤制作染料敏化太阳能电 池并测试相应电池的性能： 将光阳极置于准备好的染料溶剂中，染料溶剂为Z991的DMS0或乙腊/叔下醇(体积混合 比例为1:1)混合溶剂。浸泡24~4化取出，制得敏化后光阳极。将敏化后的光阳极与对电极 使用粘合剂贴合，之后从注入孔注入电解液，电解液为常用的含舰液体电解液。之后使用薄 玻璃片封住铁板上的电解液注入孔，制得电池。在AM1.5模拟太阳光下测试电池各光电转换 性能参数。
[0043] 结果显示： 图1~4分别对应的是由实施例1~4中制得的光阳极组装成的DSSC，在AM1.5模拟太阳 光下，测得的J-V曲线；图5~8分别对应的是由对比例1~4中制得的光阳极组装成的DSSC， 在AM1.5模拟太阳光下，测得的J-V曲线。为了更加清晰的比较实施例和对比例，W体现出本 发明的效果，又将W上运些测试结果整理为表1和表2。
[0044] 表1实施例1~4对应电池的性能数据汇总_
[0046] 表1和表2为实施例1~4和对比例1~4对应电池性能的数据汇总。将上述数据进行 对比，可W看出： 利用本发明所提及方法所制备的光阳极用于染料敏化太阳能电池，同传统的方法制得 光阳极相比，能够明显改善染料敏化太阳能电池的光电转换性能，包括电池的开路电压 (Voc)、短路电流(Jsc)和光电转换效率化ff.)等光电转换性能均有显著提升，主要是由于 利用本发明所提及的制备DSSC用光阳极的方法，将光阳极进行了活化处理，该活化处理过 程可W去除残余在电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，提高光阳极薄膜吸附染料 分子的活性面积，降低了光阳极薄膜中的晶格缺陷，进而使DSSC的Voc、Jsc和Eff.等光电转 换性能得到提高。
[0047] 本发明的技术方案简单、快速，易于实现，具有好的产业化应用前景;本发明还为 染料敏化太阳能电池，尤其是光阳极部件的制备及性能优化提供了全新的思路。
[0048] W上所述，对于本领域内的普通技术人员来说容易理解，凡在本发明技术方案基 础上做出的任何变形、修改或者等同替换，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 在导电基底上制备二氧化钛薄膜得到光阳极； (2) 将步骤（1)制得的光阳极进行活化处理，即完成染料敏化太阳能电池用光阳极的制 备，所述活化处理包括等离子体处理、紫外处理和臭氧处理方式中的任意一种或几种方式 联用。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理在02气氛下，以5~ 50sccm的流量、20~200W的功率，处理2~30分钟。3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述紫外处理是以50~5000W的功 率照射5~60分钟。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述臭氧处理是在臭氧 生成量为1~150ug/ml的条件下，处理5~60分钟。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底为Ti、不锈 钢、不锈钢\!1、玻璃\掺氟Sn02、玻璃\铟锡复合氧化物、玻璃\掺铝Sn02、聚对苯二甲酸乙二 酯\掺氟Sn02、聚对苯二甲酸乙二酯\铟锡复合氧化物、聚对苯二甲酸乙二酯\掺铝Sn02、聚萘 二甲酸乙二酯\掺氟Sn02、聚萘二甲酸乙二酯\铟锡复合氧化物、或聚萘二甲酸乙二酯\掺铝 Sn〇2〇6. 根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，二氧化钛薄膜的制备方 法包括磁控溅射法、脉冲激光溅射、涂覆法如丝网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋 涂法和喷涂法中的任意一种或几种联用。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1)和步骤(2)之 间还包括对制得的二氧化钛薄膜进行高温处理，所述高温处理的温度为150~550 °C，煅烧 时间为5~60分钟。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛薄膜的厚 度为5~30μηι。
【专利摘要】本发明涉及了一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在导电基底上制备二氧化钛薄膜得到光阳极；（2）将步骤（1）制得的光阳极进行活化处理，即完成染料敏化太阳能电池用光阳极的制备，所述活化处理包括等离子体处理、紫外处理和臭氧处理方式中的任意一种或几种方式联用。本方法可以提高二氧化钛薄膜中的残余物或吸附于其表面的污染物的去除率，减少二氧化钛薄膜的缺陷，增加二氧化钛薄膜吸附染料分子的活性面积，进而提高染料敏化太阳能电池的光电转换性能，本发明的技术方案简单、快速，易于实现，具有好的产业化应用前景。
【IPC分类】H01L51/44, H01G9/048, H01G9/20, H01M14/00
【公开号】CN105489378
【申请号】CN201511025258
【发明人】李嘉庆, 杨松旺, 邵君, 刘岩
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日
【技术领域】
