[發(fā)明專利]基于天然有機染料與TiO2納米陣列的太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310224154.4
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103280326A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳延學(xué);李逸坦
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用天然有機染料并結(jié)合TiO₂單晶納米陣列組裝新型結(jié)構(gòu)的天然有機染料敏化太陽能電池，屬于太陽能電池制作領(lǐng)域。

背景技術(shù)

新世紀(jì)以來我國能源消費總量急速增長，龐大的能源消費總量給我國的“能源安全供應(yīng)體系”和“環(huán)境保護(hù)工作”帶來了沉重壓力。我國能源消費結(jié)構(gòu)中近90%是傳統(tǒng)化石能源，排放了大量溫室氣體、有毒有害物質(zhì)和粉塵，以致今年冬春交替之際，全國范圍內(nèi)持續(xù)數(shù)月的嚴(yán)重的霧霾天氣嚴(yán)重影響了人們的身體健康和生活秩序。政府先后出臺了“太陽能屋頂計劃”和“金太陽工程”，最近的“十二五規(guī)劃”提出了調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方針，構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略體系，太陽能資源清潔環(huán)保，儲量大，時間長久，在其中占據(jù)重要的戰(zhàn)略地位。太陽能電池發(fā)電是太陽能資源利用的主要方式，但目前我國太陽電池研發(fā)和創(chuàng)新能力薄弱，光伏產(chǎn)業(yè)尚未建立起全面的研發(fā)和創(chuàng)新體系，關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)線還主要依賴進(jìn)口。

傳統(tǒng)的單晶硅、多晶硅太陽能電池價格昂貴，難以普及。在新興的太陽能電池中，量子點敏化太陽能以其電池壽命長、能源回收周期短、成本低、易于制造的優(yōu)點引起了世界的廣泛關(guān)注。

目前，國內(nèi)外的實驗組，都在進(jìn)行敏化太陽能電池的研究，但是這些研究都集中于人工合成染料和無機半導(dǎo)體材料。這些材料雖然可以獲得較為理想的光電效率，但是其生產(chǎn)成本極其高昂，以N719為例，目前這種染料的市場價格約為15000元/g。同時該類敏化劑存在穩(wěn)定性的不足的缺點，使之還遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以應(yīng)用于生產(chǎn)。在新型敏化太陽能電池方面，有的實驗組將目光放到了易于獲得的天然有機染料上。該種天然染料成本低廉，易于獲得，并作為很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品具有很好地應(yīng)用前景。

染料敏化太陽能電池的研究主要集中于多孔薄膜太陽能電池，而其多孔電極帶來的電子耗散過程成為進(jìn)一步提高光電性能的瓶頸。希望通過尋求高效穩(wěn)定的襯底，經(jīng)濟(jì)環(huán)保的敏化劑來提高敏化太陽能電池的光電性能。目前所有的研究都集中于將天然有機染料和多孔二氧化鈦納米薄膜相結(jié)合，國內(nèi)外還沒有將其與二氧化鈦單晶納米陣列相結(jié)合的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將紫薯和麥冬果實的提取液應(yīng)用于TiO₂單晶納米陣列，組裝新型結(jié)構(gòu)的天然有機染料敏化太陽能電池，改進(jìn)太陽能電池的性能。這種電池節(jié)能環(huán)保，成本低廉。相對于傳統(tǒng)的薄膜敏化太陽能電池，這種TiO₂單晶納米陣列襯底減少了電子耗散過程，提高光電效率。對該種太陽能電池進(jìn)行光電性能的測試，獲得了光電效率分別為1.2%和1.15%的太陽能電池。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種制備敏化太陽能電池的方法，其特征在于：電極是通過將TiO₂單晶納米陣列在由天然染料獲取的敏化劑中敏化獲得的，其步驟包括：

（1）制備TiO₂單晶納米陣列；

（2）從農(nóng)作物中提取天然染液，制備天然有機敏化劑；

（3）將TiO₂納米陣列浸入上一步獲得的敏化劑中，制得光陽極；

（4）分別將ZnO單晶納米陣列作為電池的陽極，將Pt磁控濺射在FTO玻璃上作為陰極，將密封材料貼在Pt電極上，Pt電極和樣品導(dǎo)電側(cè)向內(nèi)被密封住，電極之間注射多硫聚合物電解液。

優(yōu)選地，所述農(nóng)作物為麥冬果實和紫薯。

優(yōu)選地，所述密封材料為包含3×3mm孔徑的60μm的密封材料。

優(yōu)選地，所述電解液由1摩爾每升的硫和1摩爾每升的硫化鈉和0.1摩爾每升的氫氧化鈉在80℃條件下攪拌2小時制得。

附圖說明

圖1為單晶二氧化鈦納米陣列的掃描電子顯微鏡的示意圖；

圖2為紫薯和麥冬果實提取液的光吸收譜；

圖3為基于TiO₂納米陣列的有機染料敏化的太陽能電池與基于TiO₂納米薄膜的有機染料敏化的太陽能電池的光電曲線比較。

具體實施方式

本發(fā)明的方法具體包括以下步驟：

（1）襯底的制備