[发明专利]一种双面透光染料敏化太阳能电池光阳极

说明书

技术领域

本发明涉及一种双面透光染料敏化太阳能电池光阳极。

背景技术

为了解决能源问题，低廉、易应用、高性能的新型太阳能电池的开发一直在持续进行着。染料太阳能电池由于其低廉的制造成本、较高的转换效率以及所依赖的材料在地壳中丰度较高等优点在全世界科研与实际应用中得到了极大的发展。近年来，柔性衬底的染料敏化太阳能电池由于其较好的可弯折性和便于大面积生产而受到越来越多的关注。大多数的柔性染料敏化太阳能电池采用金属箔或者塑料薄膜作为衬底。不锈钢丝网由于具有更高的表面积质量比和多孔结构利于电解液循环等优势近年来受到了国际科研领域的关注。

2009年日本Kyushu Institute of Technology的Yoshihiro Yamaguchi等人用溅射氧化的方法在不锈钢丝网上制作氧化钛的薄膜制备染料敏和太阳能电池的光阳极。(Y.Yoshida；S.S.Pandey；K.Uzaki；S.Hayase；M.Kono；Y. Yamaguchi.Applied Physics Letters 2009，94(9).)由于该电池采用的氧化物光阳极是平面化的薄膜结构，不利于表面积的扩大与光子的吸收，限制了电池效率的提高。另一种方法是采用二氧化钛的纳米丝网与二氧化钛纳米颗粒浆料作为光阳极。其杂乱的纳米结构导致载流子传输混乱，宏观表现在电池的短路电流密度较低。并且该结构工艺的复杂性导致实际应用困难，不利于大规模生产。(Xianwei Huang；Ping Shen；Bin Zhao；Xiaoming Feng；Shenghui Jiang；Huajie Chen；Hui Li；Songting Tan.Solar Energy Materials and Solar Cells 2010，94(6)，1005-1010.)

发明内容

本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法。

本发明所提供的染料敏化太阳能电池的光阳极，其为表面沉积氧化锌纳米线阵列或铝掺杂氧化锌纳米线阵列的不锈钢丝网或纯金属丝网。

其中，所述纯金属丝网具体可由下述任意一种金属制成：金、银、铜、铁、钨和铝。

所述不锈钢丝网或纯金属丝网的规格可为100目到635目。

制备上述染料敏化太阳能电池的光阳极的方法，包括下述步骤：

1)对不锈钢丝网或纯金属丝网进行表面钝化处理，得到表面钝化的不锈钢丝网或纯金属丝网；

2)采用化学气相沉积法在所述表面钝化的不锈钢丝网或纯金属丝网表面沉积氧化锌纳米线阵列或铝掺杂氧化锌纳米线阵列，得到所述染料敏化太阳能电池的光阳极。

上述步骤1)中对不锈钢丝网或纯金属丝网进行表面钝化处理的方法如下：将不锈钢丝网或纯金属丝网放入浓硫酸和双氧水的混合溶液中于7095℃浸泡1060分钟即得；所述浓硫酸为质量分数98％的硫酸溶液，所述混合液中浓硫酸和双氧水的体积比为4∶1-6∶1。

上述步骤2)中在不锈钢丝网或纯金属丝网表面沉积铝掺杂氧化锌纳米线阵列的具体方法如下：将锌粉与三氯化铝的混合粉末按照质量比3∶1的比例放入管式炉中加热到600-800℃，通入100sccm的氩气作为载气、2-8sccm的氧气为反应气体，不锈钢丝网或纯金属丝网置于气体下游，沉积4-10分钟即得。

所述不锈钢丝网或纯金属丝网在钝化处理前，还需用有机溶剂(如丙酮)浸泡并通过超声清洗，以去除表面有机物。

将上述制备的光阳极在染料分子溶液中浸泡，使氧化锌纳米线阵列或铝掺杂的氧化锌纳米线阵列充分吸收染料分子，即得到染料敏化的光阳极。

本发明提供的柔性双面透光染料敏化太阳能电池光阳极，制备方法简便，采用自然界富集的锌粉作为原材料，在不锈钢丝网或纯金属丝网沉积氧化锌纳米线阵列，大大降低了制作成本。应用广泛，如采用透明柔性衬底进行封装，即可实现真正的柔性功能，在弯折情况下光伏性能没有明显下降。也可以使用玻璃进行常规封装，实现双面进光太阳能电池。由于独特的制备工艺，极易实现卷对卷的大规模工业化生产，应用前景十分广阔。

本发明提供的柔性双面透光染料敏化太阳能电池光阳极，与现有基于塑料或金属箔的柔性太阳能电池光阳极相比，具有以下突出优点：

1)本发明采用不锈钢丝网或金属丝网作为光阳极的基底，具有质量轻、表面积大的优点。不锈钢丝网或金属丝网具有可作为电解液传输的通道，便于设计全新的染料敏化电池结构。