CN101192628B - 半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种染料敏化太阳能电池用半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米晶膜和形成于该半导体纳米晶膜上的染料层，所述半导体纳米晶膜含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，所述导电颗粒为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和金属颗粒，金属颗粒负载在碳颗粒的表面。本发明还提供了该半导体电极的制备方法和含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。所述半导体纳米晶膜中加入含有碳颗粒和负载在碳颗粒表面的金属颗粒的复合导电颗粒，可以提高金属颗粒的利用效率，金属颗粒可以作为电子的捕获阱，使半导体中的电子和空穴有效分离，延长电子-空穴的寿命，增大光生电流，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换率。

Description

半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池

技术领域

本发明是关于一种半导体电极及其制备方法和含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。

背景技术

在电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急的今天，免费洁净且取之不尽的太阳能倍受世人的注目。太阳能电池这种可以将太阳能直接转化为电能的装置成为众多研究者涉足的领域。硅太阳能电池由美国贝尔实验室首先研制出来，具有较高的光电转化效率，因此它成为首先工业化生产的太阳能电池产品。但是，硅太阳能电池的制作工艺复杂、价格昂贵且原材料硅越来越紧缺，制约了其广泛应用。瑞士洛桑高等工业学院的教授等人在1991年首先提出了染料敏化太阳能电池的概念，这种太阳能电池不需要硅作原料，并且具有成本低、制作工艺简单、光电转换率高等优点，它的出现为太阳能电池领域带来了革命性的变革。

染料敏化太阳能电池主要包括半导体电极、对电极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质，半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米晶膜和形成于该半导体纳米晶膜上的染料层。染料敏化太阳能电池的工作原理为：当染料分子吸收太阳光时，其电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，电子迅速注入半导体中，而空穴则留在染料中，此时染料分子变为氧化态。电子随后扩散至导电底层，经外电路转移至对电极，形成光电流；而氧化态的染料被电解质还原，被氧化的电解质在对电极接受电子还原成基态，从而完成电子的整个传输过程。

影响染料敏化太阳能电池光电转化性能的重要因素之一为光化学反应后电子在导电底层迁移的速率。而单一半导体纳米晶膜电极在传输电子方面存在一定缺陷。因为，与块状半导体不同，半导体纳米晶膜内部不存在内建电场，而且由于纳米粒子太小，在粒子与电解质溶液的界面不能产生空间电荷层。所以，电子迁移率低，其与周围所存在的电子受体的复合机率大大提高，从而明显降低光电转化效率。

为此，人们想到在半导体纳米晶膜中加入导电微粒，以提高半导体纳米晶膜的导电率。例如，CN 1624935A公开了一种染料敏化太阳能电池电极，包括：一导电基片；一形成于该导电基片的半导体纳米晶膜；一形成于该半导体纳米晶膜的染料层；其特征在于，该半导体纳米晶膜包含若干导电微粒。所述导电颗粒可以为金属颗粒，如Au、Ag、Pt和Cu；所述导电颗粒还可以选自碳纳米材料，如碳纳米管、碳纳米球和富勒烯分子。根据该染料敏化太阳能电池电极，在半导体纳米晶膜中加入导电微粒，利用导电微粒的导电性能，虽然可以在一定程度上提高半导体纳米晶膜的导电率，但是导电微粒的利用率不高，因此该半导体纳米晶膜的导电率仍然不高，染料敏化太阳能电池光电转换率较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的染料敏化太阳能电池光电转换率较低的缺点，提供一种能够提高染料敏化太阳能电池的光电转换率的半导体电极。

本发明的另一目的是提供该半导体电极的制备方法和含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。

本发明提供了一种半导体电极，该半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米晶膜和形成于该半导体纳米晶膜上的染料层，所述半导体纳米晶膜含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，所述导电颗粒为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和金属颗粒，金属颗粒负载在碳颗粒的表面。

