CN101567267A - 大面积染料敏化太阳能电池的导电基底及其太阳能电池 - Google Patents

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蔡传兵
马辉
周文谦
鲁玉明
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Abstract

本发明公开一种大面积染料敏化太阳能电池的导电基底及具有所述导电基底的染料敏化太阳能电池。该导电基底包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。其中，透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。栅电极的宽度是2～100微米。所述相邻的栅电极之间的间距是500～8000微米。所述导电层为透明导电层，优选的是ITO导电层、ATO导电层或者FTO导电层。通过在导电基底的透明衬底上间隔布置栅电极，并在所述栅电极上裹覆导电层的结构设计，使得具有上述导电基底的大面积染料敏化太阳能电池中电子的传输速度加快，电子在传输过程中的损耗减小，进而实现染料敏化太阳能电池的大面积化，实用化。

Description

大面积染料敏化太阳能电池的导电基底及其太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的导电基底和具有该导电基底的染料敏化太阳能电池，尤其涉及一种大面积染料敏化太阳能电池的导电基底和具有该导电基底的染料敏化太阳能电池。
背景技术
染料敏化太阳能电池是伴随着半导体电化学发展起来的一个崭新的科学研究领域。所述染料敏化太阳能电池是以染料敏化多孔纳米结构薄膜为光阳极，并将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电器件。目前，已报道的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了很大程度的提高，达到11％。这一光电转换效率已经接近实用化水平。
染料敏化太阳能电池由多孔纳米晶氧化物薄膜、染料敏化剂、电解质及其对电极等部分构成。其中，染料敏化太阳能电池中电子的收集和传输主要由导电玻璃完成。目前，商业应用的导电玻璃表面方块电阻在10欧姆以上，而其电阻对电池性能的影响很大。在染料敏化太阳能电池的实验研究中可以发现，随着电池面积的不断增加，电池的填充因子迅速减小，短路电流不断减小，电池的光电转换效率变小。影响上述变化的主要原因是导电玻璃表面电阻的影响，即电子的传输路程太长，从而导致了电子在传输过程中损耗增大。
针对现有技术所存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的实验经验，积极研究改良，提出了本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的技术方案。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术存在的缺陷提供一种可以加快电子传输，减小电子损耗，并实现染料敏化太阳能电池大面积化、实用化的导电基底。
本发明的又一目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种可以加快电子传输，减小电子损耗，并实现大面积化、实用化的染料敏化太阳能电池。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。所述栅电极的宽度是2～100微米。所述相邻的栅电极之间的间距是500～8000微米。所述透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。所述栅电极是导电金属电极。所述导电层是ATO导电层、ITO导电层或者FTO导电层。
为达到上述又一目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有上述导电基底的大面积染料敏化太阳能电池，包括成面向设置的对电极和导电基底、位于对电极和导电基底之间的电解质和染料敏化剂及形成在导电基底上的纳米晶膜，其中，导电基底包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。所述栅电极的宽度是2～100微米。所述相邻的栅电极之间的间距是500～8000微米。所述透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。所述栅电极是导电金属电极。所述导电层是ATO导电层、ITO导电层或者FTO导电层。
在大面积染料敏化太阳能电池的工作过程中，当染料敏化太阳能电池受到外界光强照射时，吸附在纳米晶膜上的染料敏化剂在光照下吸收光能并跃迁到激发态，激发态不稳定，则电子快速的注入到紧邻的较低能级的半导体的导带上，并很快通过纳米晶膜进入导电基底的导电层。进入导电层的电子分别通过导电层和栅电极传输到外电路中。由于栅电极是导电金属电极，所以电子更容易经由导电层进入栅电极。其中，由光激发所产生的光生电子是纵向穿过透明导电层，其中透明导电层的厚度一般为几千到几百纳米。传输到栅电极的电子通过外电路传输到对电极，以完成电路中电子的回路传输。现有太阳能电池的光生电子是横向穿过透明导电层，其中透明导电层的横向长度一般为几毫米以上。进而传输到电极上，进入外电路。因而，光生电子在传统的太阳能电池中横向传输的距离要比纵向传输的距离大几个数量级。通过栅电极与导电层电连接的结构设计，使得染料敏化太阳能电池整体的导出电阻下降。同时，进入导电基底的电子大部分通过栅电极导出到外电路，而栅电极不与电解质接触，从而大大的减少了电子的复合。
综上所述，通过在导电基底的透明衬底上间隔布置栅电极，并在所述栅电极上裹覆导电层的结构设计，使得大面积染料敏化太阳能电池中电子的传输速度加快，电子在传输过程中的损耗减小，进而实现染料敏化太阳能电池的大面积化，实用化。
附图说明
