[发明专利]一种基于铁电材料的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于铁电材料的染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法。该光阳极包括导电基底以及在所述导电基底上形成的核壳结构纳晶薄膜；所述核壳结构纳晶薄膜为N型半导体材料包裹铁电材料形成的核壳结构纳晶薄膜。本发明提供的光阳极在染料敏化前进行极化处理，并将其作为DSCs的光阳极，能有效提高染料敏化太阳能电池的光电流与光电转换效率。铁电极化改变了吸附在N型半导体(如TiO₂)表面的染料分子吸收峰的位置，增加了光阳极对可见光的吸收，进而提高了电池的短路光电流密度，使得染料敏化太阳能电池取得了更好的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种基于铁电材料的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。

背景技术

能源危机与环境污染是二十一世纪人类面临最为严重的两大挑战。因此可再生能源特别是太阳能的开发利用已成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策。染料敏化太阳能电池(DSCs)，因其价格低廉、工艺简单等优点近年来备受关注。目前，DSCs主要由染料敏化的TiO₂纳晶薄膜光阳极，电解质(I^-/I^3-)和铂电极或者碳制备的对电极三个部分组成。其中TiO₂光阳极所起的作用是染料敏化后吸收光能和传输光生载流子。因此如何提高TiO₂电极内部电荷输运，减少电子复合是提高染料敏化太阳能电池光电性能的重要手段。

近年来研究较热的铁电材料，其光伏效应不同于传统的pn结太阳能电池，如果能够理解铁电材料光生过程产生的机制，并将这机制应用于染料敏化太阳能电池，与TiO₂光阳极有效地结合在一起，将能够有助于提高太阳能电池的光电性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于铁电材料的染料敏化太阳能电池的光阳极。

所述基于铁电材料的染料敏化太阳能电池的光阳极，包括导电基底以及在所述导电基底上形成的核壳结构纳晶薄膜；所述核壳结构纳晶薄膜为N型半导体材料包裹铁电材料形成的核壳结构纳晶薄膜，记为“铁电材料@N型半导体材料”核壳结构纳晶薄膜。

所述核壳结构纳晶薄膜的厚度为1-30微米，其中，壳层的厚度为1-20nm。

本发明中所述的铁电材料可为一切具有铁电性质的材料，包括但不限于BaTiO₃，PbTiO₃,PbZrO₃，BiFeO₃，LiNbO₃等。

本发明中所述的铁电材料为纳晶铁电材料，其纳晶的粒径为20nm～1000nm。

本发明中所述的N型半导体材料可选自一切可以构成染料敏化太阳能电池的N型半导体材料，包括但不限于TiO₂，ZnO，SnO₂，Nb₂O，Nb₂O₅等。

本发明中所述的N型半导体材料为纳晶N型半导体材料，其纳晶颗粒的粒径为5nm～20nm。

本发明中所述的导电基底可为FTO导电玻璃或设有TiO₂致密层的FTO导电玻璃；

所述TiO₂致密层可通过如下方法制备：将异丙氧醇钛溶于正丙醇中作为致密溶液备用，用旋涂的方法将致密溶液旋涂于所述基底上，再置于马弗炉中进行烧结即形成TiO₂致密层，如在450℃下烧结30min。

上述的制备方法中，所述烧结的温度可为400℃～500℃，时间可为20～40min。

本发明的另一个目的是提供制备上述基于铁电材料的染料敏化太阳能电池的光阳极的方法。

本发明所提供的制备方法，包括下述步骤：