[发明专利]大面积染料敏化太阳能电池的导电基底及其太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的导电基底和具有该导电基底的染料敏化太阳能电池，尤其涉及一种大面积染料敏化太阳能电池的导电基底和具有该导电基底的染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池是伴随着半导体电化学发展起来的一个崭新的科学研究领域。所述染料敏化太阳能电池是以染料敏化多孔纳米结构薄膜为光阳极，并将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电器件。目前，已报道的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了很大程度的提高，达到11％。这一光电转换效率已经接近实用化水平。

染料敏化太阳能电池由多孔纳米晶氧化物薄膜、染料敏化剂、电解质及其对电极等部分构成。其中，染料敏化太阳能电池中电子的收集和传输主要由导电玻璃完成。目前，商业应用的导电玻璃表面方块电阻在10欧姆以上，而其电阻对电池性能的影响很大。在染料敏化太阳能电池的实验研究中可以发现，随着电池面积的不断增加，电池的填充因子迅速减小，短路电流不断减小，电池的光电转换效率变小。影响上述变化的主要原因是导电玻璃表面电阻的影响，即电子的传输路程太长，从而导致了电子在传输过程中损耗增大。

针对现有技术所存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的实验经验，积极研究改良，提出了本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术存在的缺陷提供一种可以加快电子传输，减小电子损耗，并实现染料敏化太阳能电池大面积化、实用化的导电基底。

本发明的又一目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种可以加快电子传输，减小电子损耗，并实现大面积化、实用化的染料敏化太阳能电池。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。所述栅电极的宽度是2～100微米。所述相邻的栅电极之间的间距是500～8000微米。所述透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。所述栅电极是导电金属电极。所述导电层是ATO导电层、ITO导电层或者FTO导电层。

为达到上述又一目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有上述导电基底的大面积染料敏化太阳能电池，包括成面向设置的对电极和导电基底、位于对电极和导电基底之间的电解质和染料敏化剂及形成在导电基底上的纳米晶膜，其中，导电基底包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。所述栅电极的宽度是2～100微米。所述相邻的栅电极之间的间距是500～8000微米。所述透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。所述栅电极是导电金属电极。所述导电层是ATO导电层、ITO导电层或者FTO导电层。

在大面积染料敏化太阳能电池的工作过程中，当染料敏化太阳能电池受到外界光强照射时，吸附在纳米晶膜上的染料敏化剂在光照下吸收光能并跃迁到激发态，激发态不稳定，则电子快速的注入到紧邻的较低能级的半导体的导带上，并很快通过纳米晶膜进入导电基底的导电层。进入导电层的电子分别通过导电层和栅电极传输到外电路中。由于栅电极是导电金属电极，所以电子更容易经由导电层进入栅电极。其中，由光激发所产生的光生电子是纵向穿过透明导电层，其中透明导电层的厚度一般为几千到几百纳米。传输到栅电极的电子通过外电路传输到对电极，以完成电路中电子的回路传输。现有太阳能电池的光生电子是横向穿过透明导电层，其中透明导电层的横向长度一般为几毫米以上。进而传输到电极上，进入外电路。因而，光生电子在传统的太阳能电池中横向传输的距离要比纵向传输的距离大几个数量级。通过栅电极与导电层电连接的结构设计，使得染料敏化太阳能电池整体的导出电阻下降。同时，进入导电基底的电子大部分通过栅电极导出到外电路，而栅电极不与电解质接触，从而大大的减少了电子的复合。

综上所述，通过在导电基底的透明衬底上间隔布置栅电极，并在所述栅电极上裹覆导电层的结构设计，使得大面积染料敏化太阳能电池中电子的传输速度加快，电子在传输过程中的损耗减小，进而实现染料敏化太阳能电池的大面积化，实用化。

附图说明

图1(a)为本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的结构侧视图；

图1(b)为本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的结构俯视图。

图2为具有本发明的大面积染料敏化太阳能电池的结构示意图。

图3为本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的等效原理电路图。

具体实施方式