[发明专利]一种染料敏化太阳能电池用光转换薄膜浆料

说明书

技术领域

本发明涉及用于纳米晶太阳能电池的光转换薄膜，尤其是一种染料敏化太阳能电池用光转换薄膜浆料。

背景技术

新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的能源，对人类来说研究利用太阳能是最现实的。染料敏化太阳能电池由于制作方法简单，成本低廉，转换效率较高成为硅晶太阳能电池的有利竞争者，引起广泛的关注和研究。目前小面积的染料敏化太阳能电池的效率已经超过11％。

染料敏化太阳能电池主要有以下几部分组成：光阳极、电解质和对电极。将光阳极和对电极对接形成密封的腔体，电解质注入该腔体中，这样就形成了染料敏化太阳能电池。光阳极主要由透明导电玻璃和纳米晶二氧化钛半导体薄膜构成，阴极主要由透明导电玻璃和铂导电层组成。目前染料敏化太阳能电池的转化率还不能与晶硅电池的效率相提并论，主要原因是由于电池的对太阳光的利用不高，电池所用的染料只能吸收部分太阳光，另一部分无法吸收波段的光会通过电池透射过去，限制了电池的光转化效率。

硅太阳能电池结构以及工艺比染料敏化太阳能电池复杂得多。硅电池材料对太阳光的吸收率比染料敏化太阳能电池高，这是造成光电转换率相差较大的一个原因。另外，硅太阳能电池结构中包含绒面、减反射膜、以及背反射层等结构，这也是造成硅太阳能电池反射率低的一个重要原因之一。染料敏化太阳能电池对太阳光的吸收主要依赖所用染料的吸收，吸收范围较窄，对太阳光的利用率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池用光转换薄膜浆料，采用由该浆料制备的光转换薄膜能够提高电池的光电转换效率。

一种染料敏化太阳能电池用光转换薄膜浆料，其特别之处在于，按重量百分含量计组成为：荧光染料占0.0050％-0.0500％，余量为有机载体。

其中荧光染料为荧光黄8G、荧光黄6G或者荧光黄3G。

其中有机载体为乙基纤维素和松油醇，并且乙基纤维素和松油醇的质量比为1：6-12。

使用时在电池外部涂覆用本发明浆料制备的光转换薄膜，在吸收了染料敏化太阳能电池过滤的太阳光后，通过荧光染料的吸收，能够转换成染料所需要的波段，从而提高太阳光的利用率，达到提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率的目的。采用本发明浆料制备的光转换薄膜在不增大电池成本的前提下，充分利用了太阳光，并且不与染料产生竞吸附。

具体实施方式

电池中敏化染料性能的优劣是直接决定光电池的光电转换效率的重要因素，理想的染料必须是对太阳光具有很好的吸收特性，即能吸收大部分或者全部的入射光，其吸收光谱与太阳光谱很好地匹配。目前染料敏化太阳能电池中所使用的染料主要吸收从400到600nm的光，其他部分太阳光则被反射或者透射过去，这限制了染料敏化太阳能电池的光吸收，是造成电池效率不高的一个原因。

而本发明方法通过荧光染料的加入，对太阳光谱中能量不匹配的光子进行频率(即波长)调制，使其更容易被敏化染料吸收，从而提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率。本发明选用的荧光染料的吸光波谱范围是主要从300到500nm的可见光区，从吸收光谱上说N3染料和选用的荧光染料的吸收波长正好互补，选用的荧光染料吸收N3染料不吸收的那部分波长的光，不存在相互竞争的问题。选用的荧光染料的发射光波长范围是从400到600nm。而这正好与N3的最大吸收的波长范围匹配。因此选用的荧光染料既不与N3染料竞争吸收太阳光，又可以发射N3染料所需要的光子，可以起到增大N3染料的吸收又不产生吸收竞争的光子调制作用。

采用本发明浆料制备的光转换薄膜可以用于柔性基底或者玻璃基底的染料敏化太阳能电池，制备光转换薄膜，薄膜厚度约为4-8μm，可以采用丝网印刷、悬涂、喷涂或者提拉法涂覆在基底上。

实施例1：

称取700g松油醇液体，置于65℃水浴搅拌中，转速为240转/min，按质量比(乙基纤维素：松油醇，下同)为1∶7，加入100g乙基纤维素，连续搅拌3小时，充分溶解形成有机载体。称取0.005g荧光黄8G充分搅拌溶于99.995g有机载体中，形成0.005％的荧光黄8G混合溶液。

采用丝网印刷的方法涂覆在导电玻璃的非导电面，流平并干燥，得到厚度6μm的薄膜。用该电极组装成染料敏化太阳能电池染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为0.25cm2，计算出电池的光电转换效率为5.23％。

实施例2：