[发明专利]一种染料敏化纳米晶太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化纳米晶太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着地球矿物资源的日益减少和人们对能源需求的不断提高，太阳能电池的研究开发愈来愈受到人们的重视。目前应用较多、发展较成熟的太阳能电池是硅太阳能电池，但由于价格昂贵，其广泛应用受到了限制。为此，人们开始致力于薄膜型以及其它形式的太阳能电池的研究，一方面可以大大降低成本，利于大量生产和广泛应用；另一方面它可以在柔性衬底上制备，不仅可用于野外作业的便携式电源，在军事、航天等领域也有特殊用途。

80年代以来，以瑞士洛桑高等工业学院M.Gratzel教授为首的研究小组，受到绿色植物光合作用的启发，研制出二氧化钛纳米晶染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizednanocrystalline solar cell，简称DSSC)。这项发明为解决当今世界的能源问题开辟了一条新的途径。DSSC具有受环境制约小，环境污染少，制作过程能源消耗少，有可能制成两侧均可受光的结构等优点，成为当今世界的研究热点之一。

染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理如图1所示。它由玻璃基板1，透明导电层2和6，纳米TiO₂3、敏化染料4和电介质5组成。

染料敏化纳米晶太阳能电池目前存在的问题主要是如何提高效率，提高稳定性(解决光衰，寻找更稳定、便宜、高效的染料)以及寻找更合适的电解质等。

目前应用研究最广的敏化染料是金属钌(Ru)的联吡啶配合物系列、金属锇(Os)的联吡啶配合物系列、酞菁和菁类系列、卟啉系列、叶绿素及其衍生物等。但它们存在光衰、价格较高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种效率高、稳定性好的染料敏化纳米晶太阳能电池及其制备方法。

本发明提供的染料敏化纳米晶太阳能电池，其基本结构与现有结构一致，如图1所示。其中的敏化染料采用一类吸光性、耐光性、导电性均好的功能分子材料M-TCNQ，M为金属，如Cu，Ag，K，Na，Mg，Ni，Li等；TCNQ为7，7，8，8-四氰基对醌二甲烷，即：7，7，8，8，-tetracyanoquinodimethane。这一类化合物的优点是：对可见光吸收性能好，具有很高的电子传输效率，耐光性好。能保证电子的快速注入；可提高转换效率和使用寿命。图2是作为举例的CuTCNQ的光谱图，它在全可见光范围内有很好的吸收。其它K，Na，Mg，Ni或Li，等与TCNQ的配合物有类似的光谱特性，应用时可进行挑选或组合利用。

附图说明

图1是纳米晶染料敏化太阳能电池的结构示意图。

图2是CuTCNQ的光谱图。横坐标是光的波长，纵坐标是光的透过率。

图中标号：1：玻璃基板；2、6：透明导电层；3：纳米TiO₂；4：敏化染料；5：电介质。

具体实施方式

根据图1所示。

本发明的染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法如下：

①固态法：如图1所示，在纳米TiO₂等上面用真空镀膜法(如热蒸发)镀一层Cu，Ag，K，Na，Mn，Mg，Ni或Li等材料或它们的碘化物，厚度为10～1000纳米，视需要调节。然后用真空镀膜法镀一层TCNQ，厚度为10～500纳米，视需要调节，再在80-160℃温度下进行10-60分钟热处理，即形成所需要的新M-TCNQ染料敏化层。

②溶液法：如图1所示，在纳米TiO₂等上面用真空镀膜法(如热蒸发)镀一层Cu，Ag，K，Na，Mn，Mg，Ni或Li等材料或它们的碘化物，厚度为10～1000纳米，视需要调节，然后与TCNQ的己腈饱和溶液温度为10-60摄氏度接触，使之发生化学反应，生成所需要的M-TCNQ染料敏化层。

其它制备步骤与工艺与传统染料敏化纳米晶太阳能电池的相似。

本发明提出一类吸光性、耐光性、导电性均好的功能分子材料M-TCNQ(M：金属，如Cu，Ag，K，Na，Mg，Ni，Li，等；TCNQ：7，7，8，8-四氰基对醌二甲烷即：7，7，8，8，-tetracyanoquinodimethane)作为染料敏化剂。这一类化合物的特点也是主要优点是：对可见光吸收性能好，具有很高的电子传输效率，耐光性好。能保证电子的快速注入；可提高转换效率并克服光衰的缺点，从而提高使用寿命；同时价格相对低廉。