[發(fā)明專利]一種染料敏化納米晶太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710043706.6
• 申請日: 2007-07-12
• 公開（公告）號: CN101101969A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國榮;徐華華;孫大林
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;H01G9/20;H01M14/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種染料敏化納米晶太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著地球礦物資源的日益減少和人們對能源需求的不斷提高，太陽能電池的研究開發(fā)愈來愈受到人們的重視。目前應(yīng)用較多、發(fā)展較成熟的太陽能電池是硅太陽能電池，但由于價(jià)格昂貴，其廣泛應(yīng)用受到了限制。為此，人們開始致力于薄膜型以及其它形式的太陽能電池的研究，一方面可以大大降低成本，利于大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用；另一方面它可以在柔性襯底上制備，不僅可用于野外作業(yè)的便攜式電源，在軍事、航天等領(lǐng)域也有特殊用途。

80年代以來，以瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院M.Gratzel教授為首的研究小組，受到綠色植物光合作用的啟發(fā)，研制出二氧化鈦納米晶染料敏化太陽能電池(Dye-sensitizednanocrystalline?solar?cell，簡稱DSSC)。這項(xiàng)發(fā)明為解決當(dāng)今世界的能源問題開辟了一條新的途徑。DSSC具有受環(huán)境制約小，環(huán)境污染少，制作過程能源消耗少，有可能制成兩側(cè)均可受光的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)之一。

染料敏化納米晶太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。它由玻璃基板1，透明導(dǎo)電層2和6，納米TiO₂3、敏化染料4和電介質(zhì)5組成。

染料敏化納米晶太陽能電池目前存在的問題主要是如何提高效率，提高穩(wěn)定性(解決光衰，尋找更穩(wěn)定、便宜、高效的染料)以及尋找更合適的電解質(zhì)等。

目前應(yīng)用研究最廣的敏化染料是金屬釕(Ru)的聯(lián)吡啶配合物系列、金屬鋨(Os)的聯(lián)吡啶配合物系列、酞菁和菁類系列、卟啉系列、葉綠素及其衍生物等。但它們存在光衰、價(jià)格較高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種效率高、穩(wěn)定性好的染料敏化納米晶太陽能電池及其制備方法。

本發(fā)明提供的染料敏化納米晶太陽能電池，其基本結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)一致，如圖1所示。其中的敏化染料采用一類吸光性、耐光性、導(dǎo)電性均好的功能分子材料M-TCNQ，M為金屬，如Cu，Ag，K，Na，Mg，Ni，Li等；TCNQ為7，7，8，8-四氰基對醌二甲烷，即：7，7，8，8，-tetracyanoquinodimethane。這一類化合物的優(yōu)點(diǎn)是：對可見光吸收性能好，具有很高的電子傳輸效率，耐光性好。能保證電子的快速注入；可提高轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。圖2是作為舉例的CuTCNQ的光譜圖，它在全可見光范圍內(nèi)有很好的吸收。其它K，Na，Mg，Ni或Li，等與TCNQ的配合物有類似的光譜特性，應(yīng)用時(shí)可進(jìn)行挑選或組合利用。

附圖說明

圖1是納米晶染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是CuTCNQ的光譜圖。橫坐標(biāo)是光的波長，縱坐標(biāo)是光的透過率。

圖中標(biāo)號：1：玻璃基板；2、6：透明導(dǎo)電層；3：納米TiO₂；4：敏化染料；5：電介質(zhì)。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1所示。

本發(fā)明的染料敏化納米晶太陽能電池的制備方法如下：

①固態(tài)法：如圖1所示，在納米TiO₂等上面用真空鍍膜法(如熱蒸發(fā))鍍一層Cu，Ag，K，Na，Mn，Mg，Ni或Li等材料或它們的碘化物，厚度為10～1000納米，視需要調(diào)節(jié)。然后用真空鍍膜法鍍一層TCNQ，厚度為10～500納米，視需要調(diào)節(jié)，再在80-160℃溫度下進(jìn)行10-60分鐘熱處理，即形成所需要的新M-TCNQ染料敏化層。

②溶液法：如圖1所示，在納米TiO₂等上面用真空鍍膜法(如熱蒸發(fā))鍍一層Cu，Ag，K，Na，Mn，Mg，Ni或Li等材料或它們的碘化物，厚度為10～1000納米，視需要調(diào)節(jié)，然后與TCNQ的己腈飽和溶液溫度為10-60攝氏度接觸，使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成所需要的M-TCNQ染料敏化層。

其它制備步驟與工藝與傳統(tǒng)染料敏化納米晶太陽能電池的相似。

本發(fā)明提出一類吸光性、耐光性、導(dǎo)電性均好的功能分子材料M-TCNQ(M：金屬，如Cu，Ag，K，Na，Mg，Ni，Li，等；TCNQ：7，7，8，8-四氰基對醌二甲烷即：7，7，8，8，-tetracyanoquinodimethane)作為染料敏化劑。這一類化合物的特點(diǎn)也是主要優(yōu)點(diǎn)是：對可見光吸收性能好，具有很高的電子傳輸效率，耐光性好。能保證電子的快速注入；可提高轉(zhuǎn)換效率并克服光衰的缺點(diǎn)，從而提高使用壽命；同時(shí)價(jià)格相對低廉。