[发明专利]等离激元增强的染料敏化太阳能电池

说明书

染料敏化太阳能电池可包括多个形成等离激元的纳米结构体。所述形成等离激元的纳米结构体可包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的内部金属壳、以及在所述内部金属壳的表面上的外部氧化物壳。

优先权的要求

本申请要求2012年10月8日提交的在先美国临时申请No.61/710,878的权益，将该申请通过参考全部并入。

技术领域

本发明总地涉及等离激元增强的染料敏化太阳能电池。

背景技术

对于保存不可再生能量和降低二氧化碳排放的需求需要有效且廉价的方法来利用太阳能。染料敏化太阳能电池(DSSC)由于它们的低成本和潜在的高于硅太阳能电池的效率而成为有前景的技术。DSSC提供高的内量子效率、大的表面与体积之比(surface-to-volume ratio)以及可调节的吸收范围。

发明内容

可通过将等离激元纳米结构体添加到光阳极来实现全色DSSC。所述等离激元纳米结构体可具有复合的核-多壳结构，例如，氧化物核、内部金属壳和外部氧化物壳。

在一方面，染料敏化太阳能电池包括光阳极，所述光阳极包括多个TiO₂纳米颗粒和多个形成等离激元(plasmon-forming)的纳米结构体，其中各形成等离激元的纳米结构体包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的内部金属壳、和在所述内部金属壳的表面上的外部氧化物壳。

所述氧化物核可包括TiO₂。所述内部金属壳可包括Au、Ag或其组合。所述外部氧化物壳可包括TiO₂。所述氧化物核可具有不大于50nm的直径。所述内部金属壳可具有不大于5nm的厚度。所述外部氧化物壳可具有不大于5nm的厚度。

所述多个形成等离激元的纳米结构体可点缀(夹杂，interspersed)有所述多个TiO₂纳米颗粒。所述形成等离激元的纳米结构体可为所述光阳极中的全部纳米颗粒的0.01重量％至2.5重量％。

在另一方面，产生太阳能的方法包括照射包括多个TiO₂纳米颗粒和多个形成等离激元的纳米结构体的染料敏化太阳能电池，其中各形成等离激元的纳米结构体包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的内部金属壳、和在所述内部金属壳的表面上的外部氧化物壳。

所述氧化物核可包括TiO₂。所述内部金属壳可包括Au、Ag或其组合。所述外部氧化物壳可包括TiO₂。所述氧化物核可具有不大于50nm的直径。所述内部金属壳可具有不大于5nm的厚度。所述外部氧化物壳可具有不大于5nm的厚度。

所述多个形成等离激元的纳米结构体可点缀有所述多个TiO₂纳米颗粒。所述形成等离激元的纳米结构体可为所述光阳极中的全部纳米颗粒的0.01重量％至2.5重量％。

在另一方面，制造染料敏化太阳能电池的方法包括形成光阳极，所述光阳极包括多个TiO₂纳米颗粒和多个形成等离激元的纳米结构体，其中各形成等离激元的纳米结构体包括氧化物核、在所述氧化物核的表面上的内部金属壳、和在所述内部金属壳的表面上的外部氧化物壳。

形成光阳极可包括在基底上沉积所述多个形成等离激元的纳米结构体。形成光阳极可包括在沉积之前将所述多个TiO₂纳米颗粒与所述多个形成等离激元的纳米结构体混合。所述氧化物核可包括TiO₂。所述内部金属壳可包括Au、Ag或其组合。所述外部氧化物壳可包括TiO₂。所述氧化物核可具有不大于50nm的直径。所述内部金属壳可具有不大于5nm的厚度。所述外部氧化物壳可具有不大于5nm的厚度。