[發明專利]一種染料敏化太陽能電池復合光陽極

無效

• 申請號: 201110051715.6
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102157273A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 賈春陽;李孜;郝貴敏;萬中全
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01G9/048
• 分類號: H01G9/048;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于功能材料及器件技術領域，涉及染料敏化太陽能電池，尤其涉及染料敏化太陽能電池光陽極結構及其制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池的結構通常是一種由吸附了敏化染料的TiO₂光陽極、電解質和對電極組成的三明治結構，英文簡稱為DSSC。由于DSSC的制作工藝簡單、成本低廉、以及對環境友好等特點使其成為替代傳統無機太陽能電池的很有潛力的候選者。自從1991年瑞士洛桑高工的Gratzel將DSSC的光電轉換效率做到7.1％以來，各國科學家紛紛投入大量的精力研究DSSC各種可喜的成果也不斷涌現；科學家一度將DSSC的光電轉換效率做到了11％以上。

在DSSC中，各部分的性能都會對電池的光電轉換效率有重要影響，其中TiO₂光陽極的結構和性能是對DSSC光電轉換效率產生較大影響的關鍵因素。

目前對DSSC的TiO₂光陽極的改性主要集中在對二氧化鈦膜的修飾上，通過對二氧化鈦膜的表面改性以增加二氧化鈦膜對染料的吸附量、降低二氧化鈦與電解液之間的界面電阻、延長光生載流流子在二氧化鈦膜中的壽命，從而提高整個電池的光電轉換效率。Chou等(Powder?Technol.，2009，194：95-105)將Ag或Au分別與P25共混，并用球磨機球磨得到含不同量Ag或Au的共混二氧化鈦漿料，將這些漿料作為DSSC的光陽極敏化后組裝成電池，測得電池的效率隨著Ag或Au得含量的增加而提高；究其原因可能是納米級的Ag或Au存在表面等離子共振效應，強烈的散射入射的太陽光增加了太陽光在二氧化鈦膜中的傳播路徑，從而有利于光陽極對太陽光的利用效率。Yu等(Chimica?Acta，2010，55：4637-4641)將P25與二氧化鈦空心微球按照不同比例進行共混并作為DSSC的光陽極，在掃描電鏡下觀察發現共混漿料制備的光陽極里面的二氧化鈦空心微球大部分破裂，比表面積明顯大于純P25漿料所制備的光陽極，電池的轉換效率也有一定的增大(純P25為4.35％，共混漿料為4.82％)。Lee等(Electrochem.Commun.，2010，12：1283-1286)在低溫下制得二氧化鈦空心微球和P25共混并在140℃條件下退火，并將這種漿料用在DSSC中，發現所得電池的效率比P25做光陽極的效率有明顯的提高(由4.4％提高到6.3％)。

發明內容

本發明解決的關鍵問題是對二氧化鈦光陽極膜進行修飾以提高其對光子的吸收效率，降低二氧化鈦導帶中的電子與價帶以及電解液中的空穴的復合幾率，增加電池的光電流提高光電轉換效率。有鑒于此，本發明提供一種染料敏化太陽能電池復合光陽極，所提供的染料敏化太陽能電池復合光陽極較現有的二氧化鈦光陽極具有更高的光電轉換效率。

本發明技術方案如下：

一種染料敏化太陽能電池復合光陽極，如圖1所示，包括導電玻璃、位于導電玻璃導電層2上的二氧化鈦過渡層3和二氧化鈦過渡層3表面的復合二氧化鈦改性層4。所述二氧化鈦過渡層3厚度在4～7微米之間，由采用水熱法制備的二氧化鈦漿料刮涂于導電玻璃的導電層2表面并經烘干、燒結而成。所述復合二氧化鈦改性層4的厚度在3～5微米之間，采用二氧化鈦混合漿料刮涂于二氧化鈦過渡層3表面并經烘干、燒結而成；所述二氧化鈦混合漿料由采用水熱法制備的二氧化鈦漿料與采用模板法制備的二氧化鈦空心微球混合而成，其中二氧化鈦空心微球摻有10％至40％的銀、直徑在400～1000納米之間。

本發明的光陽極分為兩層：下層是與導電玻璃的導電層直接接觸的二氧化鈦過渡層，該層二氧化鈦膜中顆粒之間接觸好而且致密，機械性能強有利于電子的傳輸；上層是復合二氧化鈦改性層，該層薄膜由二氧化鈦漿料和摻銀的二氧化鈦空心微球混合的混合漿料經烘干、燒結而成，該層混合膜由于摻入了二氧化鈦空心微球使其變得疏松多孔，從而有利于增加對太陽光的散射使電池能夠對太陽光進行二次吸收；燒結后的二氧化鈦空心微球破裂后增加了光陽極的比表面積有利于增加染料的吸附；該混合膜納米金屬顆粒的存在更加有利于減少二氧化鈦導帶中電子與電解質中的空穴的復合從而提高電池的效率。經過測試發現利用本發明提供的光陽極組裝成的電池的光電轉換效率有明顯的提高。

附圖說明

圖1為本發明提供的染料敏化太陽能電池復合光陽極的結構示意圖。其中1表示導電玻璃的玻璃襯底，2表示導電玻璃的導電層，3表示二氧化鈦過渡層，4表示復合二氧化鈦改性層。

圖2本發明提供的不同摻Ag量的復合光陽極組裝成的DSSC的I-V曲線。