CN102592838A - 染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极 - Google Patents

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李博洋
杨飞
王旭
王漪
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Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极，涉及染料敏化太阳能电池技术领域，所述电极包括导电基底，还包括在所述导电基底的上表面从下至上依次设置的第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层中的纳米颗粒直径依次逐渐增大。本发明通过所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层中的纳米颗粒直径依次逐渐增大的梯度结构设计，增强了太阳光的散射作用，从而提高了纳米半导体薄膜电极对太阳光的利用率，以增大DSSC的光电转换效率。

Description

染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，特别涉及一种染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极。
背景技术
染料敏化太阳能电池(DSSC)是1991年由瑞士洛桑高等工业学校M.Graetzel教授领导的研究小组利用大自然光合作用原理，发明的第三代太阳能电池技术。该技术采用了和硅电池完全不同的结构和光电转化原理，其原料成本和制备工艺成本大大下降，仅为硅电池的十分之一或更低；而且该技术采用的制作工艺相对简单、能耗低、污染小，对环境友好；此外，染料敏化电池还有其他方面的优势，如对光照条件要求不高，即便在阳光不太充足的室内也可使用；如果用塑料、金属板等柔性基板替代玻璃，即制成可弯曲的柔性电池；将它做成显示器，则可一边发电，一边发光，实现能源自给自足。以上这些特点使得染料敏化太阳电池表现出强大的商业应用价值和潜在的竞争力，成为太阳电池技术领域研究的热点之一。
DSSC的结构主要由导电玻璃(玻璃基底和透明导电膜)、纳米半导体薄膜电极、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极等几部分组成。染料敏化太阳能电池的纳米电极是用纳米颗粒烧结在一起形成的，因而具有极大的比表面积，有助于吸附更多有效吸附的染料，从而提高电池的效率。然而纳米晶粒的间界处由于颗粒形状以及晶格结构的不同往往存在着大量的位错和缺陷，降低了光生电子在电极之中的迁移率，而大大增加光生电子与空穴复合的几率；无序的纳米颗粒结构使得电子从激发到收集至导电基底的路径加长，也增大了光生电子与空穴符合的几率，造成光生电子的损失；有一部分导电基底表面与电解质直接接触，使得电子与电解质中的氧化剂发生反应，也造成了光生电子的损失。
纳米半导体薄膜电极是光电转换的重要基础，是DSSC的核心之一。科学家们研究了多种方法改善纳米半导体薄膜电极的材料特性，以提高DSSC的转换效率。研究提出了通过改变纳米半导体薄膜电极的材料(如ZnO、SnO2、Nb2O5等)，改变纳米形貌结构(如纳米棒、纳米管及阵列等)，对纳米半导体薄膜电极进行了各种修饰、改性等方法来提高DSSC的光电转换效率，而现有技术中未能充分提高纳米半导体薄膜电极对太阳光的利用率，从而增大DSSC的光电转换效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提高纳米半导体薄膜电极对太阳光的利用率，以增大DSSC的光电转换效率。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极，所述电极包括导电基底，还包括在所述导电基底的上表面从下至上依次设置的第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层中的纳米颗粒直径依次逐渐增大。
优选地，所述第一层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为5nm～15nm。
优选地，所述第一层纳米薄膜层的厚度取值范围为1～2μm。
优选地，所述第二层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为20nm～60nm。
优选地，所述第二层纳米薄膜层的厚度取值范围为3～6μm。
优选地，所述第三层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为150nm～240nm。
优选地，所述第三层纳米薄膜层的厚度取值范围为2～3μm。
优选地，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层的材料均为TiO2。
优选地，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层分别采用溶胶-凝胶旋涂法或丝网印刷法制备。
优选地，所述导电基底为导电玻璃。
(三)有益效果
本发明通过所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层中的纳米颗粒直径依次逐渐增大的梯度结构设计，增强了太阳光的散射作用，从而提高了纳米半导体薄膜电极对太阳光的利用率以增大DSSC的光电转换效率。附图说明
图1是按照本发明一种实施方式的染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极的结构示意图。
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。
图1是按照本发明一种实施方式的染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极的结构示意图；参照图1，所述电极包括导电基底，还包括在所述导电基底的上表面从下至上依次设置的第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层中的纳米颗粒直径依次逐渐增大。
优选地，所述第一层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为5nm～15nm。
优选地，所述第一层纳米薄膜层的厚度取值范围为1～2μm。
本发明中引入的颗粒直径较小的第一纳米薄膜层起到了增强染料吸附的作用，进一步提高了DSSC的光电转换效率。
优选地，所述第二层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为20nm～60nm。
优选地，所述第二层纳米薄膜层的厚度取值范围为3～6μm。
优选地，所述第三层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为150nm～240nm。
优选地，所述第三层纳米薄膜层的厚度取值范围为2～3μm。
优选地，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层的材料均为TiO2。
优选地，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层分别采用溶胶-凝胶旋涂法或丝网印刷法制备。
优选地，所述导电基底为导电玻璃。