本发明提供了一种半导体电极的制备方法，该方法包括在导电底层上形成含有半导体颗粒和导电颗粒的半导体纳米晶膜，然后在半导体纳米晶膜上形成染料层，其中，所述导电颗粒为通过将金属颗粒负载在碳颗粒的表面而制得的复合导电颗粒。

本发明提供了一种染料敏化太阳能电池，该电池包括半导体电极、对电极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质，所述半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米晶膜和形成于该半导体纳米晶膜上的染料层，所述半导体纳米晶膜含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，所述导电颗粒为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和金属颗粒，金属颗粒负载在碳颗粒的表面。

根据本发明提供的染料敏化太阳能电池用半导体电极，在半导体纳米晶膜中加入的导电微粒为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和负载在碳颗粒表面的金属颗粒，可以提高金属颗粒的利用效率，金属颗粒可以作为电子的捕获阱，使半导体中的电子和空穴有效分离，延长电子-空穴的寿命，增大光生电流，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换率。

此外，与只采用金属作为导电颗粒相比，本发明采用复合导电颗粒可以在提高染料敏化太阳能电池的光电转换率的同时，有效降低金属特别是一些导电性良好的贵重金属如铂的用量，从而降低了成本。

附图说明

图1为本发明的染料敏化太阳能电池的结构示意图；

图2表示染料敏化太阳能电池的电流-电压曲线示意图。

具体实施方式

本发明提供的染料敏化太阳能电池用半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米晶膜和形成于该半导体纳米晶膜上的染料层，所述半导体纳米晶膜含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，所述导电颗粒为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和金属颗粒，金属颗粒负载在碳颗粒的表面。

所述复合导电颗粒的粒子直径可以为2-60纳米，优选为4.5-50纳米，更优选为6-35纳米。所述碳颗粒与金属颗粒的重量比可以为1∶0.01至1∶1.5，优选为1∶0.05至1∶1，更优选为1∶0.1至1∶0.75。

所述碳颗粒的粒子直径可以为1-40纳米，优选为5-30纳米。所述碳颗粒可以为现有的各种适合用作载体的碳颗粒，例如为活性炭颗粒、碳黑颗粒和碳纳米管颗粒中的一种或几种。所述碳颗粒可以商购得到，例如VXC-72活性碳。

所述金属颗粒中的金属可以为Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的合金，优选为Au、Ag、Pt、Cu、Zn中的一种或几种的合金。所述金属颗粒的粒子直径可以为1-10纳米，优选为2-6纳米。

所述导电底层已为本领域技术人员所公知，可以使用现有的各种用于染料敏化太阳能电池半导体电极的导电底层，例如，所述导电底层可以为表面具有掺氟二氧化锡膜或掺氧化铟锡膜的导电玻璃。所述导电底层可以商购得到，例如可以使用由秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO导电玻璃。所述导电底层的厚度可以为0.5-5毫米，优选为1-2毫米。

所述半导体纳米晶膜形成于所述导电底层上，含有半导体颗粒和导电颗粒。除了所述导电颗粒为上述复合导电颗粒以外，半导体纳米晶膜的结构和其它成分可以与现有技术相同。在半导体纳米晶膜中，复合导电颗粒与半导体颗粒的重量比可以为1∶10至1∶1000，优选为1∶20至1∶600。半导体纳米晶膜的厚度可以为1-60微米，优选为3-30微米。

所述半导体颗粒可以为现有的各种用于染料敏化太阳能电池的半导体颗粒，例如可以选自TiO₂颗粒、ZnO颗粒、ZrO₂颗粒、SiO₂颗粒、WO₃颗粒、NiO颗粒、Ta₂O₅颗粒、Nb₂O₅颗粒、SnO₂颗粒、Y₂O₃颗粒、La₂O₃颗粒、HfO₂颗粒、SrO₂颗粒、In₂O₃颗粒、V₂O₅颗粒、Cr₂O₃颗粒、MoO₃颗粒、MgO颗粒、Sc₂O₃颗粒、Sm₂O₃颗粒、Ga₂O₃颗粒、SrTiO₃颗粒、ZnS颗粒、PbS颗粒和CdS颗粒中的一种或几种。半导体颗粒的粒子直径可以为0.5-100纳米，优选为1-60纳米，更优选为5-45纳米。所述半导体颗粒可以商购得到，例如德国Degussa公司制造的商品牌号为P25的TiO₂颗粒。

