CN101620939B - 一种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致密半导体层，形成于该致密半导体层上的多孔半导体层，和形成于该多孔半导体层上的染料层，所述致密半导体层和多孔半导体层中分别含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，导电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

一种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，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层和形成于该半导体纳米层上的染料层。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。

在实践中，人们想到采用多层纳米半导体复合层，来解决半导体层与导电玻璃结合力的问题。如现有技术中公开了一种纳米二氧化钛薄层，其组成是由致密二氧化钛层和多孔二氧化钛层组成，由于采用了两层结构的纳米二氧化钛层，而致密二氧化钛层与导电底层紧密结合，使得二氧化钛层与导电玻璃的结合力明显提高。但是，由于该纳米二氧化钛层导电率不高，染料敏化太阳能电池光电转换率较低。

发明内容

发明人通过大量实验发现，单一半导体层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，半导体层内部不存在内建电场，而且由于半导体粒子太小，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。另外一方面，由于半导体层为多孔层，其与导电玻璃之间的接触面积较小，所以二者的结合力不牢固，如果所使用的半导体颗粒的尺寸较大，半导体层就很容易从导电玻璃上脱落，另外，如果半导体颗粒之间的结合力不好，半导体层中会有部分半导体颗粒与周围的半导体颗粒结合不好，从而使这些半导体颗粒中的激发电子难以传送到导电玻璃上的导电层上，此外，由于半导体层为多孔结构，导电玻璃上的导电层未被半导体层覆盖，液态电解质可能会通过半导体层的空隙直接与导电玻璃上的导电层接触，此时从半导体层传送到导电玻璃上的导电薄层的电子可能会直接被电解质所捕获，而不是先通过对电极，然后再传输到液态电解液，从而造成部分短路，降低了太阳能电池的光电转换效应。发明人还发现，在半导体层中加入的导电颗粒可以作为电子捕获阱，使得半导体中的电子和空穴易于分离，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。

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。

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致密半导体纳米层，形成于致密半导体层上的多孔半导体层和形成于该多孔半导体层上的染料层，其中致密半导体层和多孔半导体层分别含有半导体颗粒和导电颗粒。

本发明提供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致密半导体层，后在致密半导体层上形成含有半导体颗粒和导电颗粒的多孔半导体层，然后在多孔半导体层上形成染料层，其中，所述导电颗粒为选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金的颗粒。

本发明还提供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致密半导体层，形成于致密半导体层上的多孔半导体层和形成于该多空半导体纳米层上的染料层，所述半导体层含有半导体颗粒和导电颗粒，以多孔半导体层中的导电颗粒重量为基准，致密半导体层中的导电颗粒的重量为多孔半导体层中的导电颗粒重量的0.5-1倍。分布于半导体层中的导电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。

附图说明

图1为实施例1-4制得的染料敏化电池结构示意图。

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致密半导层，形成于致密半导体层上的多孔半导体层和形成于多孔半导体层上的染料层，所述致密半导体层，多孔半导体层中都含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，导电颗粒为选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒。

所述导电颗粒的粒子直径可以为2-40纳米，优选为5-30纳米，更优选为8-20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层或氧化铟锡层的导电玻璃。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微米，优选为1-2微米。

致密半导体层和多孔半导体层中，都含有导电颗粒和半导体颗粒，其中导电颗粒与半导体颗粒的重量比为1∶200至1∶20，所述致密半导体层形成于所述导电底层上，致密半导体层中含有半导体颗粒和导电颗粒。致密半导体层的厚度可以为0.5-6微米，优选为1-4微米。多孔半导体层形成于致密半导体层上，多孔半导体层的厚度可以为6-18微米，优选为6-8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、8m₂O₃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15-40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层上，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)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)。

本发明提供的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致密半导体层，后在该致密半导体层上形成含有半导体颗粒和导电颗粒的多孔半导体层，然后在多孔半导体层上形成染料层，其中，所述导电颗粒为选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒，在致密半导体层中导电颗粒与半导体颗粒的重量比为100-200至1-2。

所述致密半导体层，为通过共沉积方法制备的共沉积层，其制备方法包括以铂为阳极，导电底层为阴极，共沉积溶液包括半导体颗粒、水溶性金属盐、分散剂及醇的水溶液，在外加电场下，在导电底层上形成致密半导体层，

本发明中采用电化学共沉积方法制备致密半导体层，电化学共沉积方法是指在直流电的作用下，将电解液中两或两种以上金属离子还原，并沉积到基片表面，形成具有膜层致密，纤维网络状均匀分布特点的镀层的过程。双组分电化学沉积远比单金属沉积复杂，本发明中采用了二氧化钛/导电颗粒电化学共沉积的方法在导电底层上形成致密半导体层，由于所选用的导电颗粒的电位与半导体颗粒的电位相近，通过电化学共沉积的方法可以使得导电颗粒均匀分布于致密半导体层中，构成纤维网络状的导电网络，便于电子的传输。

其中所述共沉积溶液包括纳米半导体颗粒、水溶性金属盐、分散剂及醇的水溶液溶液。

纳米半导体颗粒、水溶性金属盐、分散剂及醇的水溶液的重量比为100-200∶1-2∶1-2∶500-1000，pH值为6-7。

纳米半导体颗粒选自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、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为15-40纳米。

