CN104934226A - 基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池及其阳极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池及其阳极，所述阳极包括铁电单晶基底，制作在铁电单晶基底上的导电层，以及制作在导电层上的光电极薄膜。所述敏化太阳能电池采用上述的阳极。敏化太阳能电池及其阳极采用铁电单晶作为基底，结构简单，成本低廉，通过铁电单晶基底的自发极化在敏化太阳能电池中引入一个有效电场，可有效分离光生电子-空穴对形成稳态光电流，降低界面电荷复合效应，提高敏化太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及敏化太阳能电池领域，特别是涉及一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池及其阳极。
背景技术
近年来，染料敏化太阳能电池已经成为光电化学领域最引人瞩目的研究热点之一，并且已经取得了很好的研究成果。但是，目前染料敏化太阳能电池的光电转换效率仍然很低(12.3％)，已成为该技术实用化的一个难点，其中的一个主要因素在于：光生电子-空穴的分离和传输驱动力不足，导致界面电荷复合效应显著。
针对界面电荷复合效应，目前国内外提出的改良方法主要包括两种，分别是半导体纳米晶表面钝化和光阳极材料有序阵列。半导体纳米晶表面钝化通常是在半导体纳米晶薄膜表面镀覆一层更宽带隙的金属氧化物薄膜，从而降低注入电子至电子受主反向迁移速率来抑制电荷复合。但在高效率电池中，绝缘的金属氧化物薄膜层会影响电子注入到光阳极导带，造成光电流的减小。而纳米阵列电极材料具有有序结构且垂直电极表面，在程度上减少了电荷在电极材料中的传输路径，降低界面复合效应；但该方法工艺相对复杂且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池及其阳极，采用铁电单晶作为基底，结构简单，成本低廉，通过铁电单晶基底的自发极化在敏化太阳能电池中引入一个有效电场，可有效分离光生电子-空穴对形成稳态光电流，降低界面电荷复合效应，提高敏化太阳能电池的光电转换效率。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极，包括铁电单晶基底，制作在铁电单晶基底上的导电层，以及制作在导电层上的光电极薄膜。
优选地，所述铁电单晶基底的材料采用铌酸锂单晶。
优选地，所述导电层的材料采用氧化铟锡。
优选地，所述光电极薄膜采用吸附有光敏化染料的二氧化钛薄膜。
一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池，敏化太阳能电池采用上述的阳极。
优选地，敏化太阳能电池还包括阴极、电解液，敏化太阳能电池的阴极采用铂，敏化太阳能电池的阳极、阴极均插入电解液中。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
铁电单晶基底的纳米级畴壁能够自发形成高出p-n结一个数量级的内建电场，可有效分离光生电子-空穴对形成稳态光电流，因此，在光阳极材料中引入低成本的铁电单晶基底，利用其自发极化在敏化太阳能电池中引入一个有效电场，不但能够解决在高效率电池中绝缘金属氧化物薄膜存在的光电流较小问题，而且该方法工艺简单，成本低廉。本发明提供了敏化太阳能电池中电子-空穴的分离及其传输动力不足而引起的界面电荷复合效应显著等问题的应对方案，从而也为利用铁电材料来设计、制备更为高效的太阳能电池提供了可能；该技术方法工艺简单，成本低廉，有利于大规模推广应用。
本发明对比已有技术具有以下创新点：
1.首次将铁电单晶材料应用于敏化太阳能电池；
2.利用铁电单晶基底自发极化在敏化太阳能电池中引入有效电场来改善敏化太阳能电池中电子-空穴分离及其传输动力不足而引起的界面电荷复合显著的问题，不需要外加电场或对光电极材料进行复杂的加工设计，生产工艺简单；
3.铁电单晶材料性质稳定，适宜应用于光伏器件。
附图说明
图1为基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极的结构示意图；
图2为基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明实施例的测试结果示意图。
附图标记
附图中，1为铁电单晶基底，2为导电层，3为光电极薄膜。
具体实施方式
参见图1，为一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极，包括铁电单晶基底(FE)1，铁电单晶基底1的材料可以采用各种铁电材料制作，本实施例中，所述铁电单晶基底1的材料采用铌酸锂单晶。还包括制作在铁电单晶基底1上的导电层2，本实施例中，所述导电层2的材料采用氧化铟锡(ITO)。还包括制作在导电层上的光电极薄膜3。本实施例中，所述光电极薄膜3采用吸附有光敏化染料(Dye)的二氧化钛薄膜(TiO2)。
如附图2所示，一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池，铁电单晶基底、导电层、光电极薄膜三者组成的叠层结构作为敏化太阳能电池的阳极，敏化太阳能电池还包括阴极、电解液(Electrolyte)，敏化太阳能电池的阴极(Cathode)采用铂Pt，敏化太阳能电池的阳极、阴极均插入电解液中。
如附图3所示，利用敏化太阳能电池的作对电极组成的回路进行光电性能测试，对比采用玻璃基底的敏化太阳能电池(其它条件均相同)的光电性能有明显提高，由此可见，铁电单晶基底自发极化在敏化太阳能电池中引入电场能够改善染料敏化太阳能电池电子-空穴的分离及其传输动力不足的问题，提高敏化太阳能电池的光电转换效率。
本发明不仅仅局限于上述实施例，光电极薄膜3还可以镀覆一层更宽带隙的绝缘金属氧化物薄膜，解决在高效率电池中绝缘金属氧化物薄膜存在的光电流较小问题。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极，其特征在于：包括铁电单晶基底，制作在铁电单晶基底上的导电层，以及制作在导电层上的光电极薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极，其特征在于：所述铁电单晶基底的材料采用铌酸锂单晶。
3.根据权利要求1所述的基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极，其特征在于：所述导电层的材料采用氧化铟锡。
4.根据权利要求1所述的基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池的阳极，其特征在于：所述光电极薄膜采用吸附有光敏化染料的二氧化钛薄膜。
5.一种基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池，其特征在于：敏化太阳能电池采用权利要求1至4任一所述的阳极。
6.根据权利要求5所述的基于铁电单晶基底的敏化太阳能电池，其特征在于：敏化太阳能电池还包括阴极、电解液，敏化太阳能电池的阴极采用铂，敏化太阳能电池的阳极、阴极均插入电解液中。
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