[發明專利]一種基于柔性金屬基底的染料敏化太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201010160666.5
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN101866756A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 彭天右;范科
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于新能源技術領域。特別涉及一種染料敏化太陽能電池及其制作方法。

背景技術

隨著經濟的迅猛發展，石油、煤炭等礦石類能源消耗日趨增多，人類正面臨源短缺的挑戰。與此同時，環境的污染已經威脅到人類生存和發展。因此，開發潔凈的新能源和解決環境污染問題己迫在眉睫。

染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized?Solar?Cell，DSSC)由于其較高的光電轉化效率(大于11％)，較低的成本和環境友好的特點，有望成為傳統固態硅電池的取代品。一般而言，DSSC的基本結構主要由透明導電玻璃基板、TiO₂納米晶多孔薄膜、染料、電解質溶液和對電極(一般涂有Pt)組成。DSSC的基本工作原理為：當能量低于半導體納米TiO₂禁帶寬度，但等于染料分子特征吸收波長的入射光照射在電極上時，吸附在電極表面的染料分子中的電子受激躍遷至激發態，再注入到TiO₂導帶，而染料分子自身成為氧化態。注入到TiO₂中的電子通過擴散富集到導電玻璃基板，然后進入外電路。處于氧化態的染料分子從電解質溶液中獲得電子而被還原成基態，電解質中被氧化的電子擴散至對電極，這就完成了一個光電化學反應循環。

DSSC大多是在導電玻璃上制備納米晶多孔膜。通過450-500℃煅燒，去除TiO₂電極制備過程中的有機添加物，增強TiO₂粒子間和基底的連接性。但是導電玻璃重量大、易碎、不可隨意變形等缺點也給DSSC的實際應用帶來諸多不便，而且導電玻璃的花費約占整個產品成本的一半。柔性導電基底則可克服這些缺點。因此，取代玻璃基底，使用輕薄柔性、低成本的基底成為DSSC領域的一個研究熱門。

柔性導電基底是由聚合物材料(如：PET)及覆蓋其上的摻銦SnO₂導電層(ITO)構成。因為柔性導電基底的ITO層熱穩定性和化學穩定性都較差，且柔性聚合物材料等的相轉變溫度較低，在溫度高于150℃時就會分解。因此，要求TiO₂光陽極的制備要在低溫下進行。盡管出現了諸如水熱法，電沉積法，壓膜法，化學氣相沉積與UV照射結合法和膜轉移法等低溫制備方法，但是低溫燒結過程中并不能有效的使TiO₂粒子之間產生頸聯，而殘留的有機物也會增大電極的阻抗，減少染料吸附量，增加電子復合幾率。因此，低溫制備的DSSC效率遠不能和傳統高溫燒結制備的DSSC相比。

發明內容

本發明的目的就是針對上述現有技術的現狀，提供一種以金屬片作為基底的柔性工作電極的染料敏化太陽能電池及其制作方法。

本發明提出的基于柔性金屬片工作電極的染料敏化太陽能電池包含有工作電極、電解質層和對電極，其工作電極包含金屬片基底及其表面氧化物層、半導體氧化物層及敏化染料層。

本發明制備基于柔性金屬基底的染料敏化太陽能電池的方法，包含有工作電極和對電極的制備、電解質溶液的配置和組裝工序。其工作電極的制備工序為：

1、將定量的納米半導體氧化物，加入適量的分散劑，球磨混合均勻制成漿料；

2、將上述漿料均勻涂布到預處理的金屬基片上，干燥后進行煅燒處理；

3、對上步得物進行染料敏化處理。

工作電極所述金屬片基底可選自以下群組：不銹鋼、鈦、鋁、鋅、鎳、銅、鎢、錫及其組合。

本發明的染料敏化太陽能電池，使用金屬基底，能大幅度降低成本，且由于金屬的耐高溫性，彎曲性以及低電阻性，使其效果更好，適用范圍更大，故更具經濟效益。使用金屬代替導電塑料，由于金屬的耐高溫性質，克服了塑料只能低溫使用的缺陷，使得TiO₂粒子間的頸聯和與基底的結合力得到增強。從而使得電池性能得到較大的提升。不公如此，而且相對于FTO導電玻璃，金屬導電性較高，成本也相對低廉。因此，本發明不僅可以降低成本，而且由于其較低的阻抗，可以較大幅度的提高電池性能。

附圖說明

圖1為本發明染料敏化太陽能電池結構示意圖。

圖2為本發明實施例產品和相同條件下以導電玻璃為基底的產品的交流阻抗譜對比圖。

圖3為本發明實施例產品和相同條件下制得的以導電玻璃為基底的產品的電子壽命-開路電壓對比圖。

圖4為本發明實施例產品和相同條件下制得的以導電玻璃為基底的產品的暗態電流-電壓對比圖。

圖5為本發明實施例產品和相同條件下制得的以導電玻璃為基底的產品的光照電流-電壓對比圖。