CN101515508A - 一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，由光阳极基板、半导体多孔薄膜、染料、电解质、对电极和上转换材料信号增强层构成；由上转换材料组成的信号增强层可以吸收太阳光中的红外部分，并将其转换为可见光用于染料的激发，大大提高了太阳能的利用率，从而有效提高了电池的光电转换效率。

Description

一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池
(一)技术领域：
本发明属于太阳能领域，涉及一种染料敏化太阳能电池。
(二)背景技术：
随着全球性能源危机日益严重，人们迫切希望可以找到一种可持续发展的清洁能源。太阳能作为一种取之不尽的天然能源，日益受到世界各国的关注。染料敏化太阳能电池与传统硅太阳能电池相比，成本低廉，制作简单，受到全世界的广泛关注，被认为是最有前途的下一代太阳能电池。但是目前染料敏化太阳能电池的实际光电转换效率只有11％，离产业化的要求还有一定差距。
尽管多年来国内外许多小组在提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率方面做了大量工作，但是效果并不显著。其中一个重要原因是由于染料的吸收光谱很难与太阳的发射光谱相匹配，因此整体电池体系的太阳能利用效率不高所致。如现在人们普遍认可的用于染料敏化太阳能电池的染料N719钌染料，其吸收光谱主要集中在400～600nm的可见光区，而太阳光中除含44％的可见光外，还含有3％的紫外线和53％的红外线，显然太阳光中的大部分能量都没有得到有效利用。
(三)发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光电转换效率高的新型染料敏化太阳能电池。
一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，由光阳极基板1、半导体多孔薄膜2、染料3、电解质4、对电极5和上转换材料信号增强层6构成；光阳极基板1上面是半导体多孔薄膜2，半导体多孔薄膜2上面是染料3，染料3上面是电解质4，电解质4上面是对电极5，对电极5上面是上转换材料信号增强层6。
所述的光阳极基板1为镀有导电薄膜的玻璃基板、金属基板或柔性基板。
所述的半导体多孔薄膜2为TiO2薄膜、ZnO薄膜、其它宽禁带半导体氧化物或它们的复合膜。
所述的染料3为联吡啶钌染料或天然染料，联吡啶钌类染料为N719、N3、Z907或CYC-B1等，天然染料为香豆素、卟啉、二萘嵌苯、类胡萝卜素或花菁素等。。
所述的电解质4为含碘和碘化锂的液体电解质、凝胶电解质或固态电解质。
所述的对电极5为所述的对电极5为镀铂导电玻璃对电极、镀铂导电树脂基板对电极、镀石墨导电玻璃对电极或镀石墨导电玻璃对电极。
所述的上转换材料信号增强层6是稀土离子掺杂的氟化合物、稀土离子掺杂硫化合物、稀土离子掺杂卤化合物或稀土离子掺杂氧化物。
本发明的特点是在原有染料敏化太阳能电池结构基础上，增加一个信号增强层。该信号增强层主要由上转换材料构成。所谓上转换材料，是一类反Stokes定律的发光材料，它能将波长较长的红外光转换为波长短的可见光。由上转换材料组成的信号增强层可以吸收太阳光中的红外部分，并将其转换为可见光用于染料的激发，大大提高了太阳能的利用率，从而有效提高了电池的光电转换效率。Stokes定律为荧光发射的波长大于激发光的波长。但某些荧光物质吸收激发光的原子，如果不是处于基态，则出现反斯托克斯荧光发射。
上述增强层可吸收红外光，并在较短的波长发光，如在蓝色、绿色、黄色和红色等波长发光。
所述上转换材料包括稀土离子掺杂的氟化合物、硫化合物、卤化合物、氧化物材料体系以及其它具有上转换性能的材料。
本发明的效果益处在于上转换材料信号增强层可吸收太阳光中的红外部分，并在可见光区发光，进而被电池中的染料吸收，提高了太阳能的利用率，使电池的光电性能得到改善。
(四)附图说明：
图1带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池结构图。
其中：1为光阳极基板；2为半导体多孔薄膜；3为染料；4为电解质；5为对电极；6为上转换材料信号增强层。
(五)具体实施方式：
下面结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。
参见图1，一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，由光阳极基板1、半导体多孔薄膜2、染料3、电解质4、对电极5和上转换材料信号增强层6构成。光阳极基板1上面是半导体多孔薄膜2，半导体多孔薄膜2上面是染料3，染料3上面是电解质4，电解质4上面是对电极5，对电极5上面是上转换材料信号增强层6。
其光阳极基板1为镀有导电薄膜的玻璃基板、金属基板或柔性基板。半导体多孔薄膜2为TiO2、ZnO或其它宽禁带半导体氧化物及它们的复合膜。染料3为在可见光区有较强吸收的染料，如联吡啶钌染料或天然染料，联吡啶钌类染料为N719、N3、Z907或CYC-B1等，天然染料为香豆素、卟啉、二萘嵌苯、类胡萝卜素或花菁素等。。电解质4为含碘和碘化锂的液体电解质、凝胶电解质或固态电解质。对电极5为沉积在导电玻璃或导电树脂基板上具有催化作用的金属铂电极或石墨电极，所述的对电极5为镀铂导电玻璃对电极、镀铂导电树脂基板对电极、镀石墨导电玻璃对电极或镀石墨导电玻璃对电极。。上转换材料信号增强层6由稀土离子掺杂的氟化合物：如Ho3+:BaY2F8、Pr3+:K2YF5，稀土离子掺杂硫化合物：如Pr3+/Yb3+-Ga2O3:La2S3，稀土离子掺杂卤化合物Er3+:Cs3Lu2Br9、Yb3+:Cs3R2X9，稀土离子掺杂氧化物，如Sm3+:Y3Al5O12，等具有上转换功能的材料组成。
镀铂导电玻璃对电极是由沉积在导电玻璃上的铂和导电玻璃构成的对电极、镀铂导电树脂基板是由沉积在导电玻璃上的铂和导电树脂基板构成的对电极、镀石墨导电玻璃对电极是由沉积在导电玻璃上的石墨和导电玻璃构成的对电极、镀石墨导电玻璃对电极是由沉积在导电玻璃上的石墨和导电玻璃构成的对电极。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1、一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：由光阳极基板(1)、半导体多孔薄膜(2)、染料(3)、电解质(4)、对电极(5)和上转换材料信号增强层(6)构成；光阳极基板(1)上面是半导体多孔薄膜(2)，半导体多孔薄膜(2)上面是染料(3)，染料(3)上面是电解质(4)，电解质(4)上面是对电极(5)，对电极(5)上面是上转换材料信号增强层(6)。
2、根据权利要求1所述的一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的光阳极基板(1)为镀有导电薄膜的玻璃基板、金属基板或柔性基板。
3、根据权利要求1所述的一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的半导体多孔薄膜(2)为TiO2薄膜、ZnO薄膜或它们的复合膜。
4、根据权利要求1所述的一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的染料(3)为联吡啶钌染料或天然染料。
5、根据权利要求1所述的一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的电解质(4)为含碘和碘化锂的液体电解质、凝胶电解质或固态电解质。
6、根据权利要求1所述的一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的对电极(5)为镀铂导电玻璃对电极、镀铂导电树脂基板对电极、镀石墨导电玻璃对电极或镀石墨导电玻璃对电极。
7、根据权利要求1所述的一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述的上转换材料信号增强层(6)是稀土离子掺杂的氟化合物、稀土离子掺杂硫化合物、稀土离子掺杂卤化合物或稀土离子掺杂氧化物。
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