本实施方式的电极的制备方法，包括以下步骤：利用溶胶-凝胶旋涂法或者丝网印刷法在透明导电基底上制备第一纳米薄膜层；然后在第一纳米薄膜层上利用溶胶-凝胶旋涂法或者丝网印刷法制备第二纳米薄膜层；最后在第二纳米薄膜层上利用溶胶-凝胶旋涂法或者丝网印刷法制备第三纳米薄膜层，得到染料敏化电池的半导体叠层纳米电极结构。
利用溶胶-凝胶旋涂法制备纳米颗粒尺寸大小不同的TiO2纳米粉末，进而制备成TiO2纳米胶体；也可以采用丝网印刷法进行制备，在采用丝网印刷法时，采用商业上购买的不同纳米颗粒尺寸的TiO2胶体，用于利用丝网印刷法制备TiO2纳米薄膜层，然后将获得的TiO2纳米薄膜层进行分布退火处理，首先在80℃～100℃之间进行退火，时间为10分钟～40分钟，然后升温到400℃～600℃进行退火，退火时间为30分钟～60分钟。
利用溶胶-凝胶旋涂法制备TiO2纳米薄膜层时，旋涂速度控制在2000转/秒～3000转/秒之间，时间为60秒～120秒，以保证TiO2纳米薄膜层旋涂均匀。接下来进行分步退火处理，即在70℃～90℃时需要保持10分钟～40分钟，然后升温到200℃～300℃，保持20分钟～40分钟，进一步升温到400℃～600℃，保持30分钟～60分钟。
实施例1
下面以丝网印刷法为例，来说明本实施方式的电极的具体制备方式。
导电基底采用日本Nippon Sheet Glass公司的FTO(掺F的氧化锡)导电玻璃。导电玻璃经过超声水浴清洗后用作透明导电衬底。TiO2纳米胶体采用德国Degussa公司生产的纳米尺寸为13nm、20nm和200nm的TiO2胶体。利用丝网印刷法在所述导电玻璃的上表面上制备13nm尺寸的TiOx，在95℃下退火20分钟，然后在500℃下退火60分钟，重复上述步骤可增加薄膜厚度，形成薄膜厚度为2μm的第一纳米薄膜层。利用丝网印刷法在第一纳米薄膜层上制备20nm尺寸的TiO2，在95℃下退火20分钟，然后在500℃下退火60分钟，形成薄膜厚度为4μm的第二纳米薄膜层。利用丝网印刷法在第二层纳米薄膜上制备200nm尺寸的TiO2，在95℃下退火20分钟，然后在500℃下退火60分钟，形成薄膜厚度为2μm的第三纳米薄膜层。
通过扫描电子显微镜对TiO2电极截面的观测，制备获得纳米颗粒分布较为均匀，几乎不存在颗粒团聚现象，则将上面制备的电极组装成染料敏化太阳能电池，其中染料采用N719，电解液为含有I3-/I-离子对电解液，对电极为Pt电极。测试性能发现，在相同厚度纳米薄膜下，采用纳米颗粒尺寸依次增大的梯度结构的三层纳米薄膜结构电极可以将染料敏化太阳能电池效率提高7～10％。
本实施例中提供了采用商用的TiO2胶体，也可以采用溶胶凝胶法制备不同颗粒尺寸的TiO2胶体。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种染料敏化太阳能电池的叠层纳米半导体薄膜电极，其特征在于，所述电极包括导电基底，还包括在所述导电基底的上表面从下至上依次设置的第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层中的纳米颗粒直径依次逐渐增大。
2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述第一层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为5nm～15nm。
3.如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述第一层纳米薄膜层的厚度取值范围为1～2μm。
4.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述第二层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为20nm～60nm。
5.如权利要求4所述的电极，其特征在于，所述第二层纳米薄膜层的厚度取值范围为3～6μm。
6.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述第三层纳米薄膜层中的纳米颗粒直径取值范围为150nm～240nm。
7.如权利要求6所述的电极，其特征在于，所述第三层纳米薄膜层的厚度取值范围为2～3μm。
8.如权利要求1～7中任一项所述的电极，其特征在于，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层的材料均为TiO2。
9.如权利要求1～7中任一项所述的电极，其特征在于，所述第一纳米薄膜层、第二纳米薄膜层、以及第三纳米薄膜层分别采用溶胶-凝胶旋涂法或丝网印刷法制备。
10.如权利要求1～7中任一项所述的电极，其特征在于，所述导电基底为导电玻璃。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI481047B (zh) * 2012-08-31 2015-04-11 Univ Ishou 染料敏化太陽能電池、其光電極及光電極製作方法
CN106981368A (zh) * 2017-05-31 2017-07-25 深圳众厉电力科技有限公司 一种包含石墨烯基于双散射结构的太阳能电池光阳极
CN110660588A (zh) * 2019-09-30 2020-01-07 中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司(国营第四三二六厂) 电极及电极制造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201205925A (en) * 2010-07-30 2012-02-01 Ind Tech Res Inst Multilayer nanostructured titanium oxide photoelectrode and manufacturing method thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201205925A (en) * 2010-07-30 2012-02-01 Ind Tech Res Inst Multilayer nanostructured titanium oxide photoelectrode and manufacturing method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI481047B (zh) * 2012-08-31 2015-04-11 Univ Ishou 染料敏化太陽能電池、其光電極及光電極製作方法
CN106981368A (zh) * 2017-05-31 2017-07-25 深圳众厉电力科技有限公司 一种包含石墨烯基于双散射结构的太阳能电池光阳极
CN110660588A (zh) * 2019-09-30 2020-01-07 中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司(国营第四三二六厂) 电极及电极制造方法
CN110660588B (zh) * 2019-09-30 2022-03-01 中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司(国营第四三二六厂) 电极及电极制造方法

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