所述染料层形成于该半导体纳米晶膜上，其组成和结构已为本领域技术人员所公知。染料层含有光敏化染料，所述光敏化染料可以为现有的各种用于染料敏化太阳能电池的染料，例如，可以选自钌基多吡啶配合物、卟啉配合物(间位取代的配合物M-TCPP)、酞菁配合物(ZnPc)和非金属有机染料(香豆素)中的一种或几种。钌基多吡啶配合物的一个优选的实例为顺式-二异硫氰酸根-二(4，4’二羧酸-2，2’-联吡啶)合钌，也称作N3染料；卟啉配合物的一个优选的实例为间位取代的配合物M-TCPP；酞菁配合物的一个优选的实例为酞菁锌(ZnPc)；非金属有机染料的一个优选的实例为香豆素。

本发明提供的半导体电极的制备方法包括在导电底层上形成含有半导体颗粒和导电颗粒的半导体纳米晶膜，然后在半导体纳米晶膜上形成染料层，其中，所述导电颗粒为通过将金属颗粒负载在碳颗粒的表面而制得的复合导电颗粒。

所述复合导电颗粒的制备方法包括将金属颗粒负载在碳颗粒的表面。可以采用现有的各种方法将金属颗粒负载碳颗粒的表面，例如可以采用浸渍还原法或离子交换法。下面以浸渍还原法为例具体说明复合导电颗粒的制备过程。

所述浸渍还原法包括将还原剂与一种悬浮液接触，该悬浮液含有吸附有金属化合物的碳颗粒。碳颗粒与金属化合物所含的金属的重量比为1∶0.01至1∶1.5，优选为1∶0.05至1∶1，更优选为1∶0.1至1∶0.75。所述还原剂的用量使还原剂的摩尔数与金属化合物中金属的摩尔数的比值为2-10，所述还原剂为甲醛、甲酸、硫代硫酸钠、硼氢化钠和硼氢化钾中的一种或几种。还原剂与所述悬浮液接触的温度可以为30-98℃，优选为40-90℃，接触时间可以为0.1-8小时，优选为1-7小时。

所述悬浮液可以通过将碳颗粒分散在溶剂中，然后将金属化合物加入到分散有碳载体的溶剂中，使碳颗粒吸附金属化合物。所述溶剂可以为水、醇溶剂或者它们的混合物。每克碳载体所使用的溶剂为50-1500毫升。所述悬浮液的pH值优选控制在7-11，可以通过加入碱使pH值保持在上述范围内，所述碱优选为NaOH、KOH、LiOH和氨水。

所述金属化合物可以是能溶于水的金化合物、银化合物、铂化合物、铜化合物、锌化合物、锡化合物、镍化合物、铁化合物、铱化合物、钌化合物和铟化合物中一种或几种，优选为能溶于水的金化合物、银化合物、铂化合物、铜化合物和锌化合物中的一种或几种。例如，所述铂化合物可以为氯铂酸、氯铂酸盐、氯化铂、硝酸铂、铂的络合物中的一种或几种，优选为氯铂酸和氯铂酸盐中的一种或几种，所述氯铂酸盐优选为氯铂酸钠和/或氯铂酸钾。

还原剂与所述悬浮液接触之后，还可以过滤，将过滤得到的滤饼洗涤和干燥，得到所述复合导电颗粒。其中，可以使用水进行洗涤，水的用量(体积)为复合导电颗粒(重量)的3-20倍(毫升/克)。所述干燥可以为常规的干燥方法，如自然干燥、加热干燥、鼓风干燥或真空干燥，优选在110℃下进行干燥。

