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1、(10)申请公布号 CN 102436935 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 6 9 3 5 A *CN102436935A* (21)申请号 201110298207.8 (22)申请日 2011.09.28 H01G 9/042(2006.01) H01G 9/20(2006.01) H01M 14/00(2006.01) H01L 51/46(2006.01) H01L 51/48(2006.01) (71)申请人常州大学 地址 213164 江苏省常州市武进区滆湖路1 号 (72)发明人何祖明 夏咏梅 唐斌 王青 (74)专利代理机构北京市惠诚。
2、律师事务所 11353 代理人王美华 (54) 发明名称 天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜太阳能电 池及其制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米 晶薄膜的太阳能电池及其制备，该太阳能电池为 三明治结构，两边部分别为导电玻璃FTO和对电 极，中间两部分分别为浸渍有有机染料的Zn 2 TiO 4 纳米晶和电解质溶液。制备步骤包括：Zn 2 TiO 4 纳 米晶，天然染料的制备和组装染料敏化太阳能电 池。本发明制备方法简单，成本降低，电池性能好， 具有优异的经济效益。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申。
3、请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102436942 A 1/1页 2 1.一种天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池 为三明治结构，电池的两边分别是导电玻璃FTO和有Au镀层的导电玻璃FTO，中间两部分分 别为浸渍天然染料的Zn 2 TiO 4 纳米晶和电解质溶液。 2.根据权利要求1所述的天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜的太阳能电池，其特征在 于：Zn 2 TiO 4 纳米晶的粒径为10nm。 3.根据权利要求1或2所述的天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜的太阳能电池的制备 方法，步骤包括： (1。
4、)天然染料的制备：将采集的叶子，洗净晾干，称量后用研钵磨碎，加入无水乙醇，在 黑暗处浸泡一周以上；过滤，滤液浓缩，得到天然色素的乙醇溶液； (2)Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜电极的制备：用钛酸丁酯、二乙醇胺、去离子水和无水乙醇， 按体积比31112的比例配制成透明溶胶I；用二水合醋酸锌为反应前驱体，乙醇 胺为稳定剂，乙二醇甲醚为溶剂，按乙醇胺与锌离子的摩尔比为11的比例配制Zn2+浓 度为0.5mol/l的溶胶II；量取溶胶I和II，按Zn与Ti的摩尔比21混合均匀，再加 入表面活性剂聚乙二醇PEG400，搅拌均匀，得到胶体III；取制备好的胶体III滴于导电 玻璃上，均匀涂抹在导电面上，。
5、将涂覆好胶体的导电玻璃干燥10min，重复涂膜控制膜厚，然 后在550焙烧60min，即制备成Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜电极； (3)染料敏化太阳能电池的组装：将(2)中制备好的Zn 2 TiO 4 电极玻片浸入到(1)中的 天然色素乙醇溶液中，室温浸泡48小时，取出后用无水乙醇清洗干净，晾干，即为天然染料 敏化的Zn 2 TiO 4 电极；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治的 染料敏化太阳能电池。 权 利 要 求 书CN 102436935 A CN 102436942 A 1/3页 3 天然染料敏化 Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜太阳能电池及其制备方 法 技。
6、术领域 0001 本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶 薄膜太阳能电池及其制备方法。 背景技术 0002 染料是染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell，DSSC)的核心部分之 一，其作用是吸收太阳光，产生光电子，并将光电子传输到氧化物半导体导带上。因此，染料 敏化剂性能的优劣对整个电池装置的光电转化效率起着决定性作用。目前，人们研究的可 作为敏化剂的染料主要有四种：钌多吡啶有机金属配合物、酞菁和菁类染料、卟啉类染料和 天然染料。其中，钌多吡啶有机金属配合物染料性能最好，但是其合成、提纯等工艺比较复 杂，且钌作为稀有。
7、金属，使得这类染料成本较高，不利于大规模的工业化生产应用；酞菁和 菁类以及卟啉类染料很早就被用作光敏化剂了，性能也比较稳定，不过这类染料合成过程 中副反应比较多，很难合成单一的纯物质。 0003 植物光合作用中心是一种分子水平上的高效率的光伏器件，其中参与植物光合作 用等一系列重要过程的核心部分就是天然染料。一些天然染料如类黄酮类、花色素苷等，大 量地存在于植物的叶子、花和果实中，且它们的化学性能和光学性能非常稳定，可以用来替 代钌吡啶络合物作为DSSC的染料敏化剂。天然染料，成本低，制备简单。但是，目前还未天 然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜太阳能电池相关专利报道。 发明内容 00。
8、04 本发明的目的是提供一种天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜太阳能电池及其制备 方法，天然染料，成本低，制备简单，电池性能好，具有优异的经济效益。 0005 本发明的天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜太阳能电池：为三明治结构，两边分别 是导电玻璃FTO和有Au镀层的导电玻璃FTO，中间两部分分别为浸渍天然染料的Zn 2 TiO 4 纳 米晶和电解质容液。 0006 作为优选，Zn 2 TiO 4 纳米晶的粒径为10nm。小粒径的Zn 2 TiO 4 纳米晶制备过程简单， 纯度高，较大比表面能吸附的染料，从而增加了光的利用率。 0007 本发明的天然染料敏化Zn 2 TiO。
