[發明專利]一種疊層染料敏化太陽電池

有效

• 申請號: 201310485908.1
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103839687B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 戴松元;邵志鵬;潘旭;方霞琴;張昌能
• 申請（專利權）人: 中國科學院等離子體物理研究所
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明屬于太陽電池領域，具體涉及一種染料敏化太陽電池。

背景技術

染料敏化太陽（DSC）電池因具有價格低廉、制備工藝簡單，環境友好等特點，受到各界的廣泛關注。在過去的幾十年中染料敏化太陽電池取得了重大的發展。目前染料敏化太陽電池的光電轉換效率已經突破12%,可以與非晶硅級太陽電池相媲美。新型基于鈣鈦礦結構的敏化電池光電轉換效率已經達到15%。

染料敏化太陽電池作為第三代太陽電池技術，如何提高其光電轉換效率成為研究的熱點，傳統的n型單節染料敏化太陽電池理論上光電轉換效率極限為31%。采用敏化光陰極替代常規n-DSC中的對點解組成疊層染料敏化太陽電池理論極限光電轉換效率可提高到43%。然而光陰極太陽電池（p-DSC）低的光電轉換效率制約著疊層染料敏化太陽電池的發展。

目前p-DSC的研究主要集中在有機染料敏化p型氧化物多孔薄膜上。應用于p-DSC中的半導體薄膜主要有NiO，CuGaO₂，CuSCN等p型半導體材料。到目前為止電池光電轉化效率最好的是NiO半導體材料的電極，也獲得了最廣泛的研究。但是NiO材料具有一定的光吸收以及空穴傳輸能力較低嚴重制約了其在p-DSC的應用。p型CuGaO₂半導體薄膜由于其比NiO更低的價帶位置獲得了較高的開路電壓。與n-DSC常用釕染料不同p-DSC中的染料多為D-π-A結構有機染料。目前p-DSC光電轉換效率已達0.41%。然而由于目前p-DSC由于光譜重疊及電子復合等問題光電轉換效率難以取得突破性的進展。

另外一種制備光陰極的方法是采用無機半導體材料，比如p-CdS，p-CdTe,p-InP以及Se等，但這種光陰極在電解質中不穩定，容易被電解質腐蝕等弱點限制了其發展。

1985年Masao Kaneko and Hideki Nakamura首次發現聚合物光活性材料/電解質結可以產生光電效應。利用聚合物光活性材料替代傳統p-DSC會在解決上述問題取得好的效果。本發明基于聚合物光活性材料制備光陰極。光陰極包括導電基底，導電基底上制備空穴傳輸材料。空穴傳輸材料上附著聚合物光活性材料。采用這種光陰極與傳統染料敏化光陽極或量子點敏化光陽極，中間灌注電解質組成疊層染料敏化太陽電池。相比于傳統的n-DSC可以有效的改善太陽光利用率，提高光電轉換效率并且降低成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種疊層染料敏化太陽電池，利用聚合物復合結構光陰極來取代傳統n-DSC的對電極，來實現提高染料敏華太陽電池的光譜利用效率以及光電轉換效率。

為了達到上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種疊層染料敏化太陽電池，其特征在于：所述疊層染料敏化太陽電池包括透明導電基底，染料敏化或量子點敏化光陽極，以聚合物材料作為光活性材料的聚合物復合結構光陰極以及在光陽極和光陰極之間的電解質。

所述染料敏化光陽極的透明導電基底上制備有透光n型半導體納米結構材料，n型半導體納米結構材料上面附著敏化材料；所述n型半導體納米材料可采用氧化鈦，氧化鋅，氧化錫或者鈣鈦礦結構氧化物釩酸鋇；所述敏化材料包括有機金屬化合物染料，有機染料以及量子點敏化材料。

所述聚合物復合結構光陰極的透明導電玻璃上制備有空穴傳輸材料或電子阻擋材料，空穴傳輸材料或電子阻擋材料上附著聚合物光活性材料；所述空穴傳輸材料具有好的透光以及P型導電性能，可以呈現平整薄膜結構或者多孔骨架結構，其可采用有機空穴傳輸材料或者氧化物空穴傳輸材料；所述電子阻擋材料呈現平整薄膜結構，采用有機電子阻擋材料或者氧化物電子阻擋材料MoO₃,V₂O₅或WO₃。

所述有機空穴傳輸材料采用聚3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽、酞氰銅、聚苯胺、聚乙烯苯磺酸、聚四氟乙烯、PHEDOT、PFT其中的一種；所述氧化物空穴傳輸材料選自NiO或銅鐵礦結構空穴傳輸材料ABO₂，其中A=Cu或Ag，B=Cr，Al，Cs或Ga。

所述聚合物光活性材料具有P型導電性，具有太陽光吸收性能。

本發明的有益效果：

本發明利用以聚合物材料作為光活性材料的聚合物復合結構光陰極來取代傳統n-DSC的對電極，可以有效提高染料敏華太陽電池的太陽光譜利用效率以及光電轉換效率，為以后發展高性能疊層染料敏化太陽電池奠定了基礎。

附圖說明