[发明专利]一种叠层染料敏化太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种染料敏化太阳电池。

背景技术

染料敏化太阳（DSC）电池因具有价格低廉、制备工艺简单，环境友好等特点，受到各界的广泛关注。在过去的几十年中染料敏化太阳电池取得了重大的发展。目前染料敏化太阳电池的光电转换效率已经突破12%,可以与非晶硅级太阳电池相媲美。新型基于钙钛矿结构的敏化电池光电转换效率已经达到15%。

染料敏化太阳电池作为第三代太阳电池技术，如何提高其光电转换效率成为研究的热点，传统的n型单节染料敏化太阳电池理论上光电转换效率极限为31%。采用敏化光阴极替代常规n-DSC中的对点解组成叠层染料敏化太阳电池理论极限光电转换效率可提高到43%。然而光阴极太阳电池（p-DSC）低的光电转换效率制约着叠层染料敏化太阳电池的发展。

目前p-DSC的研究主要集中在有机染料敏化p型氧化物多孔薄膜上。应用于p-DSC中的半导体薄膜主要有NiO，CuGaO₂，CuSCN等p型半导体材料。到目前为止电池光电转化效率最好的是NiO半导体材料的电极，也获得了最广泛的研究。但是NiO材料具有一定的光吸收以及空穴传输能力较低严重制约了其在p-DSC的应用。p型CuGaO₂半导体薄膜由于其比NiO更低的价带位置获得了较高的开路电压。与n-DSC常用钌染料不同p-DSC中的染料多为D-π-A结构有机染料。目前p-DSC光电转换效率已达0.41%。然而由于目前p-DSC由于光谱重叠及电子复合等问题光电转换效率难以取得突破性的进展。

另外一种制备光阴极的方法是采用无机半导体材料，比如p-CdS，p-CdTe,p-InP以及Se等，但这种光阴极在电解质中不稳定，容易被电解质腐蚀等弱点限制了其发展。

1985年Masao Kaneko and Hideki Nakamura首次发现聚合物光活性材料/电解质结可以产生光电效应。利用聚合物光活性材料替代传统p-DSC会在解决上述问题取得好的效果。本发明基于聚合物光活性材料制备光阴极。光阴极包括导电基底，导电基底上制备空穴传输材料。空穴传输材料上附着聚合物光活性材料。采用这种光阴极与传统染料敏化光阳极或量子点敏化光阳极，中间灌注电解质组成叠层染料敏化太阳电池。相比于传统的n-DSC可以有效的改善太阳光利用率，提高光电转换效率并且降低成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种叠层染料敏化太阳电池，利用聚合物复合结构光阴极来取代传统n-DSC的对电极，来实现提高染料敏华太阳电池的光谱利用效率以及光电转换效率。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种叠层染料敏化太阳电池，其特征在于：所述叠层染料敏化太阳电池包括透明导电基底，染料敏化或量子点敏化光阳极，以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极以及在光阳极和光阴极之间的电解质。

所述染料敏化光阳极的透明导电基底上制备有透光n型半导体纳米结构材料，n型半导体纳米结构材料上面附着敏化材料；所述n型半导体纳米材料可采用氧化钛，氧化锌，氧化锡或者钙钛矿结构氧化物钒酸钡；所述敏化材料包括有机金属化合物染料，有机染料以及量子点敏化材料。

所述聚合物复合结构光阴极的透明导电玻璃上制备有空穴传输材料或电子阻挡材料，空穴传输材料或电子阻挡材料上附着聚合物光活性材料；所述空穴传输材料具有好的透光以及P型导电性能，可以呈现平整薄膜结构或者多孔骨架结构，其可采用有机空穴传输材料或者氧化物空穴传输材料；所述电子阻挡材料呈现平整薄膜结构，采用有机电子阻挡材料或者氧化物电子阻挡材料MoO₃,V₂O₅或WO₃。

所述有机空穴传输材料采用聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、酞氰铜、聚苯胺、聚乙烯苯磺酸、聚四氟乙烯、PHEDOT、PFT其中的一种；所述氧化物空穴传输材料选自NiO或铜铁矿结构空穴传输材料ABO₂，其中A=Cu或Ag，B=Cr，Al，Cs或Ga。

所述聚合物光活性材料具有P型导电性，具有太阳光吸收性能。

本发明的有益效果：

本发明利用以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极来取代传统n-DSC的对电极，可以有效提高染料敏华太阳电池的太阳光谱利用效率以及光电转换效率，为以后发展高性能叠层染料敏化太阳电池奠定了基础。

附图说明