漿料的制備方法對染料敏化太陽能電池性能優化

李拴

摘 要：TiO2作為染料，在染料敏化太陽能電池性能中具有重要作用，TiO2能夠利用漿料制備出光陽極薄膜，以保障染料敏化太陽能電池性能的發揮。在此過程中，漿料的配比與涂覆層數、燒結方式均對電池性能具有影響，對此文章以實驗研究的形式，就漿料的制備方法對染料敏化太陽能電池性能優化的影響進行探索與分析。

關鍵詞：漿料制備 ;染料敏化太陽能電池 ;電池性能優化

對于染料敏化太陽能電池來講，作為新型的太陽能電池，其制作方法簡單，且電池結構具有穩定性，在新能源電池行業中具有較好的發展前景。且伴隨當下科學技術的創新發展，染料敏化太陽能電池光電轉換效率得到了進一步的提升。就燃料敏華太陽能電池來講，光陽極、對電極、電解質、敏華染料作為構成電池的主要部分，對電池性能的優化具有相關性。

一、實驗

1.1試劑和儀器

在對漿料的制備方法與染料敏化太陽能電池性能優化關系的研究中，研究主要以實驗的形式開展。在實驗過程中用到的試劑包含葡萄糖、分析純、乙基纖維素、松油醇、TiO2粉末、無水乙醇，以上試劑均來自于國藥集團化學試劑有限公司。

主要儀器包含

主要儀器：FA1004分析天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）;KQ-100E超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）;CL-200控溫磁力攪拌器（金壇市醫療儀器廠）;JM322R絲網印刷（天津三興精密絲印移印設備廠）;Oriel Sol 3A class solar simulator太陽能電池測試系統（美國Newport公司）;D8 Advance多晶X-射線衍射儀（德國Bruker公司）;S-4800場發射掃描電子顯微鏡（日本日立公司）。

1.2TiO2漿料制備

在進行TiO2漿料制備的制備過程中，首先選擇乙基纖維素1.25g，將其溶于25ml的松油醇溶液中并進行攪拌，在攪拌24h后，制備出5%乙基纖維素的松油醇溶液。同樣采取此類方式制備15%的乙基纖維素松油醇溶液。將P25在乙醇溶液中進行分散，同時加入乙基纖維素松油醇溶液攪拌均勻，將攪拌后的溶液進行加蒸，以將其中含有的乙醇進行分解蒸出以確保TiO2漿料的制備。

1.3染料敏化太陽能電池光陽極制備及組裝

在進行電池光陽極的制備過程中，首先需要就FTO導電玻璃進行準備，選擇10cm*2cm面積大小的FTO導電玻璃，將其在丙酮、乙醇、純水中進行超聲波清洗，清洗完畢、干燥待用。

方法：在FTO導電玻璃上使用絲網印刷技術，將P25進行直接涂覆，制備出0.16cm*0.16cm大小的TiO2漿料膜。值得注意的是，在此過程中涂料在不斷涂覆時，需要每涂覆一層鍛燒一層，根據涂覆過程就鍛燒溫度進行升溫，每次升溫標準為10℃/min，在溫度達到450℃，時間為30min時等待爐溫下降至室溫，以此重復涂覆與鍛燒過程。在此過程中，工作人員需要不斷就每層進行實驗檢測，以確保最佳層數的確定。

將制備好的TiO2薄膜電極在N719溶液中進行浸泡，一般浸泡時間為48h。在電極取出時需要采用乙醇溶液對電極進行清洗，在干燥后可得到光陽極。實驗制備光陽極與鉑電極進行組裝，采用電極夾進行夾住，在電池中間滴入兩滴電解液，最后對太陽能電池的性能進行檢測。

1.4表征與測試

采用D8 Advance多晶X-射線衍射儀（XRD）分析TiO2粉末和薄膜晶型結構。采用S-4800場發射掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品的表面和斷層形貌。染料敏化太陽能電池光伏性能采用美國Newport公司太陽能電池測試系統（Oriel Sol 3A class solar simulator），在100 mw？cm-2的模擬太陽光和功率2W，980nm波長的激發光源下完成測試。

二、結果與討論

2.1XRD分析

從TiO2薄膜與TiO2粉末XRD圖來講，TiO2薄膜與TiO2粉末圖譜基本一致，圖譜中銳鈦礦含量較高，這也是提升電池光電性能的主要元素。

2.2SEM分析

根據SEM分析結果顯示，P25粉末顆粒分散均勻，但存在團聚現象，團聚現象的出現是由于樣品處理未處理因素所導致的，在樣品未經處理時，樣品內部結構緊密，染料難以滲透，電解質不易擴散，影響著電池光電性能。TiO2薄膜電極在鍛燒后為雙層結構，顆粒分布緊密，且顆粒大小緊緊相融，均一疏松，無團聚現象。對此TiO2薄膜電極能夠加強電子之間的傳輸效率，促進染料與電解質的滲透，對電池光電之間的轉化具有積極作用。

2.3性能測試分析

以開路電壓不變為前提，0.5gP25+5%乙基纖維素的松油醇溶液的電流為13.715 mA/cm2，光電轉換效率為6.173%。此配方效率顯然高于其他漿料配方，主要是因為它的結構疏松且比表面積較大，不僅便于電子的傳輸以及電解質的擴散，更利于染料的吸收。因此電池的光電轉化效率會增高。所以，0.5gP25+5%乙基纖維素的松油醇溶液的漿料配方為最優選擇。

當電池的光電轉換效率最高的時候，所涂層數為8層，此時電流為13.789 mA/cm2，光電轉化效率為6.422%。但是當涂覆層數超過9層時，其光電轉換效率又隨著層數的增高而降低。因而涂覆8層為最優選擇。因此，最優TiO2薄膜光電極最佳制備方法為0.5gP25+5%乙基纖維素的松油醇溶液的漿料配方搭配8層涂層數，且鍛燒方式選擇管式爐緩慢降至室溫后再選擇涂覆下一層。

三、結論

為保障TiO2薄膜優質性，文章就P25漿料的配方進行了研究與制備，研究結果表明，將TiO2薄膜作為P25層在染料敏化太陽能電池光陽極中的應用，能夠促進電池性能的優化。TiO2薄膜電極在鍛燒后為雙層結構，顆粒分布緊密、大小緊緊相融，均一疏松，對促進染料與電解質的滲透具有積極性，有利于電池光電轉化效率的提升。

參考文獻：

[1]楊煌，李祎，王銳，楊偉光.復合分級結構的銳鈦礦TiO_2納米花的合成及其光電性能[J].上海大學學報（自然科學版），2020，26（04）：544-551.

[2]石佳玉，夏暢，李瑩瑩，張敬波.由電泳沉積ZIF-67薄膜制備高效染料敏化太陽能電池對電極[J].井岡山大學學報（自然科學版），2020，41（02）：23-28.

（國家電投集團西安太陽能電力有限公司 710100）