[发明专利]染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种太阳能电池，更具体地说，涉及一种染料敏化太阳能电池。

背景技术

太阳能电池自1954年被发明以来，得到了迅猛发展，并且由于能源日益紧张和环保理念而备受重视。单晶硅、多晶硅以及非晶硅薄膜太阳电池等虽然均已实现产业化，但由于其技术成本过高，目前人们依旧无法大规模采用太阳能硅电池来利用太阳能以取代常规的化石能源。

近年来发展的以多孔纳米晶体为特征的染料敏化太阳能电池由于其简单的制作工艺和相对廉价的成本而成为当前科学研究的热点。图1是现有技术中染料敏化太阳能电池的结构示意图。如图1所示，现有技术中染料敏化太阳能电池为平面三明治结构，以导电玻璃11为衬底，包括三层结构：第一层是在透明导电玻璃12(Tansparent conductive oxide，TCO)上镀有经热处理过的宽带隙多孔纳米晶体氧化物薄膜13(如TiO₂)，在纳米晶体氧化物薄膜13的表面再吸附上起电荷分离作用的敏化染料14构成光阳极；第二层是充有具有氧化还原作用(如I^-和I₂)的电解液15，第三层是镀有催化活性层16(如铂、镍、碳)的透明导电玻璃17构成对电极。当太阳光18照射电池上时，由LiI和I₂组成的电解液15中的I^-和在不同电极处发生氧化或还原反应，将光能最终转换成电能，带动负载R进行工作。但是，目前染料敏化太阳能电池的主要缺点是效率较低，同时由于采用平面三明治结构，液态电解质的密封较为困难，电池的稳定性需要进一步提高。此外，与传统硅太阳能电池类似，平面结构的太阳能电池占地面积较大，对太阳光的入射角度敏感，而一天中太阳光的入射角度却在不断变化，这样就给平面太阳能电池有效利用各个角度的太阳光带来了困难，电池输出受到影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种效率高、稳定性好的染料敏化太阳能电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种染料敏化太阳能电池，包括半球壳状透明导电外壳、半导体膜和对电极，所述半球壳状透明导电外壳为内壁导电的半球壳状透明导电外壳，该透明导电外壳优选为由透明导电玻璃制成的内壁可以导电的半球壳状透明玻璃；

所述半导体膜形成于所述半球壳状透明导电外壳内壁，为染料敏化的多孔纳米晶体半导体氧化物膜；

所述对电极为半球状或半球壳状结构；

所述对电极与所述半导体膜之间填充有电解液。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述对电极包括半球状或半球壳状对电极衬底和镀在所述对电极衬底表面的催化活性层。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述对电极衬底为金属半球、金属半球壳、镀有导电薄膜的玻璃半球或镀有导电薄膜的玻璃半球壳。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述金属半球或金属半球壳由钛、镍、金、钨、铂、钼或锰制成。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述催化活性层为铂层、碳层或镍层。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述催化活性层的厚度为80～120nm。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述多孔纳米晶体半导体氧化物膜为多孔纳米晶体TiO₂或SnO₂膜。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述半导体膜的厚度为25～45μm。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述染料为钌有机染料。

在本发明所述的染料敏化太阳能电池中，所述电解液为含有I^-和I₂的电解液。

本发明中染料敏化的半导体膜作为阳极使用，半球壳状透明导电外壳的导电内壁作为电池的负极，半球状或半球壳状的对电极衬底作为正极，在正负极之间用耐腐蚀绝缘物体将二者隔开，从而避免电池内部正负极直接接触导致短路。在使用时，从电池的正负极分别引出导线，如将导电率好的导线(如铜导线等)分别与本发明的染料敏化太阳能电池的正负极焊接或者以导电胶粘结后引出，然后接入负载，即可在光照下工作。

采用本发明的染料敏化太阳能电池，具有以下有益效果：

1.本发明的染料敏化太阳能电池采用了立体的半球状结构，增大了单位体积的电池接受太阳光的表面积，从而达到了节约太阳能电池的占地面积问题。在自然条件下，本发明的电池结构具有全方位接受太阳光的能力，即被动式追踪太阳的性能，其输出功率受太阳所处位置的影响小，应用更加高效便利。