[发明专利]分层吸附协同敏化的宽光谱染料敏化太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池尤其是染料敏化太阳电池技术领域，具体涉及一种分层吸附协同敏化的宽光谱染料敏化太阳电池。

背景技术

太阳电池能够直接将太阳能转化成电能，是太阳能的主要利用形式之一。自1991年等在Nature上报道了染料敏化纳米晶太阳电池(dye-sensitized solar cell，DSC)的太阳能转化效率＞7％以来，DSC便受到了广泛的关注。与硅太阳电池、化合物半导体电池等其他种类相比而言，染料敏化太阳电池具有低成本等突出优势。

染料敏化太阳电池主要由光阳极、阴极、电解质以及封装部件组成。在透明导电玻璃基底(或透明导电柔性基底、导线、筛网等基底)上沉积的多孔TiO₂(或ZnO、SnO₂、SrTiO₃、Nb₂O₅、CeO₂等材料)膜吸附染料后构成光阳极。在电池的光电转换机理中，染料吸收光子激发出光电子并注入到TiO₂导带中，随后经由阳极导出到达外电路。因此，染料的光吸收和光电转换效果是电池实现光电转换输出的根源，提高染料的光吸收和光电转换效果是提高电池性能的根本。

所以，对于拓宽染料吸收光谱范围的研究一直是该技术领域的基础性重要课题，然而通过分子设计提高单一染料的光响应特性长期以来没有得到跨越发展。自从1993年报道了10.5％的效率以来，2001年达到了11.04％的效率，最近达到了11.3％的新高。此外，从分子设计角度而言，随着光谱响应向长波长的拓宽，电池开路电压下降的现象难以避免，因此，尽管输出电流得到提高，但电压降低的现象会限制输出效率的有效提高。

与上述思路相比，采用多种染料共同吸附在阳极内提高光响应是一条捷径。然而，若采用染料混合吸附的方式，由于染料之间会产生相互抑制的效果，使得共同敏化后的效率提高经常受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用染料分层吸附的方式可实现多种染料协同敏化，以达到提高电池效率和降低电池成本目的的染分层吸附协同敏化的宽光谱染料敏化太阳电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：由光阳极、阴极、电解质以及封装部件构成，其特征在于：光阳极内部两个或两个以上的纳晶多孔半导体薄膜分层吸附有光吸收光谱范围互补的染料。

本发明的光阳极薄膜的构成材料为TiO₂、ZnO、SnO₂、SrTiO₃、Nb₂O₅、CeO₂或含有上述至少之一的复合物；光阳极多孔纳晶薄膜由颗粒状、针状、棒状、管状或上述两种或两种以上的构成单元构成；光阳极内依次分层吸附不同的染料，其光吸收光谱波长范围具有依次从太阳光谱的短波段逐段增加的吸收光谱互补特征。

得到以上染料敏化太阳电池的制备过程如下：首先在导电基底表面制备一层厚度为0.1～15μm的纳晶多孔半导体薄膜，然后吸附第一种染料或再经表面绝缘处理；在其表面继续制备一层一层厚度为0.1～15μm的纳晶多孔半导体薄膜，然后吸附第二种染料或再经表面绝缘处理；依次类推，直到制备得到所需的结构层数的光阳极为止，然后再将光阳极、阴极、电解质及封装部件封装得到太阳电池。

其中，所述的光吸收光谱范围互补是指染料中的一种仅在一定的范围内具有较好光电特性，而不同染料具有较好光电特性的的范围互相不完全相同，每种染料具有较好光电特性的光谱范围叠加起来后会覆盖更宽的范围。图1以三种染料为例进一步说明了这种互补特征，由图可以发现，A、B、C三种染料均在一定范围内具有较好的光电特性，此时A、B两种染料具有较好的光电特性的光谱范围或多或少地有所交叉，这样，三种染料具有较好光电特性的光谱范围的叠加就覆盖了比其中任何一种染料更宽的范围，从而实现了更宽范围的光吸收。若A、B两种染料没有交叉，那么三种染料的叠加还会在A、B未交叉的区域留有光电特性不好的少量区域，然而，三种染料配合使用仍然能够实现更宽范围的光响应。

附图说明

图1是具有光吸收光谱范围互补特征的多种染料的光响应图；

图2是内部分层吸附两种染料的光阳极的制备过程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

以下是发明人给出的实施例，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：