半导体纳米晶膜可以通过将含有半导体颗粒和导电颗粒的浆料涂覆在导电底层的表面而形成，该方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。所述浆料可以通过将半导体颗粒、导电颗粒、乳化剂、聚合物、分散剂和溶剂混合而得到，除了所述导电颗粒为上述制备的复合导电颗粒以外，其它成分可以与现有技术相同，例如，乳化剂可以为OP-10，聚合物可以为聚乙二醇，分散剂可以为乙酰丙酮，溶剂为水。

染料层的制备方法和步骤已为本领域技术人员所公知，例如，可以通过将所述半导体纳米晶膜在含有染料的溶液或凝胶中浸渍而在半导体纳米晶膜上形成染料层。

如图1所示，本发明提供的染料敏化太阳能电池包括半导体电极12、对电极14以及位于半导体电极12和对电极14之间的电解质13，所述半导体电极12包括导电底层121、形成于该导电底层121上的半导体纳米晶膜122和形成于该半导体纳米晶膜122上的染料层125，所述半导体纳米晶膜含有半导体颗粒123和导电颗粒124，其中，所述导电颗粒124为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和金属颗粒，金属颗粒负载在碳颗粒的表面。

其中，半导体电极12已在上文中做了详细的描述，在此不再赘述。

对电极14的结构及其制备方法已为本领域技术人员所公知。如图1所示，对电极14包括导电基片141和形成于该导电基片141上的金属层142。所述导电基片可以为表面具有掺氟二氧化锡膜或掺氧化铟锡膜的导电玻璃。所述导电基片可以商购得到，例如可以使用由秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO导电玻璃。所述导电基片的厚度可以为0.5-5毫米，优选为1-2毫米。所述金属层142可以由金、铂或金箔合金组成。在导电基片141上形成金属层142的方法已为本领域技术人员所公知，例如，可以采用电镀或气相沉积方法。

所述电解质13已为本领域技术人员所公知，可以为液态电解质或固态电解质。液态电解质的一个优选的实例为薄层氧化还原电解质溶液，该溶液含有碘/碘化锂电解质。

一般情况下，半导体电极12作为染料敏化太阳能电池的阳极，对电极14作为染料敏化太阳能电池的阴极。如图1所示，半导体电极12的染料层1 25与对电极14的金属层142相对。所述染料敏化太阳能电池可以采用公知的组装方式进行组装，例如将半导体电极12和对电极14叠放在一起，在半导体电极12和对电极14的边缘四周涂上环氧树脂胶，留孔后封装成盒，从小孔处注入电解液，利用毛细管作用使电解液进入电池内部，最后封孔。

下面通过实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例1

该实施例用于制备本发明提供的染料敏化太阳能电池用半导体电极以及含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。

(1)制备复合导电颗粒

将0.25克碳黑粉末(粒子直径为25纳米)均匀分散到100毫升异丙醇中，然后加入浓度为0.005摩尔/升氯铂酸水溶液，持续搅拌5小时，同时控制pH值为7，使得碳黑充分吸附氯铂酸，得到悬浮液。其中，氯铂酸水溶液的用量使氯铂酸中含有的铂与碳黑的重量比为1∶5。随后加入甲醛，在40℃下还原1小时，甲醛的摩尔数为氯铂酸中铂的摩尔数的3倍。反应完全后，将产物进行过滤，用2毫升去离子水洗涤滤饼，然后放置在110℃的干燥箱中干燥，即可得到0.3克复合导电颗粒P1。

(2)制备半导体电极

将重量比为1∶50∶1 50的复合导电颗粒P1、半导体颗粒和水混合，得到半导体浆料，其中半导体颗粒为德国Degussa公司生产P25 TiO₂颗粒(粒子直径为25纳米)。将上述半导体浆料均匀涂覆在尺寸为5×2.5厘米的镀有掺氟二氧化锡膜的导电玻璃上(秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO导电玻璃，厚度为4毫米)，在其上形成厚度为10微米的半导体纳米晶膜。

