一種大面積染料敏化太陽能電池制造技術

本實用新型專利技術公開一種高效大面積染料敏化太陽能電池，包括光陽極和對電極，所述光陽極包括導電基體和TiO2層，在導電基體的與TiO2層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵柵線的表面包覆有玻璃保護層；所述對電極包括導電基體和鉑催化層，在導電基體的與鉑催化層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵柵線的表面包覆有玻璃保護層。本實用新型專利技術能有效提高大面積DSSC的光電轉換效率，增加單位面積太陽光利用率的同時可有效提高大面積DSSC的效率及壽命，進而有效的降低大面積DSSC的制備成本。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于太陽能電池領域，具體涉及一種具有較高的光電轉換效率的大面積染料敏化太陽能電池。
技術介紹
染料敏化太陽能電池被評為第三代太陽能電池(Dye?Sensitized?Solar?Cells，簡稱DSSC)，作為新型太陽電池，自Gratzel教授1991年在實驗室小面積(<0.2cm2)取得7.1%的光電轉換效率以來，引起了越來越多的科學家重視，隨著技術的進步，目前光電轉換效率已達到15％（面積0.285cm2）。DSSC主要由導電基體、半導體電極、染料敏化劑、電解質溶液和對電極組成，是一類有機無機復合型光電化學太陽電池。與硅基太陽能電池相比，其具有原材料豐富；電池兩面均可以吸光發電，且弱光條件下也可發電；可制備出半透明或不同顏色的電池；同時具有質量輕、可制成便于攜帶的柔性器件。但在DSSC實用化研究中發現，隨著電池面積的不斷增加，電池的填充因子迅速減小，電池光電轉換效率變小，無法達到實用化的要求。在小面積DSSC中我們可以獲得較理想的伏安特性曲線和參數，如開路電壓Voc，短路電流密度Jsc，填充因子FF，短路電流和光電效率η等，其填充因子可以達到60%以上。隨著電池面積逐漸增大，如面積5cm×5cm以上，電池的伏安特性發生了明顯的變化，與小面積DSSC相比，填充因子FF和光電轉換效率η大大減小。從DSSC物理模型可以看出，其主要原因是DSSC基體（如TCO導電玻璃，PET等）表面電阻的影響，即電子傳輸路程太長，從而導致電子在傳輸過程中的損耗增大。因此，要想在大面積電池中獲得好的電池伏安特性曲線，獲得更高的電池效率，必須減少電池中電子在DSSC基體表面傳輸的損失。目前解決DSSC中電子在DSSC基體表面傳輸損失的常見方法是將大面積電池改為條狀電池，并在條狀DSSC電極四周制備低電阻的銀（鋁）柵電極，從而減少電子的傳輸距離，減小電子傳輸路徑的電阻，電池性能得到較大的改善，使得電池的性能接近小面積電池的性能。但該方法將大面積的DSSC轉化為若干個條狀DSSC，一方面會降低單位面積上DSSC有效發電單元面積；另一方面各獨立的條狀DSSC需獨立的電解液灌裝孔洞，孔洞的增多大大增加了電解液封裝的難度，同時因電解液對銀（鋁）柵的腐蝕，加劇大面積DSSC效率的衰減。
技術實現思路
本技術的目的是解決現有染料敏化太陽能電池因面積增大后光電轉換效率下降嚴重的問題，提供一種大面積染料敏化太陽能電池。本技術實現上述目的所采用的技術方案如下：一種大面積染料敏化太陽能電池，包括光陽極和對電極，所述光陽極包括導電基體和TiO2層，在導電基體的與TiO2層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵的柵線表面包覆有玻璃保護層；所述對電極包括導電基體和鉑催化層，在導電基體的與鉑催化層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵的柵線表面包覆有玻璃保護層。進一步，所述導電基體為FTO導電玻璃、TCO導電玻璃或導電PET。進一步，所述金屬導電柵為銀或鋁。一種大面積染料敏化太陽能電池的制造方法，步驟如下：（1）導電基體的前處理；（2）采用網目120T～200T的絲網，將金屬導電漿料印刷至經步驟（1）處理的導電基體上，于150～510℃燒結5～60min，得到印有金屬導電柵的導電基體；（3）采用絲網印刷，在對應于金屬導電柵柵線的位置上印刷玻璃粉漿料，于300～500℃燒結15～60min，得到玻璃保護層；（4）在經步驟（3）得到的導電基體上，用網目40T～140T的絲網印刷TiO2漿料，于300～550℃燒結5～300min，得到光陽極；（5）在經步驟（3）得到的導電基體上用網目70T～250T的絲網印刷鉑漿料，于300～450℃燒結5～300min，得到對電極；（6）將光陽極和對電極組裝得到大面積染料敏化太陽能電池。