[发明专利]一种设有外加磁场的染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池，特别是一种设有外加磁场的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

自1991年瑞士教授在染料敏化太阳能电池研究方面取得突破以来（O’Regan,B.，Nature 1991,353,737.），该类电池由于具有高效、低成本、环境友好等优点，显示出强大的商业应用前景，逐渐成为世界各国研究的热点。目前报道的实验室最高效率为12%，远低于其30%的理论效率。为此，国内外在对DSSC的光电极、电解质、生产工艺以及电池结构等方面均进行了不断的探索，在一定程度上改善了电池的光电性能，提高了光电转化效率。然而，近年来该类电池的光电效率依然没有取得大的突破，其中重要的因素就是光生电子在光阳极薄膜中的复合率高。如何有效的减少光生电子的复合，目前主要有以下途径：对光阳极形貌结构进行设计，如纳米棒、纳米管及阵列等，为减少电子在薄膜中的传输路径；对多孔膜进行一定的改性和修饰，如通过增加散射层来提高对光的利用率，通过TiCl₄处理来改善纳米颗粒之间的连接等。这些方法往往过程复杂，耗能且有污染，进一步提高太阳电池的效率也变得越来越难。

最近，有机光电器件中电流和发光的磁场效应引起了人们的广泛兴趣。Mermer等[Mermer Q,et al.Phy.Rev.B 2005,72,20520]报道了在有机发光器件中，引入磁场可以增加器件的发光效率和改变器件的电流。但关于通过磁场调控来改善染料敏化太阳能电池的光电性能国内外还鲜见报道。本发明提供了一种新的提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的思路，即在磁场作用下减少光生电子在光阳极薄膜中的复合率，从而延长光生电子的寿命，提高太阳能电池的光电转换效率。通过简单易行的磁场调控方法，来增强染料敏化太阳能电池的光电性能，这对提高光电池的性价比具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题和技术分析，提供一种设有外加磁场的染料敏化太阳能电池及其制备方法，该染料敏化太阳能电池通过磁场的作用，促进了光生电子和空穴的分离，从而减少了光生电子在光阳极薄膜中的复合率，延长了光生电子的寿命，提高了染料敏化太阳能电池的光电流及光电转换效率，且具有节能、无污染、易操作的特点。

本发明的技术方案：

一种设有外加磁场的染料敏化太阳能电池，由染料敏化太阳能电池和外加磁场构成，染料敏化太阳能电池位于外加磁场的中心，所述染料敏化太阳能电池为夹层结构电池，包括光阳极、光阴极和电解液，其中以染料敏化半导体二氧化钛或氧化锌膜为光阳极，染料敏化剂采用浓度为3×10^-4M 钌基有机染料N719染料【cis–bis(isothiocyanoto)bis(2,2-bipyridyl-4,4-dicarboxylato)ruthenium(II)bis(tetrabutylammonium)】的乙醇溶液或量子点硫化镉的乙醇溶液，以铂为光阴极；所述的电解液的配方为：在乙腈溶剂中，加入0.6mol/L的1-丁基-3-甲基咪唑碘盐、0.03mol/L的碘、0.1mol/L的异硫氰酸胍和0.5mol/L的叔丁基吡啶作支持电解质；所述外加磁场为永磁铁或电磁铁，磁场强度为1-200毫特斯拉，磁极间距为6-25厘米，磁极与电池电极的距离为1-12厘米，磁极与电池电极的夹角为90-45度。

一种所述设有外加磁场的染料敏化太阳能电池的制备方法，步骤如下：

1）在导电玻璃上制备半导体氧化物膜，随后浸泡在染料敏化剂中吸附12小时制得染料敏化的光阳极；

2）在光阳极和光阴极之间加入用于密封的“surlyn”热塑性聚合物膜，通过热封机在90-110℃下加热20-30秒，使两个电极完全粘结在一起；

3）在光阴极背孔注入电解质溶液，并密封电解质注入小孔，制备成染料敏化太阳能电池；

4）将染料敏化太阳能电池置于外加磁场的中心即可。

本发明的优点在于：采用具有节能、无污染、易操作的磁场调控，在磁场作用下促进染料敏化太阳能电池中光生电子和空穴的分离，从而减少光生电子在光阳极薄膜中的复合率，延长光生电子的寿命，提高了染料敏化太阳能电池的光电流及光电转换效率，为改善染料敏化太阳能电池的光电性能提供了一条新的途径，显示出十分重要的应用前景。

附图说明

图1为该设有外加磁场的染料敏化太阳能电池的结构示意图。