[發明專利]一種雙面透光柔性染料敏化太陽能電池及其專用光陽極

有效

• 申請號: 201210030513.8
• 申請日: 2012-02-10
• 公開（公告）號: CN102568842A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 王偉;趙清;俞大鵬
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種雙面透光柔性染料敏化太陽能電池及其專用光陽極。

背景技術

為了解決能源問題，更低廉、性能更高的新型太陽能電池的開發一直在持續進行著。染料太陽能電池由于其低廉的制造成本、較高的轉換效率以及所依賴的材料在地殼中豐度較高等優點在全世界科研與實際應用中得到了極大的發展。傳統染料敏化電池大多采用ITO或FTO等透明導電工作電極襯底，二氧化鈦作為染料敏化層對太陽光進行吸收利用。但是由于組成ITO的銦元素在地殼中的分布較少，還有其柔韌度不強，而面臨諸多發展的障礙。近年來，柔性襯底的染料敏化太陽能電池由于其較好的柔韌性，和便于大面積生產而受到越來越多的關注。

2008年，北京大學鄒德春等人發明了一種基于金屬纖維的染料敏化電池。其主要構造為用導電絲狀基體和敏化半導體薄膜組成工作電極，敏化半導體薄膜為由吸附敏化染料分子的大小各異的半導體粒子構成的多孔薄膜結構，敏化半導體薄膜包附在導電絲狀基體表面。用另一金屬鉑作為對電極。兩根金屬絲纏繞在一起，從而構成金屬絲狀的染料敏化電池。(Xing?Fan，Zengze?Chu，Fuzhi?Wang，Chao?Zhang，Lin?Chen，Yanwei?Tang，and?Dechun?Zou，Adv.Mater.2008，20，592)此種工藝存在的問題是工作電極和對電極的兩根金屬絲的接觸無法保證，尤其當彎折時，接觸不是很好。而且兩根金屬電極的纏繞勢必會阻擋光的有效吸收，這樣會嚴重影響電池的光電轉換效率。另外一種方法是使用鈦絲外生長的二氧化鈦納米管作為工作電極，金屬鉑絲為對電極，將兩根金屬絲封裝到一根充滿電解液的玻璃管中，但這樣無法實現器件的柔性要求，并且不利于大規模生產。(Liu，Z.；Misra，M.ACS?Nano?2010，4，2196-2200.)最近出現了一種利用將碳納米管薄膜包覆在鈦絲生長的二氧化鈦納米管外制備單根金屬絲染料敏化太陽能電池的方法，但此種方法需要額外進行碳納米管的制備轉移和包覆等附件流程，增加了制作成本，并且對效率的提高不是很高。(Sen?Zhang，Chunyan?Ji，ZhuqiangBian，Runhua?Liu，Xinyuan?Xia，Daqin?Yun，Luhui?Zhang，Chunhui?Huang，and?AnyuanCao，Nano?Lett.2011，11，3383-3387)

發明內容

本發明的一個目的是提供一種染料敏化太陽能電池的光陽極及其制備方法。

本發明所提供的染料敏化太陽能電池的光陽極，其為表面沉積氧化鋅納米線陣列或鋁摻雜氧化鋅納米線陣列的襯底，所述襯底為表面鈍化的金屬絲。

其中，所述金屬絲包括純金屬絲或不銹鋼絲。所述純金屬絲具體可由下述任意一種金屬制成：金、銀、銅、鐵、鎢和鋁。所述金屬材料絲的直徑為10-500μm。

制備上述染料敏化太陽能電池的光陽極的方法，包括下述步驟：

1)對金屬材料絲進行表面鈍化處理，得到表面鈍化的金屬絲；

2)采用化學氣相沉積法在所述表面鈍化的金屬絲上沉積氧化鋅納米線陣列或鋁摻雜氧化鋅納米線陣列，得到所述染料敏化太陽能電池的光陽極。

上述步驟1)中對金屬絲進行表面鈍化處理的方法如下：將金屬絲放入濃硫酸和雙氧水的混合溶液中于70-95℃浸泡10-60分鐘即得；所述濃硫酸為質量分數98％的硫酸溶液，所述混合液中濃硫酸和雙氧水的體積比為4∶1-6∶1。

上述步驟2)中在表面鈍化的金屬絲上沉積鋁摻雜氧化鋅納米線陣列的具體方法如下：將鋅粉與三氯化鋁的混合粉末按照質量比3∶1的比例放入管式爐中加熱到600-800℃，通入100sccm的氬氣作為載氣、2-8sccm的氧氣為反應氣體，金屬材料絲置于氣體下游，沉積4-10分鐘即得。

本發明的再一個目的是提供一種柔性且雙面透光的染料敏化太陽能電池及其制備方法。

本發明所提供的染料敏化太陽能電池，其包括本發明制備的光陽極、與所述光陽極相對且間隔放置的對電極、填充到所述光陽極與對電極之間的電解質、吸附于所述光陽極的染料分子以及用于封裝所述光陽極、對電極和電解質的透明柔性襯底。

上述染料敏化太陽能電池中的光陽極通常與對電極間隔相對且平行排列，其間距可為10-50μm。

所述對電極具體可為鉑絲或者表面鍍鉑的金屬絲，其直徑可為10-500μm。

常規的透明柔性襯底均可作為本發明的封裝材料，具體可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述透明柔性襯底的厚度可為30-100μm。