[發明專利]一種光陰極及含有這種光陰極的量子點敏化太陽能電池

在審

• 申請號: 201610060516.4
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105551804A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 張漢平;楊超;周貽森;朱甜
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種新型光陰極以及具有該光陰極結構的量 子點敏化太陽能電池。

背景技術

染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦敏化太陽能電池中，由于光電子的產生是光陽極上的染料 或鈣鈦礦被激發的結果，可見太陽能電池的效率主要由光陽極決定，因此染料敏化太陽能電 池和鈣鈦礦敏化太陽能電池的光陽極一般都具有比較高的活性，而這類電池的光陰極主要是 作為一種電子轉移、接收的中間體而存在?，F有技術中將鉑、鈀等具有一定催化活性的材料 負載于FTO或ITO導電玻璃基底上制備成光陰極，但是該材料催化的本質也僅僅是降低收集 光生電子的勢能，其本身不參與電極反應，與光陽極不發生協同作用。并且使用導電玻璃作 為基底一方面成本較高，另一方面玻璃較厚，增加了電池的厚度和重量，不利于電池安裝時 的輕便化；另外，催化活性層鉑、鈀雖然催化效果很好，但是價格昂貴，不適合未來大規模 生產和應用。

量子點(QuantumDot,QD)是指三維方向尺寸均小于相應物質塊體材料激子德布羅意波長 的準零維納米結構(一般介于1～l0nm之間)，可視為少量原子構成的團簇。量子點通常是由 II-VI族或III-V族元素組成的窄帶隙半導體，如CdS、CdSe、CdTe、PbS等。量子點具有獨 特的量子效應，理論上有很強的光電轉換能力。

量子點敏化太陽能電池的理論效率可超過60％，遠遠超過傳統晶硅電池的32％的效率極 限，量子點敏化太陽能電池利用了量子點材料的量子限域效應和多重激發等優異的光電性能 而展現出巨大潛力。1982年，美國國家新能源實驗室Nozik教授等人首次提出可將量子點作 為光敏劑應用于太陽能電池，并于1990年將InP量子點用來敏化TiO₂光電極，這一類太陽 能電池叫做量子點敏化太陽能電池(QuantumDot-SensitizedSolarCells，簡稱QDSSCs)，其 工作原理大致為：量子點是將物質顆粒降低到納米尺寸以下，使其具有量子力學中的能級分 裂效應，光照射時電子在不同能級上重新分配引起電子的轉移。這種新型低成本、環保型太 陽能電池具有可在室內發電，累積發電量多，能耗低、生產過程無污染等優點。

量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)一般是由吸附有量子點的過渡金屬半導體薄膜光陽極、 含有氧化還原電子對的電解質和收集接收電子的光陰極三部分構成，然而量子點敏化太陽能 電池與染料或鈣鈦礦敏化太陽能電池相比，由于是由尺寸效應引發的光生電子穩定性差，導 致了光陽極活性較低，即效率及電流密度低。為了提高活性，在選擇光陰極時，則需要結合 量子點的特點，考慮光陰極的協同穩定作用，也就是說，利用光陰極參與電極反應以穩定光 陽極，進而提高整個太陽能電池的性能。這與染料或鈣鈦礦敏化太陽能電池的光陰極工作機 理相比，具有本質的區別。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：現有技術中量子點敏化太陽能電池的光陰極的制備成 本高，電流密度低，且不輕便。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

提供一種量子點敏化太陽能電池的光陰極，包括活性物質、導電劑、粘結劑，其中，活 性物質、導電劑、粘結劑按50％～98％：1％～20％：1％～30％的重量比混合后粘接于集流體上 形成光陰極，