進一步，步驟（1）所述的前處理為：(a)導電基體清洗；(b)將清洗的導電基體放入40mmol/L?的TiCl4水溶液中，70℃處理5～30min，降至室溫，取出，用去離子水沖洗，放于馬弗爐先于60～80℃烘干，再于125～450℃燒結5～15min。經上述處理后可在導電基體的表面產生一層薄的、致密的TiO2薄膜，該TiO2薄膜作為阻擋層，從而抑制由導電基體上的光生電子與電解液中之間所形成的暗電流，進而得到光電轉換效率高的DSSC。進一步，步驟（2）所述金屬導電漿料為銀漿或鋁漿。進一步，步驟（3）所述玻璃粉漿料是通過將粒徑為0.01～5μm的玻璃粉超聲分散于松油醇、乙基纖維素、流平劑和乙醇的混合液中，再旋轉蒸發得到。為保證印刷和燒結時玻璃層的平整和線寬，松油醇：乙基纖維素：流平劑質量比=（4～6）：（6～2）：1，玻璃粉漿料中玻璃粉含量為30～80wt%，可印刷0.04mm～0.5mm的精細玻璃粉線條。松油醇與乙基纖維素比值直接影響所制漿料的粘度，比值越大，所制漿料粘度越低，如松油醇：乙基纖維素大于6：1時，漿料粘度太低，印刷后線條擴展嚴重，導致大面積DSSC的受光面積降低，進而影響轉換效率。添加流平劑可以防止覆蓋其上的TiO2層或鉑催化層出現應力集中點，從而避免大面積DSSC電極燒結時發生剝離。進一步，步驟（4）所述TiO2漿料是通過以下方法得到：向含10～12gTiO2的120ml?TiO2乙醇分散液中依次加入40g松油醇，4g?OP-10，55g10wt%乙基纖維素乙醇溶液，得到的膠體狀溶液進行機械攪拌和超聲攪拌，交替處理三次，再于40℃的水浴中加熱，進行旋轉蒸發，得到粘度為2.15×105mPa·s的TiO2漿料，其中，TiO2的粒徑分布為10nm≤粒徑＜20nm占24%、20nm占64%、20nm＜粒徑≤30nm占12%。采用該種TiO2漿料可重復印刷而不會產生龜裂，高溫燒結后，顆粒間結合性能好，不易剝落。本技術適用于大面積DSSC制備(50cm2以上)，能有效提高大面積DSSC的光電轉換效率，增加單位面積太陽光利用率的同時可有效提高大面積DSSC的壽命，進而有效的降低大面積DSSC的制備成本，對DSSC的應用有較好的促進作用。附圖說明圖1為本技術的大面積染料敏化太陽能電池，其中，（101、108）-導電基體，102-金屬導電柵，103-玻璃保護層，104-TiO2層，105-鉑催化層，106-封裝材料，107-電解液。圖2為本技術的大面積染料敏化太陽能電池的電性能曲線。具體實施方式以下結合實施例和附圖對本技術做進一步詳細說明。TiO2漿料可以采用商用產品，如Dyesol?18NR-T型TiO2漿料，然而商用TiO2漿料一般容易出現龜裂、剝落等問題，為克服這些問題，本技術可以采用以下方法得到的TiO2漿料：向含10～12g?TiO2的120ml?TiO2乙醇分散液中依次加入40g松油醇，4g?OP-10，55g10wt%乙基纖維素乙醇溶液，得到的膠體狀溶液進行機械攪拌和超聲攪拌，交替處理三次，再于40℃的水浴本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大面積染料敏化太陽能電池，包括光陽極和對電極，其特征在于：所述光陽極包括導電基體和TiO2層，在導電基體的與TiO2層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵的柵線表面包覆有玻璃保護層；所述對電極包括導電基體和鉑催化層，在導電基體的與鉑催化層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵的柵線表面包覆有玻璃保護層。

【技術特征摘要】
1.一種大面積染料敏化太陽能電池，包括光陽極和對電極，其特征在于：所述光陽極包括導電基體和TiO2層，在導電基體的與TiO2層接觸的一面印制有金屬導電柵，在所述金屬導電柵的柵線表面包覆有玻璃保護層；所述對電極包括導電基體和鉑催化層，在導電基體的與鉑催化層接觸的一面印制有金屬導...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何早陽，朱凱，顧軍，鄒志剛，
申請(專利權)人：南京大學昆山創新研究院，
類型：新型
國別省市：江蘇;32