[发明专利]一种光阳极及其柔性太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于柔性太阳能电池领域，尤其涉及一种光阳极和使用该光阳 极的柔性太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极和电解质三部分，其中光阳 极指在透明的导电基底材料(例如导电玻璃)上刮涂或沉积上一层宽禁带 的半导体纳米颗粒多孔层，染料分子或量子点吸附在纳米颗粒的表面，组 成光阳极，用来吸收太阳光并产生光生载流子。染料敏化太阳能电池的 工作原理为：染料分子或半导体量子点吸收太阳光而产生光生电子，电子 从染料分子注入到宽禁带半导体中，再传输到导电层。染料分子通过I^-离 子被还原。被氧化的I^-成为I单质与I^-结合成I₃^-，I₃^-在对电极的表面得电 子转化为I^-而完成整个电池工作的一个循环。

通常可以采用柔性的导电衬底代替导电玻璃制成柔性染料敏化太阳 能电池。一般的柔性导电衬底是在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上镀一 层透明半导体导电层，如掺锡的氧化铟(ITO)。然而，这种柔性透明导电 的衬底成本高，并且相对于金属，ITO电阻率较高，不利于提高电池的光 电转换效率。而且PET只能承受低于200℃的温度，而TiO₂纳米颗粒多孔 层通常需要在高于此温度进行高温烧结。所以使用PET等高分子聚合物作 为柔性光阳极的基底限制了太阳能电池转换效率的提高。

为解决上述问题，人们在金属丝或金属网上涂覆或沉积半导体纳米颗 粒多孔层做光阳极用于柔性太阳能电池。但是由于采用涂覆或沉积技术， 半导体多孔层和金属界面往往接触不好，导致接触电阻很大。另外，涂覆 或沉积的纳米颗粒之间会有许多的界面，界面电阻的影响往往阻碍电子的 传输，而且电子在纳米颗粒之间的传输路径长，容易发生复合，从而也大 大限制了电子的传输。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术中接触电阻大、界面多的 缺陷，提供一种光阳极及其柔性太阳能电池。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的第一个方面，提供一种用于柔性太阳能电池的光阳极， 包括金属丝和其上的半导体纳米材料，其中，所述半导体纳米材料为在金 属丝上直接生长的该金属氧化物的纳米管。

在上述技术方案中，所述金属丝为钛丝，所述半导体纳米材料为TiO₂纳米管。优选地，所述TiO₂纳米管的长度为5μm～60μm。所述钛丝的直径 为0.1mm～1mm。

在上述技术方案中，还包括作为敏化层的染料或窄禁带半导体量子 点，其中所述染料为含钌的有机配合物染料或含有三苯胺推电子基团和腈 基乙酸拉电子基团的有机染料，所述窄禁带半导体量子点为CdS量子点、 PbS量子点、CdSe量子点或CdTe量子点中的一种或多种。

根据本发明的第二个方面，提供一种包括上述一种光阳极的柔性太阳 能电池。

在上述技术方案中，还包括电解质，所述电解质为含有I^-/I₃^-氧化还 原电对，或S^2-/S₂^2-氧化还原电对，或Co的配合物的液体电解质、离子液 体电解质、凝胶电解质、或聚合物电解质，或空穴传输材料，或p型半导 体材料。

在上述技术方案中，还包括对电极，所述对电极可以为具有催化活性 的金属丝或金属片、碳材料、或有机高分子导电聚合物中的一种或两种。

根据本发明的第三个方面，提供一种制备上述一种光阳极的方法，该 方法包括以下步骤：

步骤1)：取钛丝进行阳极氧化，得到表面生长有TiO₂纳米管的钛丝；

步骤2)：将步骤2)得到的钛丝进行超声和退火处理；

步骤3)：待冷却后，放入TiCl₄水溶液中，在50℃-85℃下放置30分 钟到90分钟，然后在400℃-550℃下煅烧30分钟到90分钟，待温度降低 后放入染料溶液中浸泡12小时以上或在其上生长窄禁带半导体量子点。

在上述技术方案中，所述步骤1)中还包括：