[发明专利]太阳能电池工作电极、其制造方法及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池工作电 极、其制造方法及染料敏化太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的装置。20世纪70年代， 由美国贝尔实验室首先研制出的硅太阳能电池逐步发展起来。这种硅太阳能 电池的工作原理系基于半导体的光伏效应。虽然硅太阳能电池的光电转化效 率高，但它的制造工艺复杂、价格昂贵、对材料要求苛刻，因而限制其广泛 应用。二十世纪九十年代应用纳米晶体开发的染料敏化太阳能电池，可望取 代传统的硅太阳能电池，成为该领域的研究热点。

染料敏化太阳能电池采用形成于导电基底的半导体纳米晶膜，在它的表 面吸附一光敏染料，由此形成工作电极。染料敏化太阳能电池的工作原理为： 当染料分子吸收太阳光时，其电子跃迁至激发态并迅速转移至半导体，而空 穴则留在染料中。电子随后扩散至导电基底，经外电路转移至对电极。而氧 化态的染料被电解质还原，被氧化的电解质在对电极接受电子还原成基态。 从而完成电子的整个传输过程。

影响染料敏化太阳能电池光电转化性能的因素之一为光化学反应后电 子向导电基底迁移的速率。目前可通过将半导体纳米晶膜的厚度降低使电子 移动路径减短，以增加电子注入的速度并可迅速被导出于外部电路。但是， 如果薄膜厚度控制不好，会造成晶粒间界(grain boundary)效应，从而降低电 子传输效率，降低光电转换率。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电子传输效率较高的太阳能电池工作电极的 制造方法。

一种太阳能电池工作电极的制造方法，其包括以下步骤：提供一个导电 基底；在该导电基底的表面形成一层金属反应层；在该金属反应层上形成一 层二氧化铱或二氧化钌纳米棒膜层；在温度为500至600摄氏度，真空度小于 6.67×10-3Pa的条件下，还原二氧化铱或二氧化钌，得到铱-二氧化铱或钌-二 氧化钌纳米棒膜层，该金属反应层被氧化为金属氧化物层；在该铱-二氧化 铱或钌-二氧化钌纳米棒膜层上形成一层吸附有染料的半导体纳米晶膜。

相较于现有技术，该太阳能电池中的铱-二氧化铱或钌-二氧化钌纳米棒 为一维纳米结构，比普通薄膜可以更快速地将电子注入到导电基底中，电子 传输效率得到提高，从而提高太阳能电池的光电转换率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的染料敏化太阳能电池的剖视示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种染料敏化太阳能电池100。该染 料敏化太阳能电池100包括一个工作电极20、一个对电极40及一层电解质 层60。

对电极40通常包括一导电基底402和一形成于其上的金属层404。导电 基底402一般为导电玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法 均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜，该导电氧化物可以为氧化铟锡 ITO(indium-doped tin oxide)或掺氟二氧化锡膜FTO(fluorine-doped tin oxide)。

该金属层404由金、铂等惰性金属组成，可通过镀膜的方式形成于导电 基底402与工作电极20相对的表面。当然，对电极40也可为金、铂等惰性 金属组成的金属电极。

该电解质层60为一薄层氧化还原液态电解质，如碘/碘化锂电解质。电 解质60也可为固态电解质或凝固态电解质。

该工作电极20包括一个导电基底202；一层形成于该导电基底202的金 属催化层203；一层形成于该金属催化层203的金属氧化物层204；一层形 成于该金属氧化物层204的铱（Ir）-二氧化铱(IrO₂)或钌（Ru）-二氧化钌 （RuO₂）纳米棒膜层205；一层形成于该铱-二氧化铱或钌-二氧化钌纳米棒 膜层205的吸附有染料207的半导体纳米晶膜206。其中，该电解质层60 位于对电极40和吸附有染料的半导体纳米晶膜206之间。

该金属催化层203的材料为镍（Ni）、钯（Pd）、铂（Pt）或金（Au）。 该金属催化层203具有催化作用。