[发明专利]染料敏化太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种利用纳米颗粒表面等离子效应的染料敏化太阳能电池及其制作方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐耗尽，以及伴随化石燃料的使用所带来的温室效应日渐加重，具环保价值的新能源的开发成为迫不容缓的事。由于太阳能为源源不绝和洁净不产生环境污染的能源，各国科学家致力于开发各种不同材料的太阳能电池以用于生活中的各种电器或电子产品。1991年瑞士洛桑高等工业学院的研究小组将纳米晶体多空薄膜引入染料敏化电池中，使其效率提升到了百分之一以上，逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳电池之一。

长久以来转换效率相对低下一直是染料敏化电池发展的主要瓶颈。为了进一步加强染料敏化太阳能电池的转换效率，需要找到一种有效促进光吸收的方法。采用Au/PVP核壳纳米颗粒正是利用了表面等离子体效应来增强光吸收效率和光电转化效率。

表面等离子体（Surface Plasmons，SPs）是指在金属表面存在的自由振动的电子与光子相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波。在两种半无限大、各向同性介质构成的界面，介质的介电常数是正的实数，金属的介电常数是实部为负的复数。根据maxwell方程，结合边界条件和材料的特性，可以计算得出表面等离子体的场分布和色散特性。表面等离子体是目前纳米光电子学科的一个重要的研究方向，它受到了包括物理学家，化学家，材料学家，生物学家等多个领域人士的极大的关注。随着纳米技术的发展，表面等离子体被广泛研究用于光子学，数据存储，显微镜，太阳能电池和生物传感等方面。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高燃料敏化太阳能电池的转换效率的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种染料敏化太阳能电池，包括透明电极和对电极及位于所述透明电极和对电极之间的电解质层；所述透明电极的内侧表面设有纳米多孔半导体薄膜，所述透明电极的外侧设有透明衬底，所述对电极的外侧设有对透明衬底；所述电解质层包括电解液和染料敏化剂的混合液体；所述纳米多孔半导体薄膜中吸附有具有表面等离子体效应的核壳结构纳米颗粒。

其中，所述核壳结构纳米颗粒包括PVP有机物壳体和内嵌于所述PVP有机物壳体内部的金属核体。

其中，所述金属核体的直径为5~100nm，所述PVP有机物壳体的厚度为0.5~10nm。

其中，所述金属核体采用金属金、银、铝或铂材料制成。

其中，所述纳米多孔半导体薄膜采用二氧化钛纳米多孔材料制成。

其中，所述透明电极为FTO电极，所述对电极为Pt电极。

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：S1、制备核壳结构纳米颗粒溶胶；S2、在透明衬底的表面整镀一层透明导电材料形成透明电极；S3、以旋涂甩胶的方式将纳米多孔半导体浆料旋涂至所述透明电极的表面，高温加热使纳米多孔半导体浆料烧结为纳米多孔半导体薄膜；S4、将透明衬底、透明电极和纳米多孔半导体薄膜整体投入染料敏化剂中，并保证纳米多孔半导体薄膜完全浸没在染料敏化剂中足够的时间，以使染料敏化剂的染料分子充分吸附于纳米多孔半导体薄膜上；S5、再以滴定或旋涂的方式在纳米多孔半导体薄膜上滴入上述S1中制得的核壳纳米颗粒溶胶，即可得到吸附于纳米多孔半导体薄膜中的核壳结构纳米颗粒的电池基坯；S6、再通过蒸镀或溅射的方式在对透明衬底的表面覆盖一层金属铂电极作为对电极，并采用热封胶将所述对电极与所述电池基坯粘合，最后注入电解液，至此形成了染料敏化太阳电池。

其中，所述步骤S1中制备核壳结构纳米颗粒溶胶的方法，包括以下步骤：S1ˊ、将含有金属元素溶液的氧化剂和还原剂溶液发生氧化还原反应，并在恒温条件下以固定转速频率搅拌，充分反应后保持搅拌状态下自然冷却至室温，得到金属纳米颗粒溶胶；S2ˊ、将PVP颗粒溶于水中形成PVP分子溶胶；S3ˊ、将上述的金属纳米颗粒溶胶和PVP分子溶胶混合后在常温条件下连续搅拌十个小时以上，得到在PVP有机物壳体内嵌金属核体的核壳结构纳米颗粒溶胶。