9、 4 纳米晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于： 所述的治本方法步骤为： 0008 (1)天然染料的制备：将采集到的叶子洗净晾干，称量后用研钵磨碎，加入无水乙 醇，在黑暗处浸泡一周以上；过滤，将滤液浓缩，得到天然色素的乙醇溶液。 0009 (2)Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜电极的制备：用钛酸丁酯、二乙醇胺、去离子水和无水乙 醇，按体积比31112的比例配制成透明溶胶I；用二水合醋酸锌为反应前驱体， 乙醇胺为稳定剂，乙二醇甲醚为溶剂，按乙醇胺与锌离子的摩尔比为11的比例配制Zn2+ 浓度为0.5mol/l的溶胶II；量取溶胶I和II，按Zn与Ti的摩尔比21混合均匀，再 说 明 书CN 1。
10、02436935 A CN 102436942 A 2/3页 4 加入表面活性剂聚乙二醇PEG400，搅拌均匀，得到胶体III；取制备好的胶体III滴于导 电玻璃上，均匀涂抹在导电面上，将涂覆好胶体的导电玻璃干燥10min，重复涂膜控制膜厚， 然后在550焙烧60min，即制备成Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜电极。 0010 (3)染料敏化太阳能电池的组装：将(2)中制备好的Zn 2 TiO 4 电极玻片浸入到(1) 中的天然色素乙醇溶液中，室温浸泡48小时，取出后用无水乙醇清洗干净，晾干，即为天然 染料敏化的Zn 2 TiO 4 电极；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三。
11、明 治的染料敏化太阳能电池。 0011 本发明的显著优点是Zn 2 TiO 4 纳米晶是一种很好的半导体材料，本发明首次提供 一种天然染料敏化Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜太阳能电池及其制备方法，制备方法简单，光电能量 转化效率达到2.97，降低了成本，具有很好的经济效益。 附图说明 0012 图1 550煅烧的Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜的SEM图像 0013 图2 550煅烧的Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜的XRD图谱 0014 图3 本发明三明治结构的染料敏化太阳能电池的示意图，1 导电玻璃FTO；2 Zn 2 TiO 4 纳米晶；3天然染料敏化剂；4电解质溶液；5Au镀层；6导。
12、电玻璃FTO 具体实施方式 0015 以下实施例进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。 0016 实施例 0017 天然染料的制备：将采集到的新鲜的叶子去掉泥土灰尘，洗净烘干，称量后用研钵 磨碎放到棕色试剂瓶中，以每克原料加入20ml的无水乙醇的比例，加入无水乙醇，在黑暗 处浸泡一周以上。利用真空泵和砂芯漏斗，抽滤，将滤液在40浓缩为原来的十分之一，将 析出的不溶物滤去，得到天然色素的乙醇溶液，装入棕色试剂瓶备用。 0018 Zn 2 TiO 4 纳米晶薄膜电极的制备：用钛酸丁酯、二乙醇胺、去离子水和无水乙醇， 按体积比31112的比例配制成透明溶胶I。用二水合醋酸锌为反应前驱体，乙 醇胺为。
13、稳定剂，乙二醇甲醚为溶剂；按乙醇胺与锌离子的摩尔比为11的比例配制Zn 2+ 浓 度为0.5mol/l的溶胶II；用量筒分别量取一定体积的溶胶I和II，按Zn与Ti的摩尔比 21进行混合，并磁力搅拌使之混合均匀，再加入适量的表面活性剂聚乙二醇PEG400，并 搅拌均匀，陈化24小时，得到胶体III，即为所需胶体；将已清洗过的2cm3cm导电玻璃 FTO(在400-700nm透光率大于90，方块电阻14/)不导电的背面及导电面的边缘用 胶带封上并固定在涂膜机上；取制备好的胶体III滴于导电玻璃上，用旋涂成膜法在导电 面上涂均匀；将涂覆好胶体的FTO在恒温干燥箱中80干燥10min，重复涂膜以控制。
14、膜厚， 镀完最后一层后，干燥30min；撕下胶带，放入箱式电阻炉中，以5/min升温速度升温到 230后，保温60min，然后再升温到550，恒温烧结60min，即制备成纳米结构Zn 2 TiO 4 薄 膜电极。 0019 染料敏化太阳能电池的组装：将上述制备好的Zn 2 TiO 4 电极玻片。浸入到制备好的 月季叶染料的乙醇溶液中，室温浸泡48小时，取出后用无水乙醇清洗干净，晾干，即为月季 叶染料敏化的Zn 2 TiO 4 电极。再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三 说 明 书CN 102436935 A CN 102436942 A 3/3页 5 明治的染料敏化太阳能电池。
15、。 0020 液态电解质溶液采用常规的染料敏化太阳能电池电解质溶液。 0021 从图2可以看出，550的产物已结晶，但结晶度不是很高。该衍射谱图与 2Zn 2 TiO 4 标准峰数据一致，表明所生长的Zn 2 TiO 4 晶体为尖晶石结构。 0022 图1显示，550煅烧所生长的Zn 2 TiO 4 薄膜，表面平整、致密；纳米Zn 2 TiO 4 颗粒基 本呈球形或近球形，由于表面活性剂的分散作用，颗粒表现出良好的分散状态，无团聚和大 块堆积现象，粒径大多在10nm左右。 0023 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 说 明 书CN 102436935 A CN 102436942 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102436935 A CN 102436942 A 2/2页 7 图3 说 明 书 附 图CN 102436935 A 。