[发明专利]一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，涉及一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法。

背景技术

作为代替化石燃料的能源，利用了太阳光的太阳能电池受到关注，人们对其进行了各种研究。太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电转换装置，由于以太阳光作为能源，所以对地球环境的影响极小，可以得到更广泛的普及。

近年来将太阳能转化为光能的研究发展很快。应用了由染料敏化的光感应电子移动的染料敏化型太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC），近年来作为代替硅（Si）类太阳能电池等的下一代太阳能电池受到关注，并被广泛地研究。染料敏化太阳能电池（DSSC）的优点十分突出：1、制作简单，成本低；2、所使用的染料敏化剂可以在很低的光能量下达到饱和，因此可在各种光照条件下使用；3、可以在很宽的温度范围内正常工作；4、可以制成透明的产品，应用于门窗、屋顶以及汽车顶。因此它迅速成为世界各国的研究重点和热点，取得了丰富的成果，掀起了各国研究DSSC太阳能电池的热潮。

染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，是目前最有潜力的硅太阳能电池廉价替代物，它以廉价的宽带隙氧化物半导体制备成具有多孔结构、高比表面积的纳米晶薄膜，纳米晶结构的半导体薄膜是工作电极的核心，其多孔的特点和巨大的比表面积保证了对染料分子足够的吸附，同时，被吸附的染料分子跟二氧化钛纳米粒子之间形成的界面可以使电子高效的迁移，并选用适当的氧化还原电解质，利用染料来俘获太阳光。

在染料敏化电池的光阳极上，光敏染料分子吸收太阳光跃迁至激发态，处于激发态的染料向半导体氧化物的导带内注入电子借以实现电荷分离。目前，为了提高染料敏化太阳能电池光电转换效率，主要通过研发新染料、拓宽染料吸收波长范围来实现。而对于染料本身的处理，探索很少。

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种通过对染料进行处理以提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法。

在此，本发明提供一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法，所述方法是在将用于制备染料敏化太阳能电池的光阳极浸入染料溶液中之前，将纳米多孔物浸入所述染料溶液中1～5小时以对所述染料溶液进行预处理，其中所述纳米多孔物包括由金属氧化物和/或金属硫化物组成的纳米多孔薄膜和纳米多孔颗粒。

本发明通过将纳米多孔物浸入到染料溶液中对其进行预处理，可以有效提高染料敏化太阳能电池的短路电流及光电转换效率。应用了根据本发明的方法预处理的染料溶液的染料敏化太阳能电池相较于未经所述预处理的情况，短路电流提高了约2%以上，光电转换效率提高了约2.3%以上。而且，本发明工艺简单，成本低廉，重复性好，易于实现大规模应用。

较佳地，所述金属氧化物包括ZnO、SnO₂、ZrO、Fe₂O₃、Nb₂O₅、Al₂O₃、和MgO等。

较佳地，所述金属硫化物包括PbS、CdS、ZnS、MnS、SnS、AgS、和CuS等。

在一个尤其优选的实施方式中，所述纳米多孔物为纳米二氧化钛多孔薄膜。通过使用薄膜，可以在浸入之后将其直接取出，简化处理步骤。

较佳地，所述纳米二氧化钛多孔薄膜可以通过将含有纳米二氧化钛的浆料丝网印刷于玻璃基板上并烧结而制得。

较佳地，将二氧化钛纳米颗粒加至质量浓度为5～20%乙基纤维素松节油透醇溶液中，搅拌制得所述浆料。

较佳地，所述二氧化钛纳米颗粒和所述乙基纤维素松节油透醇溶液的质量比可为1∶1～1∶10。

附图说明

图1为使用纳米二氧化钛薄膜处理后的染料制作成的电池以及使用未经纳米二氧化钛薄膜处理的染料制作成的电池的I-V曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明提供一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法，即以纳米多孔物对用于制备染料敏化太阳能电池的染料溶液进行预处理，以提高光电性能。以下，作为示例，对本发明的方法以及将本发明的方法应用于染料敏化太阳能电池的制备进行说明。

（1）光阳极