CN101692411B - 太阳能电池的复合电极及其制备方法 - Google Patents

太阳能电池的复合电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101692411B
CN101692411B CN 200910093999 CN200910093999A CN101692411B CN 101692411 B CN101692411 B CN 101692411B CN 200910093999 CN200910093999 CN 200910093999 CN 200910093999 A CN200910093999 A CN 200910093999A CN 101692411 B CN101692411 B CN 101692411B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
tio
electrode
dssc
pore structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 200910093999
Other languages
English (en)
Other versions
CN101692411A (zh
Inventor
康晋锋
张天舒
印海友
王旭
刘力锋
王漪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN 200910093999 priority Critical patent/CN101692411B/zh
Publication of CN101692411A publication Critical patent/CN101692411A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101692411B publication Critical patent/CN101692411B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池的复合电极，其包括导电基片、形成于所述导电基片上的多孔状半导体电极层，以及吸附于所述半导体电极层上的半导体纳米颗粒膜层。本发明的技术方案通过蒸发或溅射形成的Ti薄膜可以与透明导电波膜形成良好的界面接触，因此通过阳极氧化法制备的TiO2纳米孔结构后，在透明导电基底与纳米TiO2层形成了良好的界面接触，有效地避免了光电子在透明导电基底与纳米TiO2层界面的输运损失。整个工作电极是由TiO2纳米孔结构以及TiO2纳米颗粒组成的，它们之间的接触良好，利于电子更好地传输，从而可以提高光电转换效率。