图1(a)为本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的结构侧视图；
图1(b)为本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的结构俯视图。
图2为具有本发明的大面积染料敏化太阳能电池的结构示意图。
图3为本发明大面积染料敏化太阳能电池的导电基底的等效原理电路图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实例并配合图示予以详细说明。
请参阅图1(a)、图1(b)，图1(a)、图1(b)示出大面积染料敏化太阳能电池1的导电基底2。所述导电基底2包括透明衬底21、紧邻透明衬底21并间隔设置在透明衬底21上的栅电极22及涂覆在透明衬底21上且包覆栅电极22的导电层23。所述透明衬底21为透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底，非限制的包括FTO玻璃基底、ITO/PET玻璃基底。栅电极22是导电金属电极。所述栅电极22的宽度是2～100微米，优选的是20微米。所述相邻的栅电极22之间的间距是500～8000微米，优选的是2毫米。所述导电层23为透明导电层，优选的是ATO导电层、ITO导电层或者FTO导电层。
请参阅图2，图2示出了具有本发明导电基底2的大面积染料敏化太阳能电池1。所述大面积染料敏化太阳能电池1包括成面向设置的对电极11和光阳极12、位于对电极11和光阳极12之间的电解质13和染料敏化剂14。其中，光阳极12是在导电基底2上通过涂覆烧结等传统工艺形成纳米晶膜15制备而成。其中，染料敏化剂14吸附在纳米晶膜15上。所述呈间隔设置的栅电极22分别与外电路16电连接。并同时在染料敏化太阳能电池1的外电路16中加载负载17。
请参阅图3，并结合参阅图2，图3示出通过纳米晶膜15进入导电层23的电子的传输过程。以方便对电子传输过程的描述，定义导电层23与栅电极22之间的电阻R1为24。定义导电层23的电阻R2为25。定义栅电极22的电阻R3为26。
在大面积染料敏化太阳能电池1的工作过程中，当染料敏化太阳能电池1受到外界光强照射时，吸附在纳米晶膜15上的染料敏化剂14在光照下吸收光能并跃迁到激发态，激发态不稳定，则电子快速的注入到紧邻的较低能级的半导体的导带上，并很快通过纳米晶膜15进入导电基底2的导电层23。进入导电层23的电子分别通过导电层23和栅电极22传输到外电路16中。由于栅电极22是导电金属电极，所以电子更容易的经由导电层23进入栅电极12。其中，由光激发所产生的光生电子是通过纵向电子传输而传输到外电路16，即，光生电子传输到导电基底2的导电层23，处在导电层23的电子进而传输到栅电极12。传输到栅电极12的电子通过外电路16传输到对电极11，以完成电路中电子的回路传输。通过栅电极22与导电层23电连接的结构设计，使得染料敏化太阳能电池1整体的导出电阻下降。同时，进入导电基底2的电子大部分通过栅电极22导出到外电路16，而栅电极22不与电解质13接触，从而大大的减少了电子的复合。
综上所述，通过在导电基底2的透明衬底22上间隔布置栅电极22，并在所述栅电极22上裹覆导电层23的结构设计，使得大面积染料敏化太阳能电池1中电子的传输速度加快，电子在传输过程中的损耗减小，进而实现染料敏化太阳能电池1的大面积化，实用化。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改和变型落入所附权利要求书以及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，其特征是：所述导电基底包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。
2.根据权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，其特征是：所述的栅电极的宽度是2～100微米。
3.根据权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，其特征是：所述的栅电极中两个相邻电极的间距是500～8000微米。
4.根据权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，其特征是：所述的透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底；所述的栅电极是导电金属电极。
5.根据权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池的导电基底，其特征是：所述的导电层是ATO导电层，或者ITO导电层，或者FTO导电层。
6.一种具有如权利要求1所述导电基底的大面积染料敏化太阳能电池，包括成面向设置的对电极和导电基底、位于对电极和导电基底之间的电解质和染料敏化剂及形成在导电基底上的纳米晶膜，其特征是：导电基底包括透明衬底、紧邻透明衬底并间隔设置在透明衬底上的栅电极及涂覆在透明衬底上且包覆栅电极的导电层。
7.根据权利要求6所述的大面积染料敏化太阳能电池，其特征是：所述的栅电极的宽度是2～100微米。
8.根据权利要求6所述的大面积染料敏化太阳能电池，其特征是：所述的栅电极中两个相邻电极的间距是500～8000微米。
9.根据权利要求6所述的大面积染料敏化太阳能电池，其特征是：所述的透明衬底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底；所述的栅电极是导电金属电极。
10.根据权利要求6所述的大面积染料敏化太阳能电池，其特征是：所述的导电层是ATO导电层，或者ITO导电层，或者FTO导电层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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