[发明专利]高比表面积网状光阳极集成的高效吸光的染料敏化太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光电利用领域，具体涉及一种太阳电池。

背景技术

染料敏化太阳电池由于其简单的制作工艺和极其低廉的成本而成为科学研究的热点。目前染料敏化太阳电池短期内不能产业化的其中一个原因是效率还较低，在薄膜太阳电池中，还无法与发展成熟的非晶硅和CIGS等太阳电池竞争，进一步提高效率是其能否产业化的关键。

传统的染料敏化太阳电池采用以导电玻璃为衬底的三明治式结构，见附图1。在一面透明导电玻璃1(TCO)上镀一层起电荷分离作用的多孔纳米晶氧化物薄膜(通常是TiO₂)，热处理后吸附上单层染料2构成光阳极，对电极由镀有催化剂铂的透明导电玻璃3构成，中间充有具有氧化还原作用的电解液(如含I^-/I₃^-的有机溶剂)，并由密封剂封装。

传统染料敏化太阳电池采用的三明治结构要求光阳极衬底必须具有透光性，所以透明导电玻璃是传统染料敏化太阳电池衬底的最佳选择。其在电池中主要起到收集电子的作用，同时也是电池的透明支撑结构。而平板导电玻璃为衬底，只能在其上实现制备单层平面光阳极，造成电池吸光面积有限，一般TCO导电玻璃面电阻在8-100Ω/cm²/密耳(1密耳＝25μm)范围内，由于导电玻璃的面电阻太大，造成收集电子困难，限制其效率提高，且电池面积越大，电阻越大，使这种电池很难大面积制备，一般在宽度不大于1cm时才不会明显影响其效率。也给组件的串、并联的设计和性能也受到TCO层电阻的影响，是目前效率还较低的染料敏化太阳电池走向产业化的一个瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种高比表面积网状光阳极集成的高效吸光的染料敏化太阳电池，该太阳电池可以高效收集电子及吸附更多的染料进一步增加光阳极的光吸收，解决导电玻璃衬底电阻大限制电池效率的提高和大面积制备及组件串、并联的问题，进一步提高电池的效率。

本发明提供的一种高比表面积网状光阳极集成的高效吸光的染料敏化太阳电池由三层结构组成，其中第一层是作为封装盖板用的超白玻璃，第二层是作为光阳极的高比表面积镀膜金属网，所述的高比表面积镀膜金属网是由耐电解液腐蚀的金属网或导电纤维网通过镀膜工艺镀上起电荷分离作用的宽带隙纳米晶半导体氧化物薄膜，在经过热处理后吸附敏化染料而制得，第三层是作为对电极的镀膜金属片，超白玻璃和镀膜金属片之间予以封装形成密闭空间，密闭空间的内部充有具有氧化还原作用的电解液。

上述技术方案中，所述的金属网为钛、镍、金、钨、铂、钽或铌金属网；所述的镀膜工艺为提拉成膜法或丝网印刷工艺；所述的宽带隙纳米晶半导体氧化物薄膜为宽带隙纳米晶TiO₂或SnO₂半导体薄膜；所述的具有氧化还原作用的电解液为含I^-和I₂的电解液；所述的作为对电极的镀膜金属片为镀有铂、镍或碳薄膜的金属片；所述的超白玻璃和镀膜金属片之间采用密封胶予以封装。

太阳电池里的欧姆电阻分为两类：并联电阻Rsh和串联电阻Rs。并联电阻主要来源于电池边缘漏电，另外杂质和发射区扩散时产生的缺陷引起的p-n结漏电，也会使并联电阻减小。串联电阻包括电极电阻、半导体材料的体电阻、电极和半导体之间的接触电阻，且串联电阻是高阻值，是影响太阳电池内阻的主要因素。传统染料敏化太阳电池用的TCO导电玻璃面电阻在8-100Ω/cm²/密耳之间，本发明用导电率好的金属网和金属片代替高阻值的导电玻璃作为衬底将减小太阳电池的内阻。

本发明的工作原理是：镀膜金属网在充当光阳极衬底的同时，也充当高效收集电子的栅指，网状光阳极的微小空隙可以作为电解液中离子的传输通道，当光线照射到网状光阳极上的敏化染料后，产生光生电子-空穴对，电子和空穴通过宽带隙纳米晶TiO₂或SnO₂半导体薄膜分离，I^-离子被空穴氧化为I₃^-离子，电子经镀膜金属网传导后进入负载，再通过镀膜金属片对电极回到电解液中，又将电解液中的I₃^-离子还原为I^-离子，完成一个循环。使用时，将导电率好的导线(如铜等)分别与本发明太阳电池的正、负电极焊接或以导电胶或导电浆料粘接后引出，接入负载，即可在光照下工作。

与传统的平面三明治式染料敏化太阳电池相比，本发明高比表面积网状光阳极集成的高效吸光的染料敏化太阳电池具有以下优点：