[发明专利]一种柔性基染料敏化太阳能电池结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性基染料敏化太阳能电池结构及其制备方法，属于太阳能电池结构技术领域。该电池制备过程为：在透明柔性衬底上制备纳米线网状薄膜，形成透明导电电极；将透明导电电极上吸附二氧化钛纳米颗粒，干燥后置于染料中浸泡，经清洗和干燥得到染料敏化太阳能电池光阳极；将透明导电电极上吸附催化层，得到柔性基染料敏化太阳能电池对电极。采用本发明制备的太阳能电池，最突出创新在于透明导电电极中一维纳米线不仅作为电极材料，而且作为光电转化材料的载体，其高比表面积增加有效的二氧化钛颗粒吸附量，而且每一根纳米线都作为一个独立电极收集电子及电子转移，很大程度上限制了电子‑空穴复合反应的发生，使得光电转化率显著提高。

技术领域

本发明涉及太阳能电池结构技术领域，具体涉及一种柔性基染料敏化太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展与人口的急剧增长，人类对能源的需求日益增加，由于化石燃料的储藏总量有限，并且大量化石能源的应用所造成的环境污染与生态破坏已逐渐显现出来。开发新能源尤其是可再生的绿色能源是解决上述问题的有效途径之一。因此，各国对此高度重视，在新能源的开发和研究方面投入了大量的人力物力。太阳能作为一种无污染并且取之不尽用之不竭的能源，成为最有希望的新能源之一。太阳能的变换和储存的重点研究对象之一是太阳能电池。近年来，国内外众多学者致力于太阳能电池材料和器件的研究。目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池，但硅系电池制备工艺复杂，造价昂贵,制备过程中所消耗的能源相当于该电池十五年的发电量，且效率提高潜能有限，其光电转换率的理论极限值为30％，限制了其民用化。1991年，瑞士科学家等人首次利用二氧化钛多孔膜结构将染料敏化太阳能电池的转化效率提高到7％，由于其原材料丰富、成本低以及工艺技术简单等优势，成为取代硅系传统太阳能电池的必然选择。随着电子器件的小型化、轻便化和可折叠化的发展趋势，柔性基染料敏化太阳能电池将成为未来发展的趋势，在工业生产上拥有光明的前景。

柔性基染料敏化太阳能电池主要是由柔性导电电极、纳米晶半导体薄膜、敏化剂分子、电解质和对电极构成。现在几乎所有的染料敏化太阳能电池的结构中，导电层都只收集电子，作为电极使用，但由于在电子传递过程中从半导体层传递到电极的时间长于电子传递到光敏化剂层的时间，这大大增加了电子-空穴复合反应的发生几率，从而极大制约了染料敏化太阳能电池光电转化率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性基染料敏化太阳能电池结构及其制备方法，该电池结构采用纳米银线网状薄膜作为导电电极，同时，纳米银线网状薄膜也作为二氧化钛纳米颗粒载体直接传递电子。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种柔性基染料敏化太阳能电池结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)提供透明柔性衬底，对其进行表面清洁处理，然后采用静电吸附自组装技术在透明柔性衬底表面上制备纳米线网状薄膜，制成透明导电电极；所述纳米线网状薄膜是由若干一维纳米线相互交织排列形成的网状结构；

(2)采用吸附技术在步骤(1)所得透明导电电极的纳米线网状薄膜上吸附二氧化钛纳米颗粒；

(3)将步骤(2)所得到的吸附二氧化钛纳米颗粒的透明导电电极在室温条件下干燥，然后置于染料中浸泡，使二氧化钛纳米颗粒上吸附染料，取出后依次经清洗和干燥即得到柔性基染料敏化太阳能电池的光阳极；

(4)提供表面清洁的透明导电电极，在透明导电电极上制备催化层，得到柔性基染料敏化太阳能电池的对电极；

(5)将所述光阳极和对电极进行组装，获得所述柔性基染料敏化太阳能电池结构。

所述透明柔性衬底的材料为混合纤维素膜(MCE)、聚乙烯醇膜(PVA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)或聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)。所述透明柔性衬底进行表面清洁处理的过程为：在超声条件下依次采用丙酮和无水乙醇清洗透明柔性衬底，清洗后的透明柔性衬底自然干燥。