[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及其制造方法，更具体地，涉及染料敏化太阳能电池(DSSC)及其制造方法。

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，但将适当的染料附着到半导体表面上，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。

染料敏化太阳能电池是1991年由瑞士科学家教授提出的一种全新的光化学太阳能电池。其基本结构是由TiO₂纳米颗粒组成的阴极、含有I^-/I^-₃氧化还原对的电解质以及含有催化层的阳极构成。基于电池的新型染料敏化太阳能电池的效率已经达到11％，有着很好的应用前景。

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阴极的概率。

根据上述公式可知，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，至少应满足以下三个条件：

(1)纳米多孔薄膜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)在纳米多孔薄膜中，电子有较快的传输速度以减少电子和电解质受主的复合。

针对上面提到的三个条件，已经提出采用Fe₂O₃、CdS、SnO₂等纳米多孔氧化物半导体薄膜作为DSSC的阴极，但是效果却不是很理想。

DSSC的光电转换效率较低的主要原因在于不能满足第三个条件。换言之，薄膜中的电子由于和电解质受主的复合而“截断”电子的传输过程。

DSSC的光电转换效率较低的另一个原因在于染料吸收光谱与太阳的发射光谱不匹配。结果，DSSC的光吸收谱在太阳发射光谱中占得比例较小。换言之，太阳光谱中大部分的能量，在传统的DSSC中无法得到有效利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效地提高光电转换效率的染料敏化太阳能电池。

根据本发明的一方面，提供一种太阳能电池，包括阴极组件、阳极组件、用于将阴极组件和阳极组件组装在一起并形成密闭空间的密封剂、以及容纳在密闭空间中的电解质，其中阴极组件包括下透明导电基板、在下透明导电基板上形成的纳米氧化物半导体薄膜、以及在纳米氧化物半导体薄膜中的纳米颗粒表面上附着的染料，并且阳极组件包括上透明导电基板、以及在上透明导电基板上形成的阳极电极层，所述纳米氧化物半导体薄膜与所述阳极电极层相对设置并且与电解质接触，其中所述阳极组件还包括图案化而包括开口的CdTe层，所述阳极电极层位于所述CdTe层的开口内。

优选地，在所述太阳能电池中，所述纳米氧化物半导体薄膜包括第一纳米氧化物半导体层和位于第一纳米氧化物半导体层上的第二纳米氧化物半导体层，所述第二纳米氧化物半导体层与所述阳极电极层相对设置，所述第二纳米氧化物半导体层中的纳米颗粒的半径大于第一纳米氧化物半导体层中的纳米颗粒。

优选地，在所述太阳能电池中，所述纳米氧化物半导体薄膜选自TiO₂、ZnO，SnO₂，Nb₂O₅的一种组成。

优选地，在所述太阳能电池中，所述纳米氧化物半导体薄膜的厚度为1.0-2.0μm。

优选地，在所述太阳能电池中，所述纳米氧化物半导体薄膜中的纳米颗粒的半径为80-120nm。

优选地，在所述太阳能电池中，所述阳极电极层由选自铂、石墨烯中的一种组成。

优选地，在所述太阳能电池中，所述阳极电极层的厚度为0.2-0.5μm。

优选地，在所述太阳能电池中，所述CdTe层为条状、栅格状。

优选地，在所述太阳能电池中，所述CdTe层中的开口为方形、矩形、圆形、六边形中的一种。