将半导体纳米晶膜和氟掺杂的二氧化锡导电玻璃在浓度为3×10^-4mol/L的N3染料水溶液中浸泡24小时，在半导体纳米晶膜上形成染料层，由此制得半导体电极B1。

(3)制备染料敏化太阳能电池

将尺寸为5×2.5厘米的镀有掺氟二氧化锡膜的导电玻璃(秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO导电玻璃，厚度为4毫米)作为基材送入中频磁控溅射仪，在该导电玻璃的一个表面溅射铂。靶材选用纯度为99.99％的Pt，靶材和基材之间的距离保持在10厘米，基材温度设定为400℃，基材在基座以5转/分钟的速度转动。溅射压力(绝对压力)为0.2帕，溅射气氛为氩气，溅射功率为125瓦。经过三小时的溅射，在导电玻璃的一个表面上形成厚度为5微米的铂膜，制得对电极。

将上述制得的对电极和半导体电极叠放在一起，其中，对电极的铂膜与半导体电极的染料层相对。然后，在对电极和半导体电极之间加入电解质溶液(碘/碘化锂的乙腈溶液，0.1摩尔/升的LiI+0.01摩尔/升的I₂)，制得染料敏化太阳能电池R1。

对比例1

该对比例用于说明现有的染料敏化太阳能电池用半导体电极以及染料敏化太阳能电池。

按照与实施例1相同的方法制得染料敏化太阳能电池CR1，不同的是，用碳黑粉末(粒子直径为25纳米)代替所述复合导电颗粒P1。

对比例2

该对比例用于说明现有的染料敏化太阳能电池用半导体电极以及染料敏化太阳能电池。

按照与实施例1相同的方法制得染料敏化太阳能电池CR2，不同的是，用铂金属颗粒(粒子直径为25纳米)代替所述复合导电颗粒P1。

实施例2

该实施例用于制备本发明提供的染料敏化太阳能电池用半导体电极以及含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。

按照与实施例1相同的方法制得染料敏化太阳能电池R2，不同的是，用如下制备的复合导电颗粒P2代替所述复合导电颗粒P1，并且复合导电颗粒P2、半导体颗粒和水的混合重量比为1∶200∶600。

将3克VXC-72活性碳(粒子直径为30纳米)均匀分散到450毫升异丙醇中，然后加入浓度为0.05摩尔/升硝酸银水溶液，持续搅拌5小时，同时控制pH值为10，使得活性碳充分吸附硝酸银，得到悬浮液。其中，硝酸银水溶液的用量使硝酸银中含有的银与活性碳的重量比为1∶3。随后加入硼氢化钠，在50℃下还原2小时，硼氢化钠的摩尔数为硝酸银中银的摩尔数的8倍。反应完全后，将产物进行过滤，用10毫升去离子水洗涤滤饼，然后放置在110℃的干燥箱中干燥，即可得到4克复合导电颗粒P2。

实施例3

该实施例用于制备本发明提供的染料敏化太阳能电池用半导体电极以及含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。

按照与实施例1相同的方法制得染料敏化太阳能电池R3，不同的是，用如下制备的复合导电颗粒P3代替所述复合导电颗粒P1，并且复合导电颗粒P3、半导体颗粒和水的混合重量比为1∶400∶1200。

将1克VXC-72活性碳(粒子直径为30纳米)均匀分散到150毫升异丙醇中，然后加入浓度为0.1摩尔/升硫酸铜水溶液，持续搅拌5小时，同时控制pH值为8，使得活性碳充分吸附硫酸铜，得到悬浮液。其中，硫酸铜水溶液的用量使硫酸铜中含有的铜与活性碳的重量比为1∶2。随后加入甲醛，在40℃下还原1小时，甲醛的摩尔数为氯铂酸中铂的摩尔数的5倍。反应完全后，将产物进行过滤，用10毫升去离子水洗涤滤饼，然后放置在110℃的干燥箱中干燥，即可得到1.5克复合导电颗粒P1。