[0001] 本发明设及染料敏化太阳能电池材料领域，尤其设及一种染料敏化太阳能电池用 光阳极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 染料太阳能电池(DSSCs)是有前途的光伏设备，主要是由于其成本低和效率高。通 常，DSSC有Ξ个主要组件:光电阳极，氧化还原电解质和对电极(CE)。其中，光阳极是其重要 组成部分，它不仅是吸附染料的载体，也是传输光生电子的载体。染料敏化半导体材料多用 二氧化铁，二氧化铁具有对人体无毒性，稳定性好，来源丰富，成本低廉等优点。近年来，许 多科研人员花费了大量精力来优化二氧化铁薄膜的制备工艺，运些研究工作可W分为W下 几种:改善薄膜中二氧化铁的结晶度，减少晶格缺陷，运可W提高二氧化铁晶体和敏化剂界 面光生载流子的分离效率;增加二氧化铁薄膜的孔隙率，使其具有高比表面积，运可W使光 阳极上吸附更多的光敏化剂并吸收更多的光能。
[0003] 上述优化光阳极制备工艺的方法，虽然对提高电池的性能可W取得明显的效果， 但是仍有尚需改进的环节，其中一点便是在光阳极的制备过程中，二氧化铁薄膜存在一些 未被烧结充分的残余成分；另外，具有高比表面积的二氧化铁薄膜也会吸附弥散于环境中 的一些杂质，对其自身产生污染，运些都会使二氧化铁薄膜吸附染料的活性面积降低，最终 导致DSSC达不到预期的光电转换效果。
[0004] CN 101866753 A公开一种处理染料敏化太阳能电池的二氧化铁光阳极薄膜表面 的方法，通过使用稀酸结合臭氧气体处理染料敏化太阳能电池光阳极的方法，在微观尺度 通过强氧化剂的氧化作用修复了在二氧化铁表面大量存在的氧空位缺陷，但是该方法需要 用到稀酸，处理不便。CN 102324313 A公开一种用于染料敏化太阳能电池的复合结构光阳 极的制备方法，在导电基底上涂覆半导体金属氧化物纳米颗粒与有机高分子的混合物后， 采用热处理、红外处理、等离子处理或微波处理等方法除去电极中的有机高分子成分，但是 上述处理仅是用于制备半导体金属氧化物薄膜，而非对已制得的薄膜的进一步活化处理。 CN 102347139 A公开一种染料敏化太阳能电池光阳极的低溫制备方法，在30~180°C热处 理形成二氧化铁薄膜后进行紫外处理。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述DSSC制备过程中二氧化铁薄膜吸附染料的活性面积降低的问题，本 发明提供一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法。
[0006] 本发明的染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，包括W下步骤： (1) 在导电基底上制备二氧化铁薄膜得到光阳极； (2) 将步骤(1)制得的光阳极进行活化处理，即完成染料敏化太阳能电池用光阳极的制 备，所述活化处理包括等离子体处理、紫外处理和臭氧处理方式中的任意一种或几种方式 联用。
[0007]本方法可W提高二氧化铁薄膜中的残余物或吸附于其表面的污染物的去除率，减 少二氧化铁薄膜的缺陷，增加二氧化铁薄膜吸附染料分子的活性面积，进而提高染料敏化 太阳能电池的光电转换性能，本发明的技术方案易于实现，为染料敏化太阳能电池，尤其是 其主要部件光阳极制备提供了新思路。
[000引较佳地，所述等离子体处理在化气氛下，W5~50sccm的流量、20~200W的功率，处 理2~30分钟。
[0009] 较佳地，所述紫外处理是W50~5000W的功率照射5~60分钟。
[0010] 较佳地，所述臭氧处理是在臭氧生成量为1~150ug/ml的条件下，处理5~60分钟。
[0011] 本发明中，所述导电基底可为Ti、不诱钢、不诱钢\Ti、玻璃\渗氣Sn化、玻璃\铜锡 复合氧化物、玻璃\渗侣Sn化、聚对苯二甲酸乙二醋\渗氣Sn化、聚对苯二甲酸乙二醋\铜锡复 合氧化物、聚对苯二甲酸乙二醋\渗侣Sn化、聚糞二甲酸乙二醋\渗氣Sn化、聚糞二甲酸乙二 醋\铜锡复合氧化物、或聚糞二甲酸乙二醋\渗侣Sn化。
[0012] 本发明中，二氧化铁薄膜的制备方法包括磁控瓣射法、脉冲激光瓣射、涂覆法如丝 网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和喷涂法中的任意一种或几种联用。
[0013] 较佳地，在步骤（1)和步骤(2)之间还包括对制得的二氧化铁薄膜进行高溫处理， 所述高溫处理的溫度为150~550°C，般烧时间为5~60分钟。
[0014] 较佳地，所述二氧化铁薄膜的厚度为5~30WI1。
【附图说明】
[001引图1为利用实施例1制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件 下测得的J-V曲线； 图2为利用实施例2制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图3为利用实施例3制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图4为利用实施例4制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图5为利用对比例1制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图6为利用对比例2制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图7为利用对比例3制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线； 图8为利用对比例4制得的光阳极所组装的电池在AM1.5，1000W/V标准测试条件下测 得的J-V曲线。
