[发明专利]一种基于柔性金属基底的染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域。特别涉及一种染料敏化太阳能电池及其制作方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，石油、煤炭等矿石类能源消耗日趋增多，人类正面临源短缺的挑战。与此同时，环境的污染已经威胁到人类生存和发展。因此，开发洁净的新能源和解决环境污染问题己迫在眉睫。

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)由于其较高的光电转化效率(大于11％)，较低的成本和环境友好的特点，有望成为传统固态硅电池的取代品。一般而言，DSSC的基本结构主要由透明导电玻璃基板、TiO₂纳米晶多孔薄膜、染料、电解质溶液和对电极(一般涂有Pt)组成。DSSC的基本工作原理为：当能量低于半导体纳米TiO₂禁带宽度，但等于染料分子特征吸收波长的入射光照射在电极上时，吸附在电极表面的染料分子中的电子受激跃迁至激发态，再注入到TiO₂导带，而染料分子自身成为氧化态。注入到TiO₂中的电子通过扩散富集到导电玻璃基板，然后进入外电路。处于氧化态的染料分子从电解质溶液中获得电子而被还原成基态，电解质中被氧化的电子扩散至对电极，这就完成了一个光电化学反应循环。

DSSC大多是在导电玻璃上制备纳米晶多孔膜。通过450-500℃煅烧，去除TiO₂电极制备过程中的有机添加物，增强TiO₂粒子间和基底的连接性。但是导电玻璃重量大、易碎、不可随意变形等缺点也给DSSC的实际应用带来诸多不便，而且导电玻璃的花费约占整个产品成本的一半。柔性导电基底则可克服这些缺点。因此，取代玻璃基底，使用轻薄柔性、低成本的基底成为DSSC领域的一个研究热门。

柔性导电基底是由聚合物材料(如：PET)及覆盖其上的掺铟SnO₂导电层(ITO)构成。因为柔性导电基底的ITO层热稳定性和化学稳定性都较差，且柔性聚合物材料等的相转变温度较低，在温度高于150℃时就会分解。因此，要求TiO₂光阳极的制备要在低温下进行。尽管出现了诸如水热法，电沉积法，压膜法，化学气相沉积与UV照射结合法和膜转移法等低温制备方法，但是低温烧结过程中并不能有效的使TiO₂粒子之间产生颈联，而残留的有机物也会增大电极的阻抗，减少染料吸附量，增加电子复合几率。因此，低温制备的DSSC效率远不能和传统高温烧结制备的DSSC相比。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的现状，提供一种以金属片作为基底的柔性工作电极的染料敏化太阳能电池及其制作方法。

本发明提出的基于柔性金属片工作电极的染料敏化太阳能电池包含有工作电极、电解质层和对电极，其工作电极包含金属片基底及其表面氧化物层、半导体氧化物层及敏化染料层。

本发明制备基于柔性金属基底的染料敏化太阳能电池的方法，包含有工作电极和对电极的制备、电解质溶液的配置和组装工序。其工作电极的制备工序为：

1、将定量的纳米半导体氧化物，加入适量的分散剂，球磨混合均匀制成浆料；

2、将上述浆料均匀涂布到预处理的金属基片上，干燥后进行煅烧处理；

3、对上步得物进行染料敏化处理。

工作电极所述金属片基底可选自以下群组：不锈钢、钛、铝、锌、镍、铜、钨、锡及其组合。

本发明的染料敏化太阳能电池，使用金属基底，能大幅度降低成本，且由于金属的耐高温性，弯曲性以及低电阻性，使其效果更好，适用范围更大，故更具经济效益。使用金属代替导电塑料，由于金属的耐高温性质，克服了塑料只能低温使用的缺陷，使得TiO₂粒子间的颈联和与基底的结合力得到增强。从而使得电池性能得到较大的提升。不公如此，而且相对于FTO导电玻璃，金属导电性较高，成本也相对低廉。因此，本发明不仅可以降低成本，而且由于其较低的阻抗，可以较大幅度的提高电池性能。

附图说明

图1为本发明染料敏化太阳能电池结构示意图。

图2为本发明实施例产品和相同条件下以导电玻璃为基底的产品的交流阻抗谱对比图。

图3为本发明实施例产品和相同条件下制得的以导电玻璃为基底的产品的电子寿命-开路电压对比图。

图4为本发明实施例产品和相同条件下制得的以导电玻璃为基底的产品的暗态电流-电压对比图。

图5为本发明实施例产品和相同条件下制得的以导电玻璃为基底的产品的光照电流-电压对比图。