[發明專利]一種光陽極及其柔性太陽能電池

有效

• 申請號: 200910241224.0
• 申請日: 2009-12-02
• 公開（公告）號: CN101719421A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 孟慶波;黃姝青;高奎意;李冬梅;羅艷紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明屬于柔性太陽能電池領域，尤其涉及一種光陽極和使用該光陽 極的柔性太陽能電池。

背景技術

染料敏化太陽能電池包括光陽極、對電極和電解質三部分，其中光陽 極指在透明的導電基底材料(例如導電玻璃)上刮涂或沉積上一層寬禁帶 的半導體納米顆粒多孔層，染料分子或量子點吸附在納米顆粒的表面，組 成光陽極，用來吸收太陽光并產生光生載流子。染料敏化太陽能電池的 工作原理為：染料分子或半導體量子點吸收太陽光而產生光生電子，電子 從染料分子注入到寬禁帶半導體中，再傳輸到導電層。染料分子通過I^-離 子被還原。被氧化的I^-成為I單質與I^-結合成I₃^-，I₃^-在對電極的表面得電 子轉化為I^-而完成整個電池工作的一個循環。

通常可以采用柔性的導電襯底代替導電玻璃制成柔性染料敏化太陽 能電池。一般的柔性導電襯底是在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)上鍍一 層透明半導體導電層，如摻錫的氧化銦(ITO)。然而，這種柔性透明導電 的襯底成本高，并且相對于金屬，ITO電阻率較高，不利于提高電池的光 電轉換效率。而且PET只能承受低于200℃的溫度，而TiO₂納米顆粒多孔 層通常需要在高于此溫度進行高溫燒結。所以使用PET等高分子聚合物作 為柔性光陽極的基底限制了太陽能電池轉換效率的提高。

為解決上述問題，人們在金屬絲或金屬網上涂覆或沉積半導體納米顆 粒多孔層做光陽極用于柔性太陽能電池。但是由于采用涂覆或沉積技術， 半導體多孔層和金屬界面往往接觸不好，導致接觸電阻很大。另外，涂覆 或沉積的納米顆粒之間會有許多的界面，界面電阻的影響往往阻礙電子的 傳輸，而且電子在納米顆粒之間的傳輸路徑長，容易發生復合，從而也大 大限制了電子的傳輸。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服上述現有技術中接觸電阻大、界面多的 缺陷，提供一種光陽極及其柔性太陽能電池。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

根據本發明的第一個方面，提供一種用于柔性太陽能電池的光陽極， 包括金屬絲和其上的半導體納米材料，其中，所述半導體納米材料為在金 屬絲上直接生長的該金屬氧化物的納米管。

在上述技術方案中，所述金屬絲為鈦絲，所述半導體納米材料為TiO₂納米管。優選地，所述TiO₂納米管的長度為5μm～60μm。所述鈦絲的直徑 為0.1mm～1mm。

在上述技術方案中，還包括作為敏化層的染料或窄禁帶半導體量子 點，其中所述染料為含釕的有機配合物染料或含有三苯胺推電子基團和腈 基乙酸拉電子基團的有機染料，所述窄禁帶半導體量子點為CdS量子點、 PbS量子點、CdSe量子點或CdTe量子點中的一種或多種。

根據本發明的第二個方面，提供一種包括上述一種光陽極的柔性太陽 能電池。

在上述技術方案中，還包括電解質，所述電解質為含有I^-/I₃^-氧化還 原電對，或S^2-/S₂^2-氧化還原電對，或Co的配合物的液體電解質、離子液 體電解質、凝膠電解質、或聚合物電解質，或空穴傳輸材料，或p型半導 體材料。

在上述技術方案中，還包括對電極，所述對電極可以為具有催化活性 的金屬絲或金屬片、碳材料、或有機高分子導電聚合物中的一種或兩種。

根據本發明的第三個方面，提供一種制備上述一種光陽極的方法，該 方法包括以下步驟：

步驟1)：取鈦絲進行陽極氧化，得到表面生長有TiO₂納米管的鈦絲；

步驟2)：將步驟2)得到的鈦絲進行超聲和退火處理；

步驟3)：待冷卻后，放入TiCl₄水溶液中，在50℃-85℃下放置30分 鐘到90分鐘，然后在400℃-550℃下煅燒30分鐘到90分鐘，待溫度降低 后放入染料溶液中浸泡12小時以上或在其上生長窄禁帶半導體量子點。

在上述技術方案中，所述步驟1)中還包括：