[發(fā)明專利]等離激元增強(qiáng)的染料敏化太陽能電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380060564.8
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN104798157B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J.齊;X.當(dāng);A.M.貝爾徹;P.T.哈蒙德
• 申請（專利權(quán)）人: 麻省理工學(xué)院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 宋莉

染料敏化太陽能電池可包括多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體。所述形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體可包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的內(nèi)部金屬殼、以及在所述內(nèi)部金屬殼的表面上的外部氧化物殼。

優(yōu)先權(quán)的要求

本申請要求2012年10月8日提交的在先美國臨時申請No.61/710,878的權(quán)益，將該申請通過參考全部并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總地涉及等離激元增強(qiáng)的染料敏化太陽能電池。

背景技術(shù)

對于保存不可再生能量和降低二氧化碳排放的需求需要有效且廉價的方法來利用太陽能。染料敏化太陽能電池(DSSC)由于它們的低成本和潛在的高于硅太陽能電池的效率而成為有前景的技術(shù)。DSSC提供高的內(nèi)量子效率、大的表面與體積之比(surface-to-volume ratio)以及可調(diào)節(jié)的吸收范圍。

發(fā)明內(nèi)容

可通過將等離激元納米結(jié)構(gòu)體添加到光陽極來實現(xiàn)全色DSSC。所述等離激元納米結(jié)構(gòu)體可具有復(fù)合的核-多殼結(jié)構(gòu)，例如，氧化物核、內(nèi)部金屬殼和外部氧化物殼。

在一方面，染料敏化太陽能電池包括光陽極，所述光陽極包括多個TiO₂納米顆粒和多個形成等離激元(plasmon-forming)的納米結(jié)構(gòu)體，其中各形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的內(nèi)部金屬殼、和在所述內(nèi)部金屬殼的表面上的外部氧化物殼。

所述氧化物核可包括TiO₂。所述內(nèi)部金屬殼可包括Au、Ag或其組合。所述外部氧化物殼可包括TiO₂。所述氧化物核可具有不大于50nm的直徑。所述內(nèi)部金屬殼可具有不大于5nm的厚度。所述外部氧化物殼可具有不大于5nm的厚度。

所述多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體可點綴(夾雜，interspersed)有所述多個TiO₂納米顆粒。所述形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體可為所述光陽極中的全部納米顆粒的0.01重量％至2.5重量％。

在另一方面，產(chǎn)生太陽能的方法包括照射包括多個TiO₂納米顆粒和多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體的染料敏化太陽能電池，其中各形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的內(nèi)部金屬殼、和在所述內(nèi)部金屬殼的表面上的外部氧化物殼。

所述氧化物核可包括TiO₂。所述內(nèi)部金屬殼可包括Au、Ag或其組合。所述外部氧化物殼可包括TiO₂。所述氧化物核可具有不大于50nm的直徑。所述內(nèi)部金屬殼可具有不大于5nm的厚度。所述外部氧化物殼可具有不大于5nm的厚度。

所述多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體可點綴有所述多個TiO₂納米顆粒。所述形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體可為所述光陽極中的全部納米顆粒的0.01重量％至2.5重量％。

在另一方面，制造染料敏化太陽能電池的方法包括形成光陽極，所述光陽極包括多個TiO₂納米顆粒和多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體，其中各形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的內(nèi)部金屬殼、和在所述內(nèi)部金屬殼的表面上的外部氧化物殼。

形成光陽極可包括在基底上沉積所述多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體。形成光陽極可包括在沉積之前將所述多個TiO₂納米顆粒與所述多個形成等離激元的納米結(jié)構(gòu)體混合。所述氧化物核可包括TiO₂。所述內(nèi)部金屬殼可包括Au、Ag或其組合。所述外部氧化物殼可包括TiO₂。所述氧化物核可具有不大于50nm的直徑。所述內(nèi)部金屬殼可具有不大于5nm的厚度。所述外部氧化物殼可具有不大于5nm的厚度。