实施例4

该实施例用于制备本发明提供的染料敏化太阳能电池用半导体电极以及含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。

按照与实施例1相同的方法制得染料敏化太阳能电池R4，不同的是，用如下制备的复合导电颗粒P4代替所述复合导电颗粒P1，并且复合导电颗粒P4、半导体颗粒和水的混合重量比为1∶200∶600。

将1克VXC-72活性碳(粒子直径为10纳米)均匀分散到300毫升异丙醇中，然后加入浓度为0.01摩尔/升氯铂酸钠水溶液，持续搅拌6小时，同时控制pH值为10，使得活性炭充分吸附氯铂酸钠，得到悬浮液。其中，氯铂酸钠水溶液的用量使氯铂酸钠中含有的铂与活性碳的重量比为1∶4。随后加入硼氢化钠，在50℃下还原2小时，硼氢化钠的摩尔数为氯铂酸钠中铂的摩尔数的6倍。反应完全后，将产物进行过滤，用2毫升去离子水洗涤滤饼，然后放置在110℃的干燥箱中干燥，即可得到1.25克复合导电颗粒P4。

实施例5-8

实施例5-8用于测定实施例1-4制备的染料敏化太阳能电池R1-R4的光电转换率。

使用上海辰华公司生产的CHI660A型电化学工作站对染料敏化太阳能电池进行测定，得到如图2所示的电流-电压曲线(图2中，I_mp表示最佳工作电流；V_mp表示最佳工作电压；I_sc表示短路光电流密度；V_oc表示开路电压；P_max表示最大功率)，根据电流-电压曲线得到电池的最佳工作电流和最佳工作电压，并按照下式(1)计算染料敏化太阳能电池的光电转换率，结果如表1所示。

$\mathrm{\η}=\frac{P_{\max }}{P_{\mathrm{in}}}=\frac{V_{\mathrm{mp}}\×I_{\mathrm{mp}}}{P_{\mathrm{in}}}\×100\%---\left(1\right)$

在式(1)中，η为染料敏化太阳能电池的光电转换率，％；

P_in为太阳光的入射功率，亳瓦/平方厘米；

I_mp为最佳工作电流，毫安/平方厘米；

V_mp为最佳工作电压，伏。

对比例3和4

对比例3和4用于测定对比例1和2制备的染料敏化太阳能电池CR1和CR2的光电转换率。

使用与实施例5-8相同的方法测定对比例1和2制备的染料敏化太阳能电池CR1和CR2的光电转换率，结果如表1所示。

根据下式(2)和下式(3)分别计算实施例1-4制备的染料敏化太阳能电池R1-R4的光电转换率相对于对比例1和2制备的染料敏化太阳能电池CR1和CR2的光电转换率的提高率，结果如表1所示。

$t_1=\frac{{\mathrm{\η}}_R-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{CR}1}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{CR}1}}\×100\%---\left(2\right)$

$t_2=\frac{{\mathrm{\η}}_R-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{CR}2}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{CR}2}}\×100\%---\left(3\right)$

在式(2)或式(3)中，

t₁为相对于染料敏化太阳能电池CR1的提高率，％；

t₂为相对于染料敏化太阳能电池CR2的提高率，％；

η_R为染料敏化太阳能电池R1、R2、R3或R4的光电转换率，％；

η_CR1为染料敏化太阳能电池CR1的光电转换率，％；

η_CR2为染料敏化太阳能电池CR2的光电转换率，％。

表1

从表1所示的结果可以看出，实施例1-4制得的染料敏化太阳能电池R1-R4的光电转换率明显高于对比例1和2制得的染料敏化太阳能电池CR1和CR2的光电转换率，相对于对比例1制得的染料敏化太阳能电池CR1的光电转换率，实施例1-4制得的染料敏化太阳能电池R1-R4的光电转换率提高率均在34％以上；相对于对比例2制得的染料敏化太阳能电池CR2的光电转换率，实施例1-4制得的染料敏化太阳能电池R1-R4的光电转换率提高率均在4％以上，说明在半导体纳米晶膜中加入所述复合导电颗粒可以显著提高制得的染料敏化太阳能电池的光电转换率。

