[發明專利]一種設有外加磁場的染料敏化太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210271762.6
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN102760585A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 蔡鋒石;袁志好;段月琴
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及染料敏化太陽能電池，特別是一種設有外加磁場的染料敏化太陽能電池及其制備方法。

背景技術

自1991年瑞士教授在染料敏化太陽能電池研究方面取得突破以來（O’Regan,B.，Nature?1991,353,737.），該類電池由于具有高效、低成本、環境友好等優點，顯示出強大的商業應用前景，逐漸成為世界各國研究的熱點。目前報道的實驗室最高效率為12%，遠低于其30%的理論效率。為此，國內外在對DSSC的光電極、電解質、生產工藝以及電池結構等方面均進行了不斷的探索，在一定程度上改善了電池的光電性能，提高了光電轉化效率。然而，近年來該類電池的光電效率依然沒有取得大的突破，其中重要的因素就是光生電子在光陽極薄膜中的復合率高。如何有效的減少光生電子的復合，目前主要有以下途徑：對光陽極形貌結構進行設計，如納米棒、納米管及陣列等，為減少電子在薄膜中的傳輸路徑；對多孔膜進行一定的改性和修飾，如通過增加散射層來提高對光的利用率，通過TiCl₄處理來改善納米顆粒之間的連接等。這些方法往往過程復雜，耗能且有污染，進一步提高太陽電池的效率也變得越來越難。

最近，有機光電器件中電流和發光的磁場效應引起了人們的廣泛興趣。Mermer等[Mermer?Q,et?al.Phy.Rev.B?2005,72,20520]報道了在有機發光器件中，引入磁場可以增加器件的發光效率和改變器件的電流。但關于通過磁場調控來改善染料敏化太陽能電池的光電性能國內外還鮮見報道。本發明提供了一種新的提高染料敏化太陽能電池光電轉換效率的思路，即在磁場作用下減少光生電子在光陽極薄膜中的復合率，從而延長光生電子的壽命，提高太陽能電池的光電轉換效率。通過簡單易行的磁場調控方法，來增強染料敏化太陽能電池的光電性能，這對提高光電池的性價比具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題和技術分析，提供一種設有外加磁場的染料敏化太陽能電池及其制備方法，該染料敏化太陽能電池通過磁場的作用，促進了光生電子和空穴的分離，從而減少了光生電子在光陽極薄膜中的復合率，延長了光生電子的壽命，提高了染料敏化太陽能電池的光電流及光電轉換效率，且具有節能、無污染、易操作的特點。

本發明的技術方案：

一種設有外加磁場的染料敏化太陽能電池，由染料敏化太陽能電池和外加磁場構成，染料敏化太陽能電池位于外加磁場的中心，所述染料敏化太陽能電池為夾層結構電池，包括光陽極、光陰極和電解液，其中以染料敏化半導體二氧化鈦或氧化鋅膜為光陽極，染料敏化劑采用濃度為3×10^-4M?釕基有機染料N719染料【cis–bis(isothiocyanoto)bis(2,2-bipyridyl-4,4-dicarboxylato)ruthenium(II)bis(tetrabutylammonium)】的乙醇溶液或量子點硫化鎘的乙醇溶液，以鉑為光陰極；所述的電解液的配方為：在乙腈溶劑中，加入0.6mol/L的1-丁基-3-甲基咪唑碘鹽、0.03mol/L的碘、0.1mol/L的異硫氰酸胍和0.5mol/L的叔丁基吡啶作支持電解質；所述外加磁場為永磁鐵或電磁鐵，磁場強度為1-200毫特斯拉，磁極間距為6-25厘米，磁極與電池電極的距離為1-12厘米，磁極與電池電極的夾角為90-45度。

一種所述設有外加磁場的染料敏化太陽能電池的制備方法，步驟如下：

1）在導電玻璃上制備半導體氧化物膜，隨后浸泡在染料敏化劑中吸附12小時制得染料敏化的光陽極；

2）在光陽極和光陰極之間加入用于密封的“surlyn”熱塑性聚合物膜，通過熱封機在90-110℃下加熱20-30秒，使兩個電極完全粘結在一起；

3）在光陰極背孔注入電解質溶液，并密封電解質注入小孔，制備成染料敏化太陽能電池；

4）將染料敏化太陽能電池置于外加磁場的中心即可。

本發明的優點在于：采用具有節能、無污染、易操作的磁場調控，在磁場作用下促進染料敏化太陽能電池中光生電子和空穴的分離，從而減少光生電子在光陽極薄膜中的復合率，延長光生電子的壽命，提高了染料敏化太陽能電池的光電流及光電轉換效率，為改善染料敏化太陽能電池的光電性能提供了一條新的途徑，顯示出十分重要的應用前景。

附圖說明

圖1為該設有外加磁場的染料敏化太陽能電池的結構示意圖。