Description

太阳能电池的复合电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种染料敏化太阳能电池的复合电极及其制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池是一种模仿光合作用原理的新型电池。1991年瑞士科学家
Figure GSB00000470777900011
等人首次利用TiO2纳米晶电极技术成功演示了转化效率达7％的染料敏化太阳能电池。由于染料敏化太阳能电池具有制作工艺简单，制造过程绿色环保，制造成本低廉等优点，因此受到人们的重视并得以迅速的发展。
传统的染料敏化纳米晶太阳能电池的工作电极的制备工艺为：在导电基底(有透明导电膜的玻璃)上，涂覆适当厚度的TiO2纳米颗粒并经过烧结而形成。TiO2纳米颗粒具有相对比较大的比表面积，而且颗粒越小，比表面积越大。这样的结构可以提高其吸附染料的有效性，从而大幅度地提高电池的效率。
然而采用传统方法制备染料敏化太阳能电池的工作电极也存在诸多问题：首先，通过涂覆TiO2纳米颗粒然后烧结而成的纳米薄膜与导电玻璃基底上的透明导电膜不易形成良好的接触，这样导致一部分光生电子在导电基底的界面损失掉，使光生电子的传输受到影响，从而使电池的光电转换效率降低。其次，TiO2纳米晶颗粒与导电基底的界面接触不完全，导致局部的导电基底表面与电解质直接接触，电子与电解质中的氧化剂发生反应，从而造成光生电子的损失。另一方面，当光照射在染料敏化太阳能电池上，通过导电玻璃照进电池内部，照到对电极上透过导电玻璃射出去，导致一部分入射光没有被有效利用(即被染料吸收)，降低了光的有效利用率，不利于提高光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服现有技术缺陷、能够提高太阳能电池光电转换效率的染料敏化太阳能电池的复合电极及其制备方法。
为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的染料敏化太阳能电池的复合电极，其包括导电基片、形成于所述导电基片上的多孔状半导体电极层，以及吸附于所述半导体电极层上的半导体纳米颗粒膜层；其中，在所述半导体电极层的纳米孔结构表面涂覆半导体纳米颗粒的分散溶液，并通过烧结将所述半导体纳米颗粒与所述半导体电极层的纳米孔结构结合。
优选地，所述多孔状半导体电极层为TiO2纳米孔电极层，所述半导体纳米颗粒膜层为TiO2纳米晶颗粒膜层。
优选地，所述TiO2纳米晶颗粒膜层的厚度为50-500nm。
优选地，所述TiO2纳米孔电极层利用阳极氧化法在Ti薄膜上进行腐蚀氧化形成。
优选地，所述Ti薄膜由沉积或溅射方法沉积而成。
本发明实施例还提供了一种染料敏化太阳能电池复合电极的制备方法，其包括步骤：
在导电基片上制备Ti金属膜；
利用阳极氧化法在所述Ti金属膜上形成TiO2纳米孔结构；
在所述TiO2纳米孔结构表面涂覆TiO2纳米颗粒的分散溶液；
通过烧结将所述TiO2纳米颗粒与所述TiO2纳米孔结构结合。
本发明实施例还提供了一种染料敏化太阳能电池，包括正电极、与所述正电极相对设置的负电极、以及位于所述正电极和所述负电极之间的电解液，其中，所述正电极包括导电基片、形成于所述导电基片上的多孔状半导体电极层，以及吸附于所述半导体电极层上的半导体纳米颗粒膜层，其中所述半导体材料为TiO2。
优选地，所述负电极包括导电基片、以及形成于所述导电基片上的Pt薄膜。
优选地，所述导电基片包括但不限于导电玻璃或导电塑料。
上述技术方案具有如下优点：通过蒸发或溅射形成的Ti薄膜可以与透明导电波膜形成良好的界面接触，因此通过阳极氧化法制备的TiO2纳米孔结构后，在透明导电基底与纳米TiO2层形成了良好的界面接触，有效地避免了光电子在透明导电基底与纳米TiO2层界面的输运损失。整个工作电极是由TiO2纳米孔结构以及TiO2纳米颗粒组成的，它们之间的接触良好，利于电子更好地传输，从而可以提高光电转换效率。同时，TiO2纳米孔结构可以对入射光起到漫反射层的作用。当光入射进入电池结构中被漫反射，因此在电池中的传播时间更长，从而增大了光被染料吸收的概率，提高入射光的利用率。
附图说明
图1是本发明实施例的染料敏化太阳能电池的复合电极结构示意图；
图2是本发明实施例的染料敏化太阳能电池的复合电极在不同制备阶段的结构示意图；
图3是本发明实施例的染料敏化太阳能电池的结构示意图。
其中，1：导电基片；2a：Ti薄膜；2：TiO2薄膜；3：TiO2纳米孔结构；4：TiO2纳米晶颗粒膜层；5：电解液；6：Pt薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，依照本发明实施方式提供了一种染料敏化太阳能电池的复合电极，其包括导电基片1、形成于所述导电基片1上的Ti薄膜2a、形成于所述Ti薄膜2a上的TiO2纳米孔结构3、以及吸附于所述TiO2纳米孔结构3上的TiO2纳米晶颗粒膜层4。优选地，所述TiO2纳米晶颗粒膜层4的厚度为50-500nm。所述Ti薄膜2a由沉积或溅射方法形成，利用阳极氧化法在Ti薄膜2a上进行腐蚀氧化形成所述TiO2纳米孔结构3，在该TiO2纳米孔结构3上涂覆TiO2纳米晶颗粒形成所述TiO2纳米晶颗粒膜层4。所述导电基片1可以是导电玻璃或导电塑料或者其他透明的导电性材料。该实施例选择透明导电玻璃。
如图2(a)-(d)所示为本发明实施例的染料敏化太阳能电池的复合电极在不同制备阶段的结构示意图。首先在导电基片1上形成Ti薄膜2a，可以选择通过蒸发或者溅射来形成。透明导电基片1采用日本Nippon Sheet Glass公司的FTO导电玻璃。导电基片1先后经过在乙醇和丙酮中超声清洗，然后用N2气使之干燥。将其放入磁控溅射腔中，在Ar气气氛中进行，溅射Ti薄膜2a，溅射功率1000W，衬底温度为室温，溅射的沉积速率为10nm/min。最终在导电基片1的表面沉积了厚度为400nm的致密Ti薄膜2a，如图2(a)所示。