Claims (14)

1.一种染料敏化太阳能电池用半导体电极，该半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米晶膜和形成于该半导体纳米晶膜上的染料层，所述半导体纳米晶膜含有半导体颗粒和导电颗粒，其特征在于，所述导电颗粒为复合导电颗粒，该复合导电颗粒含有碳颗粒和金属颗粒，金属颗粒负载在碳颗粒的表面。

2.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述复合导电颗粒的粒子直径为2-60纳米，所述碳颗粒的粒子直径为1-40纳米，所述金属颗粒的粒子直径为1-10纳米。

3.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述碳颗粒与金属颗粒的重量比为1∶0.01至1∶1.5。

4.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，在半导体纳米晶膜中，复合导电颗粒与半导体颗粒的重量比为1∶10至1∶1000。

5.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述碳颗粒为活性炭颗粒、碳黑颗粒和碳纳米管颗粒中的一种或几种；所述金属颗粒中的金属为Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的合金。

6.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述半导体纳米晶膜的厚度为1-60微米；所述半导体颗粒选自TiO₂颗粒、ZnO颗粒、ZrO₂颗粒、SiO₂颗粒、WO₃颗粒、NiO颗粒、Ta₂O₅颗粒、Nb₂O₅颗粒、SnO₂颗粒、Y₂O₃颗粒、La₂O₃颗粒、HfO₂颗粒、SrO₂颗粒、In₂O₃颗粒、V₂O₅颗粒、Cr₂O₃颗粒、MoO₃颗粒、MgO颗粒、8c₂O₃颗粒、Sm₂O₃颗粒、Ga₂O3颗粒、SrTiO₃颗粒、ZnS颗粒、PbS颗粒和CdS颗粒中的一种或几种；半导体颗粒的粒子直径为0.5-100纳米。

7.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述导电底层为表面具有掺氟二氧化锡膜或掺氧化铟锡膜的导电玻璃；所述导电底层的厚度为0.5-5毫米。

8.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述染料层含有光敏化染料，所述光敏化染料选自钌基多吡啶配合物、卟啉配合物、酞菁配合物和非金属有机染料中的一种或几种。

9.一种半导体电极的制备方法，该方法包括在导电底层上形成含有半导体颗粒和导电颗粒的半导体纳米晶膜，然后在半导体纳米晶膜上形成染料层，其中，所述导电颗粒为通过将金属颗粒负载在碳颗粒的表面而制得的复合导电颗粒。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述复合导电颗粒的制备方法包括将还原剂与一种悬浮液接触，该悬浮液含有吸附有金属化合物的碳颗粒。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述碳颗粒与金属化合物所含的金属的重量比为1∶0.01至1∶1.5；所述还原剂的用量使还原剂的摩尔数与金属化合物中金属的摩尔数的比值为2-10，所述还原剂为甲醛、甲酸、硫代硫酸钠、硼氢化钠和硼氢化钾中的一种或几种；所述金属化合物为能溶于水的金化合物、银化合物、铂化合物、铜化合物、锌化合物、锡化合物、镍化合物、铁化合物、铱化合物、钌化合物和铟化合物中一种或几种。

12.根据权利要求10所述的制备方法，其中，还原剂与所述悬浮液接触的温度为30-98℃，接触时间为0.1-8小时。

13.根据权利要求9所述的制备方法，其中，在半导体纳米晶膜中，复合导电颗粒与半导体颗粒的重量比为1∶10至1∶1000。

14.一种染料敏化太阳能电池，该电池包括半导体电极、对电极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质，其特征在于，所述半导体电极为权利要求1-8中任意一项所述的半导体电极。

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