[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽能電池光陰極及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410555076.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN104282442B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯自榮;龔渤;孫永明;周煒;朱桅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);武漢珈偉光伏照明有限公司
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種染料敏化太陽能電池光陰極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

染料敏化太陽能電池是模仿光合作用原理研制出來的一種新型太陽能電池。與傳統(tǒng)的硅太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池具有使用壽命長，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)過程環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

染料敏化太陽能電池的光陰極(又叫對(duì)電極)起著傳輸電子和催化還原的作用，其表面形貌和電催化性能對(duì)染料敏化太陽能電池的光電效率有重要影響，因此我們需要對(duì)光陰極進(jìn)行修飾，以提高其性能。然而，目前利用磁控濺射工藝制備的染料敏化太陽能電池的光陰極包括基底和鉑系金屬薄膜，與電解液的接觸面為平面結(jié)構(gòu)，這種光陰極的催化面積小，對(duì)透過光陽極的入射光的反射性差，不利于提高光陽極對(duì)入射光的利用率，導(dǎo)致染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率不高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池光陰極及其制備方法和應(yīng)用，該方法能顯著提高光陰極的催化面積，提高光陰極對(duì)透過光的反射率和散射率，進(jìn)而提高光陰極的還原效率及光陽極對(duì)入射光的利用率，最終提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，且制備過程容易精確控制，可重復(fù)性好，成本低廉。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種染料敏化太陽能電池光陰極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)在具有熱收縮特性的聚合物基底上沉積一層透明導(dǎo)電薄膜；(2)在透明導(dǎo)電薄膜表面沉積一層金屬薄膜；(3)對(duì)步驟(2)得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，使基底受熱收縮，在透明導(dǎo)電薄膜和金屬薄膜上形成褶皺和間隙，完成光陰極的制備。

優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電薄膜的材料為ITO、AZO或FTO。

優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電薄膜的膜厚為16～60nm。

優(yōu)選地，所述金屬薄膜的材料為金、鉑或銠。

優(yōu)選地，所述金屬薄膜的膜厚為50～70nm。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中，退火溫度為120～150℃，退火時(shí)間為5～10min。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用上述方法制備的染料敏化太陽能電池光陰極。

按照本發(fā)明的又一方面，提供了一種含有上述光陰極的染料敏化太陽能電池。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1、采用具有收縮特性的聚合物作為光陰極的基底，在基底上形成具有褶皺的透明導(dǎo)電薄膜和金屬薄膜，增大了染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)與光陰極的接觸面積(即催化面積)，從而提高了光陰極的還原效率。

2、采用具有收縮特性的聚合物作為光陰極的基底，在基底上形成具有納米間隙的透明導(dǎo)電薄膜和金屬薄膜，納米間隙破壞了薄膜內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)，使透射過光陽極的入射光通過散射以及多次反射和折射回到光陽極，提高了光陽極對(duì)入射光的利用率，從而提高了染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

3、制備過程容易精確控制，且可重復(fù)性好，成本低廉。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽能電池光陰極的制備工藝流程示意圖；

圖2是采用本發(fā)明實(shí)施例4與對(duì)比例1和對(duì)比例2的光陰極的染料敏化太陽能電池的光電流工作譜；

圖3是采用本發(fā)明實(shí)施例5與對(duì)比例1和對(duì)比例2的光陰極的染料敏化太陽能電池的光電流工作譜。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-聚合物基底，2-透明導(dǎo)電薄膜，3-金屬薄膜，4-褶皺，5-納米間隙。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。