然后进行阳极氧化工艺制备TiO2纳米孔结构3。将溅射了Ti薄膜2a的导电基片1接直流恒压电源源正极，铂片接负极，放入腐蚀溶液中进行阳极氧化操作。腐蚀溶液为0.5wt％的HF溶液，正负电极间电压为20V，加电压时间为30min。保证溅射了Ti薄膜2a的导电基片1和铂片之间距离大约为2cm。实验结束取出溅射了Ti薄膜2a的导电基片1，迅速放入去离子水中清洗，并用N2气枪使之干燥。经过扫描电子显微镜观测，纳米孔径约100nm，深度约200nm，在纳米孔底与导电基片1之间留存约100nm厚的Ti薄膜2a，形成TiO2纳米孔结构3，如图2(b)所示。
接着制备TiO2浆料。本实施例中，将德国Degussa公司生产的TiO2P25颗粒0.2g放入10ml去离子水中，并将其置于0.1ml曲拉通X-100溶液中充分搅拌至溶液呈现半透明状态形成TiO2浆料。然后在TiO2纳米孔结构3上涂布TiO2纳米晶颗粒。将经过阳极氧化法腐蚀之后放入去离子水中的溅射了Ti薄膜2a的导电基片1从去离子水中取出，干燥后使用丝网印刷机丝印TiO2纳米颗粒，丝网印刷机的丝网为300目。将溅射了Ti薄膜2a的导电基片1放置于丝网印刷机的载台上，对准丝网上事先制好的可通过浆料的图形，盖上丝网，用刮刀沾TiO2浆料用力在丝网的图形上均匀刮涂TiO2浆料。TiO2纳米孔结构3上丝印了TiO2纳米颗粒分散溶液后如图2(c)所示。
丝网印刷操作后取下导电基片1，将导电基片1置于马弗炉中450℃下灼烧一个小时，控制升降温速度为1℃/min。灼烧后的结构如图2(d)所示，TiO2纳米颗粒吸附于TiO2纳米孔结构3上，并且纳米孔与导电基片之间的Ti薄膜2a也氧化为TiO2薄膜2。这样，染料敏化太阳能电池的复合电极的制备完成。
如图3所述为本发明实施例的染料敏化太阳能电池的结构示意图。所述染料敏化太阳能电池包括正电极、与所述正电极相对设置的负电极、以及位于所述正电极和所述负电极之间的电解液5。所述正电极采用以上述方法制备的复合电极，所述负电极包括导电基片1、以及形成于所述导电基片1上的Pt薄膜。所述Pt膜可以通过溅射或蒸镀形成于所述导电基片1上，或者通过旋涂H2PtCl6的溶液经过灼烧形成透明的Pt电极。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过蒸发或溅射形成的Ti薄膜可以与FTO导电玻璃形成良好的界面接触，因此通过阳极氧化法制备TiO2纳米孔结构后，在透明导电基底与纳米TiO2层形成了良好的界面接触，有效地避免了光电子在透明导电基底与纳米TiO2层界面的输运损失。整个工作电极是由TiO2纳米孔结构以及TiO2纳米颗粒组成的，它们之间的接触良好，利于电子更好地传输，从而可以提高光电转换效率。同时，TiO2纳米孔结构可以对入射光起到漫反射层的作用。当光入射进入电池结构中被漫反射，因此在电池中的传播时间更长，从而增大了光被染料吸收的概率，提高入射光的利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种染料敏化太阳能电池的复合电极，其特征在于，所述复合电极包括导电基片、形成于所述导电基片上的多孔状半导体电极层，以及吸附于所述半导体电极层上的半导体纳米颗粒膜层；其中，在所述半导体电极层的纳米孔结构表面涂覆半导体纳米颗粒的分散溶液，并通过烧结将所述半导体纳米颗粒与所述半导体电极层的纳米孔结构结合。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的复合电极，其特征在于，所述多孔状半导体电极层为TiO2纳米孔电极层，所述半导体纳米颗粒膜层为TiO2纳米晶颗粒膜层。
3.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池的复合电极，其特征在于，所述TiO2纳米晶颗粒膜层的厚度为50-500nm。
4.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池的复合电极，其特征在于，所述TiO2纳米孔电极层利用阳极氧化法在Ti薄膜上进行腐蚀氧化形成。
5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池的复合电极，其特征在于，所述Ti薄膜由沉积或溅射方法形成。
6.一种染料敏化太阳能电池复合电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：
在导电基片上制备Ti金属膜；
利用阳极氧化法在所述Ti金属膜上形成TiO2纳米孔结构；
在所述TiO2纳米孔结构表面涂覆TiO2纳米颗粒的分散溶液；
通过烧结将所述TiO2纳米颗粒与所述TiO2纳米孔结构结合。
7.一种染料敏化太阳能电池，包括正电极、与所述正电极相对设置的负电极、以及位于所述正电极和所述负电极之间的电解液，其特征在于，所述正电极为权利要求1-5任一项所述的复合电极。
8.如权利要求7所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述负电极包括导电玻璃基片、以及形成于所述导电玻璃基片上的Pt薄膜。
9.如权利要求7或8所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述导电基片包括导电玻璃或导电塑料。
CN 200910093999 2009-10-09 2009-10-09 太阳能电池的复合电极及其制备方法 Expired - Fee Related CN101692411B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910093999 CN101692411B (zh) 2009-10-09 2009-10-09 太阳能电池的复合电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910093999 CN101692411B (zh) 2009-10-09 2009-10-09 太阳能电池的复合电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101692411A CN101692411A (zh) 2010-04-07
CN101692411B true CN101692411B (zh) 2011-09-14

