[發明專利]一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法

有效

• 申請號: 201611240051.7
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106783188B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 郭敏;蘇海軍;陳佳;張軍;劉林;楊文超;黃太文;楊露
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法。所述的染料敏化太陽能電池光陽極的組織結構是在TiO₂納米管陣列上耦合光子晶體與表面等離子體得到。由所述TiO₂納米管和TiO₂納米管基光子晶體組成長度為10μm的管狀TiO₂納米管基光子晶體/TiO₂納米管雙層結構。所述Au納米顆粒1自由分布在該TiO₂納米管基光子晶體/TiO₂納米管雙層結構的管口端面和該TiO₂納米管基光子晶體/TiO₂納米管雙層結構管壁的內表面與外表面上。本發明可大幅提高短路電流密度，與常規TiO₂ NT光陽極相比，DSSC的短路電流密度從8.69mA/cm²提高到11.49mA/cm²，相應光電轉換效率從3.89％提高到5.40％，提高了38.8％。

技術領域

本發明屬于太陽能電池制造技術領域，具體涉及一種協同增強光伏效應的染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法。

背景技術

隨著煤、石油、天然氣等不可再生能源日益消耗，開發和利用豐富、環保的可再生能源成為可持續發展戰略的重要內容。在諸多可再生能源中，太陽能因具有取之不盡、用之不竭，不受地域限制，環境友好等優點，受到越來越多的重視。其中，利用太陽能有效方式之一就是通過太陽能電池將其轉換為電能。

在各種太陽能電池中，染料敏化太陽能電池(DSSC)由于具有制備要求簡單、成本低、設計靈活性高、弱光性能好等特點，引起國內外研究者的廣泛關注，具有廣闊的發展前景。但是其光電轉換效率相對于傳統硅基太陽能電池來說仍然較低，為進一步提高DSSC光電轉換效率，近年來發展的以光子晶體(PC)和表面等離子體(SPR)為代表的具有光學調控特性的復合光陽極，成為研究的一個重要方向。

目前，國內外對復合光陽極的研究主要集中在單一光子晶體(PC)或表面等離子體(SPR)上，但是單一結構耦合的DSSC對光的利用率不是很高，導致光電轉換效率提高不大。因此，為進一步提高DSSC的光電轉換效率，研究者們構筑了新型的PC/SPR耦合結構。經過對現有技術的檢索發現，在“納米金屬摻雜的光子晶體結構電極及其制備方法”(專利申請號：201010114925.0)中，發明人制備了由Au納米顆粒和具有反蛋白石結構的3DTiO₂PC組成的光陽極，該結構通過金屬表面等離子共振結合周期性介電材料產生的耦合效應來改善電池效率。該技術存在以下兩個問題：(1)3DTiO₂PC結構，孔洞球徑在50nm～10μm范圍，導致介質層比表面積大幅降低，降低了光陽極的染料吸附量，對光的利用不充分；(2)制備方法采用模板法限制了3DIOPC光子禁帶的連續可調性，降低了其光調控能力調整的靈活性，增加了實現PC/SPR協同增強光伏效應的困難程度，使得DSSC實際光電轉換效率并不高。

發明內容

為克服現有技術中存在的光陽極的染料吸附量低、光調控能力低，以及實際光電轉換效率不高的不足，本發明提出了一種染料敏化太陽能電池光陽極及其制備方法，

本發明提出的染料敏化太陽能電池光陽極的組織結構是在TiO₂納米管陣列上耦合光子晶體與表面等離子體得到。所述光子晶體為TiO₂納米管基光子晶體；所述表面等離子體為Au納米顆粒。由所述TiO₂納米管和TiO₂納米管基光子晶體組成長度為10μm的管狀TiO₂納米管基光子晶體/TiO₂納米管雙層結構。所述Au納米顆粒1自由分布在該TiO₂納米管基光子晶體/TiO₂納米管雙層結構的管口端面和該TiO₂納米管基光子晶體/TiO₂納米管雙層結構管壁的內表面與外表面上；