[實用新型]一種染料敏化太陽能電池的光陽極結構

無效

• 申請號: 201020156486.5
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號: CN201655554U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 趙紫辰
• 申請（專利權）人: 趙紫辰
• 主分類號: H01G9/048
• 分類號: H01G9/048;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本實用新型屬于太陽能電池技術領域，涉及一種染料敏化太陽能電池的光陽極結構。

背景技術

太陽能儲量豐富、清潔無污染、對環境友好，是人類減少對化石能源的依賴、緩解當前的能源危機的有效選擇之一。目前對于硅系太陽能電池的研究和應用最為廣泛，但由于所用原料成本高、生產工藝復雜，效率提高潛力有限，阻礙了其應用進程。M.Gratzel教授發明的二氧化鈦納米晶染料敏化太陽電池，成本低廉、制作工藝簡單，光電轉換效率和與非晶硅太陽電池相近，有望成為未來太陽能電池的主導。

染料敏化太陽電池主要由半導體光陽極、染料敏化劑、氧化還原電解液和對電極四個部分組成。半導體光陽極是染料吸附的載體和光生電子傳輸的通道，在很大程度上決定了電池的光電轉化效率：首先，只有比表面積較高的半導體粒子才能吸附較多的染料分子，從而產生較高的光電流；其次，半導體光陽極必須具有連貫的孔隙結構，有利于電解質的遷移；第三，半導體粒子必須連接緊密，使得電荷傳輸路徑短，電阻低。

目前這類電極多為納米晶薄膜，納米晶薄膜的優點是孔隙率高、表面積大，吸附染料量大，制備工藝簡單，其弊端是納米粒子排列無序，相互之間連接程度差，容易發生聚集而成為電子復合中心，不利于電子的傳輸。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種染料敏化太陽能電池的光陽極結構，解決了現有納米晶薄膜存在的納米粒子排列無序，相互之間連接程度差，容易發生聚集而成為電子復合中心，不利于電子傳輸的問題。

本實用新型所采用的技術方案是，一種染料敏化太陽能電池的光陽極結構，包括導電基板，在導電基板上覆蓋有導電膜，導電膜上覆蓋有致密半導體底層，致密半導體底層上設置有半導體膜，半導體膜中設置有多個結構呈樹枝形的孔隙，每個樹枝形孔隙包括樹干孔和樹枝孔，其中每個樹干孔與導電基板垂直。

本實用新型的染料敏化太陽能電池的光陽極結構，其特征還在于，

所述的每個樹干孔向上穿透半導體膜，最上層的樹枝孔向上穿透半導體膜。

所述的樹枝形孔隙的樹干孔的直徑為1μm?-30μm，樹枝形孔隙的樹枝孔的直徑為0.1μm?-5μm。

所述的致密半導體底層的厚度為20?nm?-50nm。

本實用新型的有益效果是，半導體膜的孔隙連通性好，電解質的遷移和電荷的傳輸路徑短，有利于電解液傳質，提高染料敏化電池的光電轉化效率；半導體粒子連接緊密，電子在電極材料中的傳輸路徑短，阻力小；可以增加光子的散射，增加光子在電極材料中的傳輸路徑，提高光的被吸收效率。?

附圖說明

圖1為本實用新型的光陽極結構斷面示意圖；

圖2為圖1的俯視結構示意圖。

圖中，1.導電膜，2.致密半導體底層，3.樹干孔，4.樹枝孔，5.半導體膜。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

如圖1、圖2，本實用新型所述的染料敏化太陽能電池的光陽極結構是，包括覆蓋有導電膜1的導電基板，導電膜1上覆蓋有致密半導體底層2，致密半導體底層2上設置有半導體膜5，半導體膜5之中設置有多個呈樹枝形結構的孔隙，或稱為多孔半導體膜5。每個樹枝形孔隙包括樹干孔3和樹枝孔4，其中樹干孔3與導電基板垂直，樹枝形孔隙的樹干孔3的直徑為1μm?-30μm，樹枝形孔隙的樹枝孔4的直徑為0.1μm?-5μm。

每個樹干孔3向上穿透半導體膜5，最上層的樹枝孔4向上穿透半導體膜5。致密半導體底層2的厚度為20?nm?-50nm。

導電基板選用聚合物、透明玻璃、金屬（如銅、鋁等）的一種或組合物。

半導體膜5選用TiO₂、ZnO、SnO₂半導體氧化物的一種或組合物。

本實用新型的染料敏化太陽能電池的光陽極結構的原理是：對于染料敏化太陽電池而言，吸附在半導體粒子上的染料分子吸收光能后，電子激發注入到半導體導帶，空穴留在染料中，氧化態的染料被電解質還原，氧化態的電解質需要在對電極接受電子被還原，形成回路。所以在光陽極結構中，半導體粒子吸附染料分子處，需要足夠的電解質還原染料分子，同時，需要連通的孔隙結構，以便電解質的遷移和電荷的傳輸。本實用新型針對電解質的遷移和電荷的傳輸這一環節，基于縮短電解質的遷移和電荷的傳輸路徑的思想，提出了在染料敏化太陽能電池的光陽極結構中，多孔半導體膜的孔隙呈樹枝形，且樹干孔與導電基板垂直，來縮短電解質的遷移和電荷的傳輸路徑。

與現有技術相比，本實用新型的優點在于：