Family

ID=42081091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200910093999 Expired - Fee Related CN101692411B (zh) 2009-10-09 2009-10-09 太阳能电池的复合电极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101692411B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2805796A1 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Nano-optic refractive optics
CN102254698A (zh) * 2011-05-09 2011-11-23 北京大学 一种染料敏化太阳能电池的复合电极、制备方法及其用途
US20140251418A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-11 Tsmc Solar Ltd. Transparent conductive oxide layer with high-transmittance structures and methods of making the same
CN112054070A (zh) * 2020-07-27 2020-12-08 隆基绿能科技股份有限公司 一种硅异质结太阳能电池及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101692411A (zh) 2010-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104134711B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN101794670B (zh) 一种具有光学梯度的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
CN102347143B (zh) 一种石墨烯复合多孔对电极、制备方法及其应用
CN104201287B (zh) 一种钙钛矿基柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN105762168B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池与超级电容器集成件及其制备方法
CN104711528A (zh) 一种片状三氧化钨光电极及其制备方法
CN101697319B (zh) 染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN104518091A (zh) 有机-无机钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN107482124A (zh) 一种蒸气辅助制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN102157273B (zh) 一种染料敏化太阳能电池复合光阳极
CN101692411B (zh) 太阳能电池的复合电极及其制备方法
CN103117173B (zh) 可双面进光的量子点敏化太阳能电池及其制备方法
CN101866753B (zh) 染料敏化太阳能电池光阳极表面的处理方法
CN101419867B (zh) 一种染料敏化太阳能电池的纳米复合电极的制备方法
CN101728092B (zh) 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
CN104021942A (zh) 一种提高氧化锌基染料敏化太阳能电池光电性能的方法
CN103515536B (zh) 一种反型有机太阳能电池的简易制备方法
CN101504886A (zh) 一种染料敏化电池结构中的纳米复合电极及其制备方法
CN108281550A (zh) 基于镁掺杂二氧化钛的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109119540A (zh) 在F掺杂SnO2透明导电薄膜基体上原位制备SnO2电子传输层的方法
CN102881455B (zh) 基于二氧化钛纳米管的透明电极制备方法
CN107464881A (zh) 一种面向光解水制氢的集成器件及其制作方法
CN1203212C (zh) 在室温下制备二氧化钛薄膜的方法
CN104916714B (zh) 以La‑TiO2为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法
CN101719419B (zh) 染料敏化电池结构中的背电极及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110914

Termination date: 20141009

EXPY Termination of patent right or utility model