[发明专利]一种双面透光柔性染料敏化太阳能电池及其专用光阳极

说明书

技术领域

本发明涉及一种双面透光柔性染料敏化太阳能电池及其专用光阳极。

背景技术

为了解决能源问题，更低廉、性能更高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。传统染料敏化电池大多采用ITO或FTO等透明导电工作电极衬底，二氧化钛作为染料敏化层对太阳光进行吸收利用。但是由于组成ITO的铟元素在地壳中的分布较少，还有其柔韧度不强，而面临诸多发展的障碍。近年来，柔性衬底的染料敏化太阳能电池由于其较好的柔韧性，和便于大面积生产而受到越来越多的关注。

2008年，北京大学邹德春等人发明了一种基于金属纤维的染料敏化电池。其主要构造为用导电丝状基体和敏化半导体薄膜组成工作电极，敏化半导体薄膜为由吸附敏化染料分子的大小各异的半导体粒子构成的多孔薄膜结构，敏化半导体薄膜包附在导电丝状基体表面。用另一金属铂作为对电极。两根金属丝缠绕在一起，从而构成金属丝状的染料敏化电池。(Xing Fan，Zengze Chu，Fuzhi Wang，Chao Zhang，Lin Chen，Yanwei Tang，and Dechun Zou，Adv.Mater.2008，20，592)此种工艺存在的问题是工作电极和对电极的两根金属丝的接触无法保证，尤其当弯折时，接触不是很好。而且两根金属电极的缠绕势必会阻挡光的有效吸收，这样会严重影响电池的光电转换效率。另外一种方法是使用钛丝外生长的二氧化钛纳米管作为工作电极，金属铂丝为对电极，将两根金属丝封装到一根充满电解液的玻璃管中，但这样无法实现器件的柔性要求，并且不利于大规模生产。(Liu，Z.；Misra，M.ACS Nano 2010，4，2196-2200.)最近出现了一种利用将碳纳米管薄膜包覆在钛丝生长的二氧化钛纳米管外制备单根金属丝染料敏化太阳能电池的方法，但此种方法需要额外进行碳纳米管的制备转移和包覆等附件流程，增加了制作成本，并且对效率的提高不是很高。(Sen Zhang，Chunyan Ji，ZhuqiangBian，Runhua Liu，Xinyuan Xia，Daqin Yun，Luhui Zhang，Chunhui Huang，and AnyuanCao，Nano Lett.2011，11，3383-3387)

发明内容

本发明的一个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衬底，所述衬底为表面钝化的金属丝。

其中，所述金属丝包括纯金属丝或不锈钢丝。所述纯金属丝具体可由下述任意一种金属制成：金、银、铜、铁、钨和铝。所述金属材料丝的直径为10-500μm。

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)对金属材料丝进行表面钝化处理，得到表面钝化的金属丝；

2)采用化学气相沉积法在所述表面钝化的金属丝上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)中对金属丝进行表面钝化处理的方法如下：将金属丝放入浓硫酸和双氧水的混合溶液中于70-95℃浸泡10-60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)中在表面钝化的金属丝上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，金属材料丝置于气体下游，沉积4-10分钟即得。

本发明的再一个目的是提供一种柔性且双面透光的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

本发明所提供的染料敏化太阳能电池，其包括本发明制备的光阳极、与所述光阳极相对且间隔放置的对电极、填充到所述光阳极与对电极之间的电解质、吸附于所述光阳极的染料分子以及用于封装所述光阳极、对电极和电解质的透明柔性衬底。

上述染料敏化太阳能电池中的光阳极通常与对电极间隔相对且平行排列，其间距可为10-50μm。

所述对电极具体可为铂丝或者表面镀铂的金属丝，其直径可为10-500μm。

常规的透明柔性衬底均可作为本发明的封装材料，具体可为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述透明柔性衬底的厚度可为30-100μm。