[实用新型]一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能电池技术领域，涉及一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构。

背景技术

太阳能储量丰富、清洁无污染、对环境友好，是人类减少对化石能源的依赖、缓解当前的能源危机的有效选择之一。目前对于硅系太阳能电池的研究和应用最为广泛，但由于所用原料成本高、生产工艺复杂，效率提高潜力有限，阻碍了其应用进程。M.Gratzel教授发明的二氧化钛纳米晶染料敏化太阳电池，成本低廉、制作工艺简单，光电转换效率和与非晶硅太阳电池相近，有望成为未来太阳能电池的主导。

染料敏化太阳电池主要由半导体光阳极、染料敏化剂、氧化还原电解液和对电极四个部分组成。半导体光阳极是染料吸附的载体和光生电子传输的通道，在很大程度上决定了电池的光电转化效率：首先，只有比表面积较高的半导体粒子才能吸附较多的染料分子，从而产生较高的光电流；其次，半导体光阳极必须具有连贯的孔隙结构，有利于电解质的迁移；第三，半导体粒子必须连接紧密，使得电荷传输路径短，电阻低。

目前这类电极多为纳米晶薄膜，纳米晶薄膜的优点是孔隙率高、表面积大，吸附染料量大，制备工艺简单，其弊端是纳米粒子排列无序，相互之间连接程度差，容易发生聚集而成为电子复合中心，不利于电子的传输。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构，解决了现有纳米晶薄膜存在的纳米粒子排列无序，相互之间连接程度差，容易发生聚集而成为电子复合中心，不利于电子传输的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构，包括导电基板，在导电基板上覆盖有导电膜，导电膜上覆盖有致密半导体底层，致密半导体底层上设置有半导体膜，半导体膜中设置有多个结构呈树枝形的孔隙，每个树枝形孔隙包括树干孔和树枝孔，其中每个树干孔与导电基板垂直。

本实用新型的染料敏化太阳能电池的光阳极结构，其特征还在于，

所述的每个树干孔向上穿透半导体膜，最上层的树枝孔向上穿透半导体膜。

所述的树枝形孔隙的树干孔的直径为1μm -30μm，树枝形孔隙的树枝孔的直径为0.1μm -5μm。

所述的致密半导体底层的厚度为20 nm -50nm。

本实用新型的有益效果是，半导体膜的孔隙连通性好，电解质的迁移和电荷的传输路径短，有利于电解液传质，提高染料敏化电池的光电转化效率；半导体粒子连接紧密，电子在电极材料中的传输路径短，阻力小；可以增加光子的散射，增加光子在电极材料中的传输路径，提高光的被吸收效率。 

附图说明

图1为本实用新型的光阳极结构断面示意图；

图2为图1的俯视结构示意图。

图中，1.导电膜，2.致密半导体底层，3.树干孔，4.树枝孔，5.半导体膜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2，本实用新型所述的染料敏化太阳能电池的光阳极结构是，包括覆盖有导电膜1的导电基板，导电膜1上覆盖有致密半导体底层2，致密半导体底层2上设置有半导体膜5，半导体膜5之中设置有多个呈树枝形结构的孔隙，或称为多孔半导体膜5。每个树枝形孔隙包括树干孔3和树枝孔4，其中树干孔3与导电基板垂直，树枝形孔隙的树干孔3的直径为1μm -30μm，树枝形孔隙的树枝孔4的直径为0.1μm -5μm。

每个树干孔3向上穿透半导体膜5，最上层的树枝孔4向上穿透半导体膜5。致密半导体底层2的厚度为20 nm -50nm。

导电基板选用聚合物、透明玻璃、金属（如铜、铝等）的一种或组合物。

半导体膜5选用TiO₂、ZnO、SnO₂半导体氧化物的一种或组合物。

本实用新型的染料敏化太阳能电池的光阳极结构的原理是：对于染料敏化太阳电池而言，吸附在半导体粒子上的染料分子吸收光能后，电子激发注入到半导体导带，空穴留在染料中，氧化态的染料被电解质还原，氧化态的电解质需要在对电极接受电子被还原，形成回路。所以在光阳极结构中，半导体粒子吸附染料分子处，需要足够的电解质还原染料分子，同时，需要连通的孔隙结构，以便电解质的迁移和电荷的传输。本实用新型针对电解质的迁移和电荷的传输这一环节，基于缩短电解质的迁移和电荷的传输路径的思想，提出了在染料敏化太阳能电池的光阳极结构中，多孔半导体膜的孔隙呈树枝形，且树干孔与导电基板垂直，来缩短电解质的迁移和电荷的传输路径。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：