【具体实施方式】
[0016] W下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式 仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0017] 本发明提供一种染料敏化太阳能电池(DSSC)用光阳极的制备方法，在导电基底上 制备二氧化铁薄膜后极进行活化处理，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0018] 导电基底可W是由透明基板和透明导电膜构成。作为透明基板，可W使用石英、蓝 宝石W及玻璃等透明无机基板，W及聚对苯二甲酸乙二醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醋(PEN)、 聚碳酸醋、聚丙締、聚苯硫酸、聚偏氣乙締、聚酷亚胺、聚讽、聚締控等透明塑料基板。作为透 明导电膜，可W使用例如铜锡复合氧化物（ITO)、渗氣Sn化(FT0)、渗錬Sn化(ΑΤΟ)、Sn化、渗侣 Sn〇2(AZO)等。作为导电基底的示例，可举出Ti、不诱钢、不诱钢\Ti、玻璃\FT0、玻璃\ΙΤ0、玻 璃\八20、PET\FT0、ΡΕΤ\ I TO、ΡΕΤ\ΑΖ0、PEN\FT0、ΡΕΝ\ I TO、ΡΕΝ\ΑΖ0 等。
[0019] 制备二氧化铁薄膜的方法包括但不限于磁控瓣射法、脉冲激光瓣射、涂覆法如丝 网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和喷涂法等方法的一种或几种联用。优选 地，二氧化铁薄膜还可进行高溫处理W烧结。在一个示例中，高溫处理的溫度为150~550 °C，般烧时间为5~60min。二氧化铁薄膜(电催化活性材料薄膜)经过高溫处理后的厚度为5 ~30皿。
[0020] 烧结后，二氧化铁薄膜中还存在一些未被烧结充分的残余成分。另外，具有高比表 面积的二氧化铁薄膜也会吸附弥散于环境中的一些杂质，对其自身产生污染，运些都会使 二氧化铁薄膜吸附染料的活性面积降低。对此，本发明中，进一步对二氧化铁薄膜进行活化 处理，W去除二氧化铁薄膜中的残余物或吸附于其表面的污染物，减少二氧化铁薄膜的缺 陷，增加二氧化铁薄膜吸附染料分子的活性面积，进而提高染料敏化太阳能电池的光电转 换性能。
[0021] 本发明中，活化处理可W是等离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的一种或 几种方式联用。
[0022] 等离子体活化处理过程可在化气氛下，W5~50sccm的流量、20~200W的功率，处 理2~30min。通过等离子体处理，可W去除二氧化铁薄膜中还存在一些未被烧结充分的残 余成分。。等离子体处理例如可在等离子处理机中进行。
[0023] UV活化处理过程可WW50~5000W的功率，照射5~60min。通过UV处理，可W使二 氧化铁薄膜中残余成分充分分解。UV处理例如可在UV照射仪中进行。
[0024] 臭氧活化处理过程可在臭氧生成量为1~150ug/ml的条件下，处理5~60min。通过 臭氧处理，可W充分氧化二氧化铁薄膜中未被烧结充分的残余成分。臭氧的制备方法可选 自W下方法中的一种或几种：W臭氧发生器通过高压放电氧化空气或氧气的方法、紫外灯 法、电解法W及核福射法。
[0025] 等离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的任意几种的联用可W进一步增强活 化效果。
[0026] W下，作为示例，说明本发明所提及的光阳极及相关器件(DSSC)的制备及性能测 试的步骤。
[0027] 步骤一光阳极的制备： 在导电基板上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉进行般烧处理，冷却至室溫后取出。
[0028] 步骤二二氧化铁薄膜的活化处理 利用离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的一种或几种方式联用的方式对制备于 导电基底上的二氧化铁薄膜进行活化处理。
[0029] 步骤Ξ光阳极的敏化 将活化处理好的光阳极置于准备好的染料溶液中。染料包括但不限于钉基、化嘟类、菁 类及香豆素类染料的至少一种，例如N3、N719、black dye、Z907、K8、K19、N945、Z910、K73、 1(51、2955、2991、了66、花青、香豆素、化嘟、吗|噪、二糞嵌苯花菁、半花菁等。染料溶液的溶剂 可选自乙腊、叔下醇、二甲基甲酯胺、二甲基亚讽中的一种或几种。在一个示例中，染料溶液 为Z991的DMS0或乙腊/叔下醇(体积混合比例为1:1)混合溶剂。浸泡24~4她取出，制得敏化 后光阳极。[0030] 步骤四电池的组装 将敏化后的光阳极分别与对电极使用粘合剂贴合，之后从注入孔注入电解液，电解液 为常用的含舰液体电解液。之后使用薄玻璃片封住铁板上的电解液注入孔，制得电池。
[0031] 步骤四电池光电转换性能测试 在AM1.5模拟太阳光下测试电池各光电转换性能参数。经测试表明，利用本发明提出的 DSSC用光阳极的制备方法制得的光阳极应用于DSSC，能够提高电池的开路电压(Voc)、短路 电流(Jsc)、填充因子(F巧和光电转换效率(η)等光电转换性能。
