[发明专利]叠层结构复合型太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光电利用领域，特别是涉及一种聚合物太阳能 电池和染料敏化太阳能电池的叠层结构复合型太阳能电池。

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。虽然直接利用光伏打效应 的光伏电池对太阳能的转化效率比起其他的非直接转换方式要高好 几个数量级，但全球光伏电池的安装容量却十分有限，其主要原因是 现有的基于无机硅或半导体的光伏电池的价格过于昂贵。虽然经过几 十年的技术进步和工艺改进，其价格已经下降了很多，但还是超出人 们普遍可接受的范围，并且进一步大幅降低的可能性已几乎不存在。 目前无机硅光伏打电池(简称光伏电池)的最高能量转换效率已经达 到24％，基于砷化镓半导体的光伏电池转换效率甚至已经达到了31 ％～32％(AM 1.5G条件下)。但它们的制造条件要求苛刻，导致生 产成本非常高，且在制造的过程中会产生一些剧毒的物质。此外，无 机光伏电池的非柔韧性和不易加工等缺点也限制了其大面积化的应 用进程。人们开始寻找新型的可以替代传统结构的太阳能电池。其中 聚合物太阳能电池和染料敏化太阳能电池就是很有前景的两种，并且 这两种太阳能电池均可以在柔性衬底上制成

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％。 染料敏化太阳能电池主要包括工作电极、电解液和对电极。在导电基 底上制备一层多孔半导体薄膜，然后将染料分子吸附在多孔膜上成为 工作电极。对电极一般是镀有一层铂的导电玻璃。电解质中含有氧化 还原对，可以是液态、准固态或者固态，常用的是液态电解液。

基于共轭聚合物的光伏打电池，或称聚合物太阳能电池，具有和 无机硅光伏电池相同的最高理论转换效率，聚合物太阳能电池却具有 重量轻、可用湿法成膜(旋转涂膜、喷墨打印以及丝网印刷)的廉价 大面积制造技术，以及可制成柔性、特种形状器件等优点，它甚至可 以实现全塑料化和较强的光吸收密度。更重要的是，通过分子设计和 合成新型半导体聚合物或有机分子，可以容易地调控器件的性能.基 于这些独特的优点，聚合物太阳能电池成为近年来最热门的研究领域 之一。但是目前所开发的聚合物太阳能电池效率普遍都还比较低，均 在5％以下，且性能还不稳定。制约其能量转换效率的主要因素是电 池的光谱响应范围与太阳光地面辐射光谱不匹配等。

以上两种太阳能电池的光谱响应范围在一定程度上是互补的，将 两种电池结合起来，制备成一个叠层的结构，就可以使合成后的电池 具有比两者都宽泛的光谱响应范围；将两种太阳能电池结合起来也可 以起到互相增强的作用，做在下面的电池可以为做在上面的电池反射 回一部分漏掉的光，做在上面的电池可以为做的下面的电池充当一个 散射层；同时两者都可以使用柔性衬底，制作工艺简单，制成叠层结 构可以节省一部分成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种解决现有技术缺陷、显著提高染料敏化 太阳能电池和聚合物太阳能电池的光电转换效率的层叠结构复合型 太阳能电池。

(二)技术方案

为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的叠层结构复合 型太阳能电池，其包括聚合物太阳能电池，以及形成于所述聚合物太 阳能电池上的染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池由上至 下包括其上附着有透明导电膜的柔性衬底、半导体光敏层、电解液、 铂对电极和另一附着有透明导电膜的柔性衬底，所述半导体光敏层为 浸泡过染料的TiO₂薄膜，所述染料为N3或N719染料，其中所述TiO2 薄膜采用如下过程制备：