[发明专利]一种染料敏化太阳能电池复合光阳极

说明书

技术领域

本发明属于功能材料及器件技术领域，涉及染料敏化太阳能电池，尤其涉及染料敏化太阳能电池光阳极结构及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池的结构通常是一种由吸附了敏化染料的TiO₂光阳极、电解质和对电极组成的三明治结构，英文简称为DSSC。由于DSSC的制作工艺简单、成本低廉、以及对环境友好等特点使其成为替代传统无机太阳能电池的很有潜力的候选者。自从1991年瑞士洛桑高工的Gratzel将DSSC的光电转换效率做到7.1％以来，各国科学家纷纷投入大量的精力研究DSSC各种可喜的成果也不断涌现；科学家一度将DSSC的光电转换效率做到了11％以上。

在DSSC中，各部分的性能都会对电池的光电转换效率有重要影响，其中TiO₂光阳极的结构和性能是对DSSC光电转换效率产生较大影响的关键因素。

目前对DSSC的TiO₂光阳极的改性主要集中在对二氧化钛膜的修饰上，通过对二氧化钛膜的表面改性以增加二氧化钛膜对染料的吸附量、降低二氧化钛与电解液之间的界面电阻、延长光生载流流子在二氧化钛膜中的寿命，从而提高整个电池的光电转换效率。Chou等(Powder Technol.，2009，194：95-105)将Ag或Au分别与P25共混，并用球磨机球磨得到含不同量Ag或Au的共混二氧化钛浆料，将这些浆料作为DSSC的光阳极敏化后组装成电池，测得电池的效率随着Ag或Au得含量的增加而提高；究其原因可能是纳米级的Ag或Au存在表面等离子共振效应，强烈的散射入射的太阳光增加了太阳光在二氧化钛膜中的传播路径，从而有利于光阳极对太阳光的利用效率。Yu等(Chimica Acta，2010，55：4637-4641)将P25与二氧化钛空心微球按照不同比例进行共混并作为DSSC的光阳极，在扫描电镜下观察发现共混浆料制备的光阳极里面的二氧化钛空心微球大部分破裂，比表面积明显大于纯P25浆料所制备的光阳极，电池的转换效率也有一定的增大(纯P25为4.35％，共混浆料为4.82％)。Lee等(Electrochem.Commun.，2010，12：1283-1286)在低温下制得二氧化钛空心微球和P25共混并在140℃条件下退火，并将这种浆料用在DSSC中，发现所得电池的效率比P25做光阳极的效率有明显的提高(由4.4％提高到6.3％)。

发明内容

本发明解决的关键问题是对二氧化钛光阳极膜进行修饰以提高其对光子的吸收效率，降低二氧化钛导带中的电子与价带以及电解液中的空穴的复合几率，增加电池的光电流提高光电转换效率。有鉴于此，本发明提供一种染料敏化太阳能电池复合光阳极，所提供的染料敏化太阳能电池复合光阳极较现有的二氧化钛光阳极具有更高的光电转换效率。

本发明技术方案如下：

一种染料敏化太阳能电池复合光阳极，如图1所示，包括导电玻璃、位于导电玻璃导电层2上的二氧化钛过渡层3和二氧化钛过渡层3表面的复合二氧化钛改性层4。所述二氧化钛过渡层3厚度在4～7微米之间，由采用水热法制备的二氧化钛浆料刮涂于导电玻璃的导电层2表面并经烘干、烧结而成。所述复合二氧化钛改性层4的厚度在3～5微米之间，采用二氧化钛混合浆料刮涂于二氧化钛过渡层3表面并经烘干、烧结而成；所述二氧化钛混合浆料由采用水热法制备的二氧化钛浆料与采用模板法制备的二氧化钛空心微球混合而成，其中二氧化钛空心微球掺有10％至40％的银、直径在400～1000纳米之间。

本发明的光阳极分为两层：下层是与导电玻璃的导电层直接接触的二氧化钛过渡层，该层二氧化钛膜中颗粒之间接触好而且致密，机械性能强有利于电子的传输；上层是复合二氧化钛改性层，该层薄膜由二氧化钛浆料和掺银的二氧化钛空心微球混合的混合浆料经烘干、烧结而成，该层混合膜由于掺入了二氧化钛空心微球使其变得疏松多孔，从而有利于增加对太阳光的散射使电池能够对太阳光进行二次吸收；烧结后的二氧化钛空心微球破裂后增加了光阳极的比表面积有利于增加染料的吸附；该混合膜纳米金属颗粒的存在更加有利于减少二氧化钛导带中电子与电解质中的空穴的复合从而提高电池的效率。经过测试发现利用本发明提供的光阳极组装成的电池的光电转换效率有明显的提高。

附图说明

图1为本发明提供的染料敏化太阳能电池复合光阳极的结构示意图。其中1表示导电玻璃的玻璃衬底，2表示导电玻璃的导电层，3表示二氧化钛过渡层，4表示复合二氧化钛改性层。

图2本发明提供的不同掺Ag量的复合光阳极组装成的DSSC的I-V曲线。