[0032] 本发明的有益效果： (1) 本发明提出的DSSC用光阳极的制备方法，可W去除残余在光阳极孔隙结构或吸附 于催化剂表面的残余物或污染物，减少二氧化铁薄膜的缺陷，增加二氧化铁薄膜吸附染料 分子的活性面积，最终达到提高DSSC光电转换性能的效果； (2) 利用本发明提出的DSSC用光阳极的制备方法制得的光阳极应用于DSSC，能够提高 电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)等光电转换性 能； (3) 本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是光阳极部件的制备及性能优化提供了全 新的思路； (4) 本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化应用前景。
[0033] 下面进一步例举实施例W详细说明本发明。同样应理解，W下实施例只用于对本 发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发 明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的 工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可W通过本文的说明做合适 的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0034] 实施例1: (1) 二氧化铁薄膜的制备： 利用丝网印刷在FT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在510°C进行般烧处理30min，冷却 至室溫后取出，干膜厚度为25WI1; (2) 二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行等离子体活化处理，处理过程在化气氛下，W 20sccm的流量、100W 的功率，处理lOmin，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0035] 实施例2: (1)二氧化铁薄膜的制备： 利用棍涂法在IT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在300°C进行般烧处理60min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为15皿； (2)二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行等离子体活化处理，处理过程在化气氛下，W 20sccm的流量、100W 的功率，处理lOmin，将进行完等离子体活化处理光阳极进行UV活化处理，处理过程中UV照 射功率为3000W，处理30min，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0036] 实施例3: (1) 二氧化铁薄膜的制备： 利用喷涂法在阳T\FTO上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在200°C进行般烧处理30min，冷 却至室溫后取出，干膜厚度为祉m; (2) 二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行臭氧活化处理，处理过程中臭氧生成量为lOOug/ml的条件下，处 理50min，即完成DSSC用光阳极制备。
[0037] 实施例4: (1) 二氧化铁薄膜的制备： 利用旋涂法在TO上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在450°C进行般烧处理20min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为1祉m; (2) 二氧化铁薄膜的活化处理 将二氧化铁薄膜进行臭氧活化处理，处理过程中臭氧生成量为80ug/ml的条件下，处理 60min，将进行完臭氧活化的光阳极进行UV活化处理，处理过程中UV照射功率为2000W，处理 lOmin，即完成DSSC用光阳极的制备。
[003引对比例1: 利用丝网印刷在FT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在510°C进行般烧处理30min，冷却 至室溫后取出，干膜厚度为25皿，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0039] 对比例2: 利用棍涂法在IT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在300°C进行般烧处理60min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为15皿，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0040] 对比例3: 利用喷涂法在阳T\FT0上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在200°C进行般烧处理30min，冷 却至室溫后取出，干膜厚度为祉m，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0041 ] 对比例4: 利用旋涂法在TO上制备二氧化铁薄膜，用马弗炉在450°C进行般烧处理20min，冷却至 室溫后取出，干膜厚度为1祉m，即完成DSSC用光阳极的制备。
