[发明专利]一种染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体为一种染料敏化太阳能电池。 

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)以其可持续发展性、环境友好性和简单的制备工艺以及低成本等优点已经成为最有可能取代传统的p-n结太阳能电池的光电转换器件。在过去的二十年中，染料敏化太阳能电池一直是各国能源领域研究的热点课题。在2001 年和2004 年，Gr?tzel 小组以纳米多孔TiO₂ 薄膜为光阳极，以钌( Ⅱ) 的多吡啶配合物作敏化剂,用I₃^- /I^- 氧化还原电对的电解质体系制备染料敏化太阳电池，其电池效率分别达到了10.4 %和11.04 %。取得突破性的进展后，研究人员对这种电池做了大量的研究，促进了这种结构的太阳电池的发展，但这些研究绝大多数都是基于Gratzel 及其合作者的观念，所使用化学组件及电池的结构也与他们的基本相同，而这种结构的电池由于受到染料吸收太阳能光谱的范围的限制，进一步提高单个光敏的半导体电极的电池的效率极其困难。要进一步的提高染料敏化太阳电池的效率，必须对设计电池的思想，电池的结构以及电池的各个部件上作出调整。 

目前对染料敏化太阳电池的研究普遍集中在以TiO₂，ZnO，SnO₂等n-型半导体为光阳极材料，基本原理是染料分子吸收太阳光后将电子迅速注入到n-型纳米半导体的导带中；随后扩散至导电基底;经外回路转移至对电极,处于氧化态的染料接受电子被还原，从而完成了电子输运的一个循环过程。 

理论上单个光敏的半导体电极的染料敏化电池的效率略大于30％，而包含两个光敏的半导体电极的太阳电池的效率接近43％。因此，进一步提高染料敏化太阳电池效率的最直接途径就用光敏感的半导体电极取代目前普遍使用的惰性阴极进而扩展为串联太阳电池。其方法之一使用传统的p型半导体电极 p-CdSe， p-CdTe, p-InP 等来代替惰性阴极，但是这些半导体在很多电解质中不稳定，影响了电池的性能。另一方法就是设计出纳米结构的染料敏化光阴极进而扩展为串联电池，其动力学过程与使用n型半导体作为光阳极的染料敏化电池恰好相反，如图 1所示，即以p型纳米半导体材料为染料敏化太阳电池的光阴极材料，染料吸收太阳光后将电子转移到氧化性的电解液中；p-型半导体价带中的电子转到染料的最高被占用的分子轨道上从而在半导体价带中产生空穴，空穴扩散到底电极经外电路输运到对电极，从而完成一个空穴的循环。 

P型透明氧化物半导体NiO，铜铁矿结构的ABO₂ (A=Cu or Ag, B=Al, Cr, Sc, Y, etc.)，SrCu₂O₂ 等材料已经被证明带隙大于3 eV, 对可见光不吸收且导电类型为p-型，同时，这些氧化物非常稳定。但到目前还没有关于ABO₂，SrCu₂O₂ 作为光阴极的发明。 

发明内容

本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池，实现以p型透明导电氧化物半导体纳米材料作为太阳电池的光阴极。 

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为： 

一种染料敏化太阳能电池，包括有两相对的透光导电基底，其特征在于：一个透光导电基底表面镀有贵金属层后作为对电极，另一个透光导电基底表面附有含敏化染料的p型透明导电氧化物半导体纳米材料层，所述含敏化染料的p型透明导电氧化物半导体纳米材料层作为光阴极，所述对电极和光阴极位置相对，且对电极和光阴极之间有电解质。

所述的一种染料敏化太阳能电池，其特征在于：一个透光导电基底表面附有含敏化染料的n型氧化物半导体纳米材料层，另一个透光导电基底表面附有含敏化染料的p型透明导电氧化物半导体纳米材料层，所述含敏化染料的n型氧化物半导体纳米材料层作为光阳极，含敏化染料的p型透明导电氧化物半导体纳米材料层作为光阴极，所述光阳极和光阴极位置相对，且光阳极和光阴极之间有电解质；所述透光导电基底、含敏化染料p型透明导电氧化物半导体纳米材料层、含敏化染料n型氧化物半导体纳米材料层、电解质构成串联染料敏化太阳能电池。 

所述的一种染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述p型透明导电氧化物半导体纳米材料可采用NiO；或者是铜铁矿结构的ABO₂，其中A=Cu or Ag, B=Al, Cr, Sc, Y,；或者是SrCu₂O₂。