水溶性金属盐包括Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In的水溶性金属盐中的一种或几种，分散剂为乙酰丙酮，醇的水溶液包括乙醇、乙二醇、异丙醇的水溶液中的一种或几种。分散剂为乙酰丙酮。

在制备致密半导体层过程中外加电场的电压为1-20V，共沉积的时间为0.5-30分钟。

多孔半导体层的制备方法包括，将由纳米半导体颗粒、导电颗粒、分散剂、造孔剂、乳化剂组成的浆料涂敷于致密半导体层上，烧结，在致密半导体层上形成多孔半导体层。

其中纳米半导体纳米颗粒可以选用与制备致密半导体层相同的纳米半导体颗粒。导电颗粒可以选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种金属或合金颗粒。

多孔半导体纳米层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、分散剂、造孔剂、乳化剂混合而得到，其中乳化剂、造孔剂、分散剂为本领域技术人员公知的试剂，例如乳化剂可以为OP-10，分散剂可以为乙酰丙酮，造孔剂为聚乙二醇。

其中，半导体颗粒，金属颗粒，造孔剂，乳化剂以及分散剂的重量比为50-200∶1-3∶1-4∶1-8∶1-8。优选为100-150∶1-3∶1-2∶1-4∶1-4。

烧结所用设备为本领域公知的各种烧结高温炉，如上海精宏公司生产的SLX-1016型号马弗炉，烧结时温度为450-600℃，优选为450-550℃烧结时间为20-80分钟，优选为20-60分钟。

染料层的制备方法和步骤己为本领域技术人员所公知，例如，可以通过将所述半导体层在含有染料的溶液或凝胶中浸渍而在半导体层上形成染料层。

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、对电极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质13，所述半导体电极，包括导电底层121、形成于该导电底层121上的致密半导体层122、形成于致密半导体层上的多孔半导体层123和形成于该的染料层124，所述半导体层含有半导体颗粒和导电颗粒，其中，所述导电颗粒均匀分布于致密半导体层122和多孔半导体层123中。

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，对电极包括导电基片112和形成于该导电基片112上的金属层111。所述导电基片可以为表面具有掺氟二氧化锡层或氧化铟锡层的导电玻璃。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)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微米，优选为1-2微米。所述金属层112可以由金、铂或金箔合金组成。在导电基片112上形成金属层111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，半导体电极作为染料敏化太阳能电池的阳极，对电极作为染料敏化太阳能电池的阴极。如图1所示，半导体电极的染料层124与对电极的金属层111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，例如将半导体电极和对电极叠放在一起，在半导体电极和对电极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。

下面以纳米二氧化钛半导体颗粒为例来详细说明本发明。

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)制备共沉积溶液

将1克二氧化钛颗粒(粒子直径为15纳米)均匀分散到5毫升浓度为50％的异丙醇的水溶液，0.1毫升乙酰丙酮，然后加入0.01g的AgNO₃，pH值6持续搅拌20分钟，即可得到共沉积溶液P1。

(2)制备致密半导体层

将铂片作为阳极，尺寸为3×1.5厘米的镀有掺氟二氧化锡层的导电玻璃上(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)，作为阴极，共沉积溶液为P1，在电压为1V的条件下共沉积30分钟即可制得致密半导体层A1。

(3)制备多孔半导体层

将重量比为1∶100∶1∶1∶1的金属银颗粒(粒子直径为10纳米)、二氧化钛颗粒、OP-10、聚乙二醇2000、乙酰丙酮混合，得到浆液D1，其中二氧化钛颗粒为德国Degussa公司生产P25二氧化钛颗粒(平均粒子直径为25纳米)。将上述半导体浆料D1均匀涂覆在A1上形成厚度为12微米的半导体纳米层，放入马弗炉(上海精宏公司SLX-1016)中从室温升温至450度再烘烤30分钟即可得到C1。

将C1在浓度为3×10^-4mol/L的N719染料(瑞士Solaronix公司)的乙醇溶液中浸泡24小时，在多孔半导体层上形成染料层，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层的导电玻璃(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微米的铂层，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，对电极的铂层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(0.1mol/LI₂+0.01mol/LLiI的乙腈溶液)，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，用半导体电极中不含有导电颗粒。

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，制备致密半导体层时采用共沉积溶液P2代替共沉积溶液P1，并且在制备多孔半导体层时用半导体浆液D2代替半导体浆液D1。

将2克TiO2粉末(粒子直径为23纳米)均匀分散到10毫升，浓度为70％的乙醇的水溶液、0.2毫升乙酰丙酮，然后加入0.02gCuSO4，持续搅拌1小时，即可得到共沉积溶液P2。

将重量比为3∶200∶4∶8∶8的金属铜颗粒(粒子直径为20纳米)、纳米二氧化钛半导体颗粒、聚乙二醇、OP-10、乙酰丙酮混合，得到半导体浆液D2，其中半导体颗粒为德国Degussa公司生产P25TiO₂颗粒(粒子直径为23纳米)。

