[发明专利]一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其是染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种直接将光能转化为电能的器件，染料敏化太阳能电池是其中的一种，它是在近20年发展起来的，相比普通的p-n结构的太阳能电池，它具有广泛的竞争优势，包括转化效率高，制备工艺方便、简单等。

现有的染料敏化太阳能电池主要包括衬底、吸附有染料的半导体层和对电极，在半导体层和对电极之间填充有液体电解质，并由设在半导体层四周的密封膜密封。尽管染料敏化太阳能电池优点显著，它还存在很多的问题，如电子的复合问题：电解质与衬底中的电子复合机率大，且复合速度较快，严重影响了电子流出外电路的数量，极大的降低了外电路的电流，同时开路电压也有一定的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以加快电子收集速度，防止电解液与衬底接触以减少电子复合的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

本发明的染料敏化太阳能电池包括衬底、阻挡层、吸附有染料的半导体层和对电极；在半导体层和对电极之间填充有液体电解质，并由设在半导体层四周的密封膜密封，所述的阻挡层是金属钛层，或氧化钛层，或是锌掺杂的氧化钛层、或是银掺杂的氧化钛层、或是钼掺杂的氧化钛层、或是锌、银和钼复合掺杂的氧化钛层，阻挡层的厚度为3nm～200nm。

本发明中，对于阻挡层的掺杂浓度没有特殊要求。所述的半导体层可以是二氧化钛，或是氧化锌的纳米颗粒、纳米管或纳米线，半导体层的厚度为100nm～40um。所述的衬底可以是硬性衬，如透明导电玻璃、不锈钢箔，也可以是柔性衬料，如聚酰亚胺。

染料敏化太阳能电池的制备方法，其步骤如下：

1）将清洗烘干后的衬底放入气相沉积室，以金属钛、或氧化钛、或锌掺杂的氧化钛、或银掺杂的氧化钛、或钼掺杂的氧化钛、或锌、银和钼复合掺杂的氧化钛为靶材，抽真空至1.0x10^-3Pa以下，通入氩气和氧气，O₂/O₂+Ar的比例为0%～100%，控制反应压强为0.5Pa～2.0Pa，反应温度为10℃～200℃，溅射生长阻挡层；

2）用刮片法在阻挡层上铺展二氧化钛或氧化锌的胶体，在300～500℃煅烧，冷却后，浸置于染料溶液中，或者将二氧化钛或氧化锌的胶体溶液滴加在阻挡层上，蒸发去除胶体溶液中的溶剂后，浸置于染料溶液中，得到吸附有染料的半导体层；

3）在半导体层的四周放置密封膜，并在密封膜上放置对电极，压紧后于120℃加热2min，空气中置冷；

4）对电极上打1mm直径的孔，从孔中注入液体电解质后将孔密封。

上述的电解质可以是含I-/I3-的液体电解质。上述的二氧化钛或氧化锌的胶体溶液可以是二氧化钛或氧化锌的乙醇溶液或乙腈溶液。上述的密封膜可以是沙纶膜（surlyn）。

本发明提供的染料敏化太阳能电池中，引入阻挡层，可以防止电解液与衬底接触，减少电子复合，同时加快电子的收集速度，还能有效阻挡衬底元素向电池主体的扩散，既不影响光的入射，又不引入新的危害元素；用物理气相沉积的方法制备得到的阻挡层，能与衬底之间形成较高的附着力，同时还可部分提高衬底的透光性。

附图说明

图1是本发明的染料敏化太阳能电池结构示意图；

图2 溅射不同厚度氧化钛的电子阻挡层循环伏安曲线图；

图3 不同气体流量比下溅射金属钛靶在FTO玻璃上沉积氧化钛阻挡层的透光性；

图4 不同气体比例溅射不同厚度的阻挡层对DSSCs 电池的转化效率影响；

图5 溅射不同厚度锌或银掺杂氧化钛的阻挡层循环伏安曲线图。

具体实施方式

参照图1，本发明的染料敏化太阳能电池依次包括衬底1、阻挡层2、吸附有染料的半导体层3和对电极4；在半导体层3和对电极4之间填充有液体电解质，并由设在半导体层3四周的密封膜5密封，所述的阻挡层2是金属钛层，或氧化钛层，或是锌掺杂的氧化钛层、或是银掺杂的氧化钛层、或是钼掺杂的氧化钛层、或是锌、银和钼复合掺杂的氧化钛层，阻挡层的厚度为3nm～200nm。

 

实施例1