[發(fā)明專利]一種帶有上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層的染料敏化太陽(yáng)能電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910021662.6
• 申請(qǐng)日: 2009-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101515508A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李德娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 彩虹集團(tuán)公司
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/52
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能領(lǐng)域，涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池。

(二)背景技術(shù)：

隨著全球性能源危機(jī)日益嚴(yán)重，人們迫切希望可以找到一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源。太陽(yáng)能作為一種取之不盡的天然能源，日益受到世界各國(guó)的關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池與傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池相比，成本低廉，制作簡(jiǎn)單，受到全世界的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是最有前途的下一代太陽(yáng)能電池。但是目前染料敏化太陽(yáng)能電池的實(shí)際光電轉(zhuǎn)換效率只有11％，離產(chǎn)業(yè)化的要求還有一定差距。

盡管多年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多小組在提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率方面做了大量工作，但是效果并不顯著。其中一個(gè)重要原因是由于染料的吸收光譜很難與太陽(yáng)的發(fā)射光譜相匹配，因此整體電池體系的太陽(yáng)能利用效率不高所致。如現(xiàn)在人們普遍認(rèn)可的用于染料敏化太陽(yáng)能電池的染料N719釕染料，其吸收光譜主要集中在400～600nm的可見(jiàn)光區(qū)，而太陽(yáng)光中除含44％的可見(jiàn)光外，還含有3％的紫外線和53％的紅外線，顯然太陽(yáng)光中的大部分能量都沒(méi)有得到有效利用。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種光電轉(zhuǎn)換效率高的新型染料敏化太陽(yáng)能電池。

一種帶有上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層的染料敏化太陽(yáng)能電池，由光陽(yáng)極基板1、半導(dǎo)體多孔薄膜2、染料3、電解質(zhì)4、對(duì)電極5和上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層6構(gòu)成；光陽(yáng)極基板1上面是半導(dǎo)體多孔薄膜2，半導(dǎo)體多孔薄膜2上面是染料3，染料3上面是電解質(zhì)4，電解質(zhì)4上面是對(duì)電極5，對(duì)電極5上面是上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層6。

所述的光陽(yáng)極基板1為鍍有導(dǎo)電薄膜的玻璃基板、金屬基板或柔性基板。

所述的半導(dǎo)體多孔薄膜2為T(mén)iO₂薄膜、ZnO薄膜、其它寬禁帶半導(dǎo)體氧化物或它們的復(fù)合膜。

所述的染料3為聯(lián)吡啶釕染料或天然染料，聯(lián)吡啶釕類染料為N719、N3、Z907或CYC-B1等，天然染料為香豆素、卟啉、二萘嵌苯、類胡蘿卜素或花菁素等。。

所述的電解質(zhì)4為含碘和碘化鋰的液體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)或固態(tài)電解質(zhì)。

所述的對(duì)電極5為所述的對(duì)電極5為鍍鉑導(dǎo)電玻璃對(duì)電極、鍍鉑導(dǎo)電樹(shù)脂基板對(duì)電極、鍍石墨導(dǎo)電玻璃對(duì)電極或鍍石墨導(dǎo)電玻璃對(duì)電極。

所述的上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層6是稀土離子摻雜的氟化合物、稀土離子摻雜硫化合物、稀土離子摻雜鹵化合物或稀土離子摻雜氧化物。

本發(fā)明的特點(diǎn)是在原有染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加一個(gè)信號(hào)增強(qiáng)層。該信號(hào)增強(qiáng)層主要由上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成。所謂上轉(zhuǎn)換材料，是一類反Stokes定律的發(fā)光材料，它能將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)短的可見(jiàn)光。由上轉(zhuǎn)換材料組成的信號(hào)增強(qiáng)層可以吸收太陽(yáng)光中的紅外部分，并將其轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光用于染料的激發(fā)，大大提高了太陽(yáng)能的利用率，從而有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。Stokes定律為熒光發(fā)射的波長(zhǎng)大于激發(fā)光的波長(zhǎng)。但某些熒光物質(zhì)吸收激發(fā)光的原子，如果不是處于基態(tài)，則出現(xiàn)反斯托克斯熒光發(fā)射。

上述增強(qiáng)層可吸收紅外光，并在較短的波長(zhǎng)發(fā)光，如在藍(lán)色、綠色、黃色和紅色等波長(zhǎng)發(fā)光。

所述上轉(zhuǎn)換材料包括稀土離子摻雜的氟化合物、硫化合物、鹵化合物、氧化物材料體系以及其它具有上轉(zhuǎn)換性能的材料。

本發(fā)明的效果益處在于上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層可吸收太陽(yáng)光中的紅外部分，并在可見(jiàn)光區(qū)發(fā)光，進(jìn)而被電池中的染料吸收，提高了太陽(yáng)能的利用率，使電池的光電性能得到改善。

(四)附圖說(shuō)明：

圖1帶有上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層的染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)圖。

其中：1為光陽(yáng)極基板；2為半導(dǎo)體多孔薄膜；3為染料；4為電解質(zhì)；5為對(duì)電極；6為上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層。

(五)具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

參見(jiàn)圖1，一種帶有上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層的染料敏化太陽(yáng)能電池，由光陽(yáng)極基板1、半導(dǎo)體多孔薄膜2、染料3、電解質(zhì)4、對(duì)電極5和上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層6構(gòu)成。光陽(yáng)極基板1上面是半導(dǎo)體多孔薄膜2，半導(dǎo)體多孔薄膜2上面是染料3，染料3上面是電解質(zhì)4，電解質(zhì)4上面是對(duì)電極5，對(duì)電極5上面是上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層6。