[0042]效果实施例:染料敏化太阳能电池光电性能测试 利用实施例1~4和对比例1~4所制得的光阳极，按照如下步骤制作染料敏化太阳能电 池并测试相应电池的性能： 将光阳极置于准备好的染料溶剂中，染料溶剂为Z991的DMS0或乙腊/叔下醇(体积混合 比例为1:1)混合溶剂。浸泡24~4化取出，制得敏化后光阳极。将敏化后的光阳极与对电极 使用粘合剂贴合，之后从注入孔注入电解液，电解液为常用的含舰液体电解液。之后使用薄 玻璃片封住铁板上的电解液注入孔，制得电池。在AM1.5模拟太阳光下测试电池各光电转换 性能参数。
[0043] 结果显示： 图1~4分别对应的是由实施例1~4中制得的光阳极组装成的DSSC，在AM1.5模拟太阳 光下，测得的J-V曲线；图5~8分别对应的是由对比例1~4中制得的光阳极组装成的DSSC， 在AM1.5模拟太阳光下，测得的J-V曲线。为了更加清晰的比较实施例和对比例，W体现出本 发明的效果，又将W上运些测试结果整理为表1和表2。
[0044] 表1实施例1~4对应电池的性能数据汇总_
[0046] 表1和表2为实施例1~4和对比例1~4对应电池性能的数据汇总。将上述数据进行 对比，可W看出： 利用本发明所提及方法所制备的光阳极用于染料敏化太阳能电池，同传统的方法制得 光阳极相比，能够明显改善染料敏化太阳能电池的光电转换性能，包括电池的开路电压 (Voc)、短路电流(Jsc)和光电转换效率化ff.)等光电转换性能均有显著提升，主要是由于 利用本发明所提及的制备DSSC用光阳极的方法，将光阳极进行了活化处理，该活化处理过 程可W去除残余在电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，提高光阳极薄膜吸附染料 分子的活性面积，降低了光阳极薄膜中的晶格缺陷，进而使DSSC的Voc、Jsc和Eff.等光电转 换性能得到提高。
[0047] 本发明的技术方案简单、快速，易于实现，具有好的产业化应用前景;本发明还为 染料敏化太阳能电池，尤其是光阳极部件的制备及性能优化提供了全新的思路。
[0048] W上所述，对于本领域内的普通技术人员来说容易理解，凡在本发明技术方案基 础上做出的任何变形、修改或者等同替换，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 在导电基底上制备二氧化钛薄膜得到光阳极； (2) 将步骤（1)制得的光阳极进行活化处理，即完成染料敏化太阳能电池用光阳极的制 备，所述活化处理包括等离子体处理、紫外处理和臭氧处理方式中的任意一种或几种方式 联用。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理在02气氛下，以5~ 50sccm的流量、20~200W的功率，处理2~30分钟。3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述紫外处理是以50~5000W的功 率照射5~60分钟。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述臭氧处理是在臭氧 生成量为1~150ug/ml的条件下，处理5~60分钟。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底为Ti、不锈 钢、不锈钢\!1、玻璃\掺氟Sn02、玻璃\铟锡复合氧化物、玻璃\掺铝Sn02、聚对苯二甲酸乙二 酯\掺氟Sn02、聚对苯二甲酸乙二酯\铟锡复合氧化物、聚对苯二甲酸乙二酯\掺铝Sn02、聚萘 二甲酸乙二酯\掺氟Sn02、聚萘二甲酸乙二酯\铟锡复合氧化物、或聚萘二甲酸乙二酯\掺铝 Sn〇2〇6. 根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，二氧化钛薄膜的制备方 法包括磁控溅射法、脉冲激光溅射、涂覆法如丝网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋 涂法和喷涂法中的任意一种或几种联用。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1)和步骤(2)之 间还包括对制得的二氧化钛薄膜进行高温处理，所述高温处理的温度为150~550 °C，煅烧 时间为5~60分钟。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛薄膜的厚 度为5~30μηι。
【专利摘要】本发明涉及了一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在导电基底上制备二氧化钛薄膜得到光阳极；（2）将步骤（1）制得的光阳极进行活化处理，即完成染料敏化太阳能电池用光阳极的制备，所述活化处理包括等离子体处理、紫外处理和臭氧处理方式中的任意一种或几种方式联用。本方法可以提高二氧化钛薄膜中的残余物或吸附于其表面的污染物的去除率，减少二氧化钛薄膜的缺陷，增加二氧化钛薄膜吸附染料分子的活性面积，进而提高染料敏化太阳能电池的光电转换性能，本发明的技术方案简单、快速，易于实现，具有好的产业化应用前景。
【IPC分类】H01L51/44, H01G9/048, H01G9/20, H01M14/00
【公开号】CN105489378
【申请号】CN201511025258
【发明人】李嘉庆, 杨松旺, 邵君, 刘岩
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日
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