[發(fā)明專利]有改進光學(xué)特征的染料敏化太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080030675.0
• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN102473531A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·林德斯特羅姆
• 申請（專利權(quán)）人: NLAB太陽能股份公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所 11038
• 代理人: 蔣世迅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多孔1D光子晶體(P1DPC)結(jié)構(gòu)，用于控制P1DPC的光學(xué)響應(yīng)，以便基于P1DPC的像能夠被建立。這種像能夠用于增強染料敏化太陽能電池(DSC)的效率和美學(xué)屬性。基于P1DPC的像，是通過在基底表面區(qū)域上淀積的P1DPC的選擇性定位而建立的。這些像還能夠通過選擇性地改變基底表面區(qū)域上P1DPC的曲率而建立。像的變化還能夠通過改變淀積的P1DPC的大小、形狀和光學(xué)響應(yīng)而完成。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及太陽能電池，尤其涉及染料敏化太陽能電池(DSC(Dye?Sensitized?Solar?Cell))，如見US?5084365。DSC通常由被淀積在透明導(dǎo)電基底上的數(shù)微米厚的多孔TiO₂電極層組成(見圖1)。常用的TiO₂電極層還一般地由互連的TiO₂金屬氧化物粒子(銳鈦礦結(jié)構(gòu)，通常平均晶體大小約20nm)組成。被著色的TiO₂電極，是使染料分子(通常是釕聚吡啶基復(fù)合物(ruthenium?polypyridyl?complex))吸附在TiO₂粒子的表面上形成的。染料分子的吸附一般是把TiO₂電極在染料分子溶液中浸泡數(shù)小時獲得的。透明導(dǎo)電基底10a一般地由被淀積在玻璃基底12上的FTO或ITO一般地構(gòu)成的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)組成。被著色的TiO₂電極13與電解液(通常含有I^-/I₃^-離子對)14和另一個透明導(dǎo)電基底10b及玻璃基底12b，即反電極15接觸，見圖1。反電極的TCO層10b通常以薄的鉑催化層覆蓋(圖1中沒有畫出)。

由于導(dǎo)電基底低的導(dǎo)電性，TiO₂電極通常被分段淀積，有間隙位于其間，以便為TiO₂電極段之間的集電器的淀積提供空間。

導(dǎo)電基底的邊緣常常不用TiO₂電極材料淀積。該兩個導(dǎo)電基底常常在邊緣被密封(使用熱熔的諸如Surlyn^TM1702)，以便保護DSC部件以防周圍大氣，并防止電解液的蒸發(fā)或泄漏。

太陽光被染料收集，產(chǎn)生光激發(fā)的電子，這些電子被注入納米晶態(tài)半導(dǎo)體網(wǎng)格的導(dǎo)帶中，然后進入導(dǎo)電基底。同時，氧化還原電解液減少被氧化的染料并把電子受主的元素(I₃^-)輸運到反電極(counter?electrode)。11％的功率轉(zhuǎn)換效率的記錄值已經(jīng)被報告，盡管優(yōu)質(zhì)電池通常提供的是在5％和8％之間。

有許多努力是針對改進DSC的穩(wěn)定性和效率的。還有美學(xué)質(zhì)量諸如DSC的顏色和半透明是重要的，使DSC特別適合透明窗的應(yīng)用。

改變DSC的視覺外觀的最直接方式，是使用不同顏色的染料，就是說，例如分別使用綠色、藍色或紅色染料制作綠色、藍色或紅色著色的DSC。然而，該方案的缺點是，DSC的效率強烈依賴于所使用染料的顏色，因為特定染料的光收集取決于染料的吸收光譜。因此，DSC染料的選擇，將決定該DSC的效率和顏色外觀二者。

通過使用光子晶體，能夠產(chǎn)生有不同顏色的DSC而無需改變?nèi)玖喜⑶也粻奚省ＰD(zhuǎn)涂布已經(jīng)被用于產(chǎn)生這種著色的DSC(Colodrero，S.，Adv.Mater.2008，20，1-7)。

一種已知增加DSC的效率的方式，是增加光在TiO₂電極13中的有效路徑。這一點能夠通過在TiO₂電極13頂部淀積多孔漫散射層16而做到，如圖2所示。多孔漫散射層16一般為數(shù)微米厚(如4微米或更厚)，并由大的非多孔光散射粒子(通常直徑為數(shù)百納米)組成。光散射粒子16通過把透過TiO₂電極的光反射回去，再進入TiO₂電極而增加光在著色的TiO₂電極13中的有效路徑。光散射粒子借助寬范圍方向的漫反射反射光。

使用由數(shù)百納米大小的非多孔粒子組成的多孔漫散射層，有一個問題是，它不能夠輕易地做成半透明的。因此，含有這類漫散射層的DSC，不適合在要求半透明的窗和立面的應(yīng)用。

另一個問題是，總的TiO₂層厚度隨被淀積的光散射層而增加，導(dǎo)致TiO₂電極和反電極之間的電解液中增加的離子電阻。增加的離子電阻導(dǎo)致電解液中增加的電勢降，降低太陽能電池性能中的填充因數(shù)。