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，制备致密半导体层时采用共沉积溶液P3代替共沉积溶液P1，并且在制备多孔半导体层时用半导体浆料D3代替半导体浆料D1。

将1.5克TiO₂粉末(粒子直径为20纳米)均匀分散到10毫升的乙二醇，0.2毫升乙酰丙酮，然后加入0.01g FeCl₃，持续搅拌40分钟，即可得到共沉积溶液P3。

将重量比为1∶120∶1∶2∶4的金属铁颗粒(粒子直径为35纳米)、二氧化钛半导体颗粒、OP-10、聚乙二醇2000、乙酰丙酮混合，得到半导体浆液D3，其中半导体颗粒为德国Degussa公司生产P25TiO₂颗粒(粒子直径为20纳米)。

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，制备致密半导体层时采用共沉积溶液P4代替共沉积溶液P1，并且在制备多孔半导体层时用半导体浆料D4代替半导体浆料D1。

将5克TiO₂粉末(粒子直径为40纳米)均匀分散到12毫升的乙醇，0.4毫升乙酰丙酮，然后加入0.005gAgNO₃，持续搅拌10分钟，即可得到共沉积溶液P4，且共沉积的电压为10V。

将重量比为1∶200∶1∶2∶1的金属铁颗粒(粒子直径为35纳米)、纳米二氧化钛半导体颗粒、OP-10、聚乙二醇2000、乙酰丙酮混合，得到半导体浆料D4，其中半导体颗粒为德国Degussa公司生产P25TiO₂颗粒(粒子直径为40纳米)。

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，以的光电转换率。

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。

$P_{\max x}{V}_{\mathrm{mp}}\×I_{\mathrm{mp}}$

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

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，毫瓦/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2

对比例2用于测定对比例1制备的染料敏化太阳能电池CR1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制备的染料敏化太阳能电池CR1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制备的染料敏化太阳能电池CR1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制得的染料敏化太阳能电池CR1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11％以上；说明在半导体纳米层中加入所述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 (20)

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致密半导体层、形成于该致密半导体层上的多孔半导体层，和形成于该多孔半导体层上的染料层，所述致密半导体层和多孔半导体层中同时含有半导体颗粒和导电颗粒，在致密半导体层中导电颗粒与半导体颗粒的重量比为100-200∶1-2。

2.根据权利要求1所述的半导体电极，致密半导体层为将半导体颗粒和导电颗粒通过共沉积形成的共沉积层。

3.根据权利要求2所述的半导体电极，其中，所述导电颗粒的粒子直径为2-40纳米。

4.根据权利要求1所述的半导体电极，其中所述多孔半导体层中，导电颗粒与半导体颗粒的重量比为50-200∶1-3。

5.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述导电颗粒选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒。

6.根据权利要求1所述半导体电极，其中，所述致密半导体层的厚度为0.5-6微米。

7.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，所述多孔半导体层的厚度为6-18微米。

8.根据权利要求1所述的半导体电极，其中，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、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为15-40纳米。

9.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 有掺氟二氧化锡层或氧化铟锡层的导电玻璃；所述导电底层的厚度为0.5-5微米。

10.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、酞菁配合物中的一种或几种。

11.一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致密半导体层，后在该致密半导体层上形成含有半导体颗粒和导电颗粒的多孔半导体层，然后在多孔半导体层上形成染料层，其中，所述导电颗粒为选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒，在致密半导体层中导电颗粒与半导体颗粒的重量比为100-200至1-2。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其中，所述致密半导体层通过共沉积法将半导体颗粒和导电颗粒共沉积而形成。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述共沉积的方法包括以铂为阳极，导电底层为阴极，放入包括半导体颗粒、水溶性金属盐、分散剂及醇的水溶液的共沉积溶液中，在外加电场下，在导电底层上形成致密半导体层。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其中，半导体颗粒、水溶性金属盐、分散剂及醇的水溶液的重量比为100-200∶1-2∶1-2∶500-1000。

15.根据权利要求13或14所述的制备方法，水溶性金属盐包括Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In的水溶性金属盐中的一种或几种，醇的水溶液包括乙醇、异丙醇、乙二醇的水溶液中的一种或几种，分散剂为乙酰丙酮。

16.根据权利要求13所述的制备方法，所述外加电场的电压为1-20V，共沉积的时间为0.5-30分钟，PH值为6-7。 

17.根据权利要求11所述的制备方法，所述多孔半导体层的制备方法包括，将由半导体颗粒、导电颗粒、分散剂、造孔剂、乳化剂组成的浆液涂敷于致密半导体层上，烧结，在致密半导体层上形成多孔半导体层。

18.根据权利要求17所述的制备方法，其中导电颗粒包括Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒，颗粒的直径为15-40纳米，分散剂为乙酰丙酮，造孔剂为聚乙二醇，其中，半导体颗粒，金属颗粒，造孔剂，乳化剂以及分散剂的重量比为50-200∶1-3∶1-4∶1-8∶1-8。

19.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述烧结的温度为450-600℃，烧结时间为20-80分钟。

20.一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1-10中任意一项所述的半导体电极。 

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