[发明专利]染料敏化电池结构中的背电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光电利用领域，特别是涉及一种染料敏化电池结构中的背电极及其制备方法。

背景技术

法国科学家Henri Becqμerel于1839年首次观察到光电转化现象，但是直到1954年第一个可实用性的半导体太阳能电池的问世，“将太阳能转化成电能”的想法才真正成为现实。在太阳能电池的最初发展阶段，所使用的材料一般是在可见区有一定吸收的窄带隙半导体材料，因此这种太阳能电池又称为半导体太阳能电池。尽管宽带隙半导体本身捕获太阳光的能力非常差，但将适当的染料吸附到半导体表面上，借助于染料对可见光的强吸收，也可以将太阳能转化为电能，这种电池就是染料敏化太阳能电池。1991年，瑞士科学家等人首次利用纳米技术将染料敏化太阳能电池中的转化效率提高到7％。从此，染料敏化纳米晶太阳能电池(即电池)随之诞生并得以快速发展。最新的研究表明，基于电池的新型染料敏化太阳能电池的效率已经达到11％。遗憾的是，近十年，染料敏化电池的效率被困于这一瓶颈，无法突破。

在波长为λ的单色光照射下，薄膜太阳电池的光电转换效率由下式决定：

其中LHE(λ)为被染料吸收的太阳光强与总的入射光强之比，它主要取决于染料的性质和薄膜中吸附染料数量的多少；为量子效率，即染料的激发电子注入到氧化物导带上的几率；而η_c为收集效率，也就是在导带中的电子通过氧化膜到达正电极的概率。根据公式可知，在薄膜太阳电池中起着接收电子和传输电子作用的纳米多孔薄膜，至少应满足以下3个条件：

(1)必须有足够大的比表面积，从而能够吸附大量的染料；

(2)纳米多孔薄膜吸附染料的方式必须保证电子有效地注入薄膜的导带；

(3)电子在薄膜中有较快的传输速度，从而减少薄膜中电子和电解质受主的复合。

针对上面提到的三个条件，世界各地的科学家们曾尝试采用纳米多孔Fe₂O₃、CdS、SnO₂等薄膜作为染料敏化电池的电极，但是效果却不是很理想，其主要原因便在于上述第三条得不到满足。换言之，薄膜中的电子总是会被“截断”。研究表明，这种“截断”主要来自于电解液的“抢夺”。为了解决这个问题，全世界大多数科学家都把重点放在了新型正电极的研发上，而对于背电极的研究少之又少。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够解决现有技术缺陷、提高电池转换效率的染料敏化电池结构中的背电极及其制备方法。

为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的染料敏化电池结构中的背电极，其包括导电基片、形成于所述导电基片上的光栅状铜铟硒薄膜、以及形成于所述铜铟硒薄膜的间隙内的铂薄膜。

优选地，所述铜铟硒薄膜为多晶膜，厚度为1.5-2.0μm。

优选地，所述铜铟硒薄膜的厚度为1.5μm。

优选地，所述铜铟硒薄膜中铜铟硒的粒径为90-120nm。

优选地，所述铜铟硒薄膜中铜铟硒的粒径为100nm。

优选地，所述铂薄膜厚度为0.2-0.5um。

优选地，所述铂薄膜厚度为0.2um。

还提供了一种依照本发明实施方式的染料敏化电池结构中的背电极的制备方法，其包括步骤：

S1，在导电基片的导电面上生长Cu和In合金层；

S2，在Se的气氛中对Cu和In合金层进行Se化，形成铜铟硒薄膜；

S3，将所述铜铟硒薄膜腐蚀成凸凹相间的光栅状；

S4，将铂印刷在所述铜铟硒薄膜的间隙内，形成背电极。

优选地，所述步骤S1中采用溅射、蒸发或电沉积的方法生长所述Cu和In合金层。

还提供了一种染料敏化电池结构，其包括工作电极、与所述工作电极相对设置的背电极、以及位于所述工作电极和所述背电极之间的电解质，其中所述背电极为上述染料敏化电池结构中的背电极。

优选地，所述工作电极包括导电基片以及形成于所述导电基片上的TiO₂薄膜。

优选地，所述TiO₂薄膜中的粒径为18-100nm，所述TiO₂薄膜厚度为3.0-6.0um。