[發(fā)明專利]染料敏化太陽能電池工作電極

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710192386.0
• 申請日: 2007-12-26
• 公開（公告）號: CN101217166A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 祝名偉;陳延峰;唐月鋒;盧明輝;閔乃本
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01G9/048;H01G9/20;H01M14/00;H01M4/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池，特別是一種染料敏化太陽能電池工作電極。

背景技術(shù)

自從1991年瑞士科學家Grtzel等人發(fā)明低成本的染料敏化納米晶太陽能電池(即Grtzel電池)以來，染料敏化太陽能電池得以快速發(fā)展。染料敏化太陽能電池的優(yōu)點在于廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10，并且環(huán)保。然而，光電效率相對較低是其一大弱點，目前染料敏化太陽能電池仍然沒有達到商業(yè)應用的要求。

染料敏化太陽能電池主要由工作電極、電解質(zhì)和對電極三部分組成。其工作原理為：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的半導體的導帶，染料中失去的電子很快從電解質(zhì)中得到補償，進入半導體導帶中的電于最終進入導電膜，然后通過外回路產(chǎn)生光電流。在這些光電轉(zhuǎn)換、輸運環(huán)節(jié)中，電子的收集與輸運是決定染料敏化太陽能電池效率的重要環(huán)節(jié)。目前效率最高的染料敏化太陽能電池的工作電極都采用吸附染料的納米晶半導體(見附圖1)，其主要優(yōu)點是很大的比表面積可以極大提高染料的吸附量，使得光子與電子間的轉(zhuǎn)化量顯著提高，從而提高電池的效率。然而，納米晶提高比表面積的同時，也帶來負面作用。主要表現(xiàn)為，由于晶界等的散射作用及勢壘，電子在其中輸運能力下降，電子在納米晶工作電極中的擴散距離很短(小于光的穿透深度)，從而有大量電子在未到達外電極前被復合湮滅，這極大限制了染料敏化太陽能電池效率的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種染料敏化太陽能電池工作電極，該工作電極通過導電微通道的引入提高電子的捕獲、收集和傳輸效率，從而提高太陽能電池的效率等性能指標。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的染料敏化太陽能電池工作電極，包括：

(1)在工作電極內(nèi)部具有導電的微通道，該導電微通道一端附著在導電基底上，另外一端深入到工作電極材料中并被工作電極材料緊密包圍。通過在工作電極內(nèi)部構(gòu)筑導電微通道，可以突破電子擴散距離對工作電極厚度的限制，電子只需經(jīng)過較短的路徑即可到達導電微通道被其有效捕獲并快速輸運到外電極。

(2)導電微通道之間相互隔離，相互之間距離為電子在工作電極中的擴散深度的數(shù)量級，通常相互之間距離為50nm～50mm，并形成有序或者無序的陣列結(jié)構(gòu)。這樣可以減少電子在電極的擴散過程中的湮滅，提高電子的捕獲率。

(3)導電微通道的形狀為納米/微米線、納米/微米管、納米/微米針、納米/微米針帶、納米/微米錐、納米/微米螺旋體，及上述形狀之間的任意組合。這些形狀的導電微通道在有效捕獲和輸運電子，同時不會增加入射光的反射。

(4)導電微通道的材料為金屬、半導體、導電聚合物，及其任意組合。電子在這些類型的材料中的傳輸損耗較小，可以作為電子輸運的介質(zhì)。

(5)工作電極材料為Ti氧化物、Zn氧化物、Sn氧化物、Zr氧化物、Sr氧化物、In氧化物、Ga氧化物、Al氧化物、Y氧化物、W氧化物、V氧化物、Mo氧化物、Sc氧化物、Sm氧化物、Mg氧化物、Nb氧化物、La氧化物中的一個或其任意組合。

本發(fā)明的原理是：對于染料敏化太陽能電池，半導體納米晶的主要功能是負載染料及捕獲和輸運電子，但電子在半導體納米晶中的傳輸距離短，大量電子并沒有到達外電極。因此，本發(fā)明針對電子輸運這一環(huán)節(jié)，基于如何在電子湮滅之前將電子導出，提高電子的輸出效率和輸出量的思想，提出了在染料敏化太陽能電池的工作電極中增加起捕獲、收集和傳輸電子的導電微通道。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著有點是：

(1)可提高電子的收集與輸運效率，提高染料敏化太陽能電池的短路電流與效率。

(2)突破電子擴散距離對工作電極厚度的限制，增大染料敏化太陽能電池單位面積的功率。

(3)可制備適合于強光的染料敏化太陽能電池。

(4)設計可行性高，便于實施。

附圖說明

圖1現(xiàn)有染料敏化太陽能電池的工作電極的典型結(jié)構(gòu)示意圖，1為導電襯底，2為工作電極。

圖2本發(fā)明的具有導電微通道的染料敏化太陽能電池工作電極的示意圖，3為導電微通道。

具體實施方式