[发明专利]一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电极材料领域，尤其是太阳能电极材料及其制备方法技术领域， 

具体为一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极及其制备方法。 

背景技术

染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，染料敏化太阳能电池，以下简称DSC）是一种新型的太阳能电池。自1991年瑞士高等理工学院实验室将纳米结构应用于染料敏化太阳能电池以来，染料敏化太阳能电池就以其潜在的高效、廉价的优越性，倍受各国科学家的青睐。 

染料敏化太阳能电池是由光阳极、电解质和对电极构成的“三明治”式结构，其中的光电极包括导电基板、半导体多孔纳米晶薄膜和染料光敏化剂，对电极包括催化层和导电基板。 

根据导电基板材质的不同，染料敏化太阳能电池可以分为刚性染料敏化太阳能电池、柔性染料敏化太阳能电池两种。刚性染料敏化太阳能电池以导电玻璃作为导电基板，其中的半导体多孔纳米晶薄膜是先利用各种成膜方法在导电基板上制备纳米晶氧化钛薄膜，再经过高温烧结（450℃-500℃）所得到的，半导体多孔纳米晶薄膜与导电基板之间具有结合强度好、颗粒之间电接触良好的特点。柔性染料敏化太阳能电池以高分子透明导电聚合物基板（称柔性导电基板）作为导电基板，其具有可弯曲的特点。对于聚合物基柔性染料敏化太阳能电池而言，由于透明导电聚合物基板所承受的温度通常低于150℃，因此，采用透明导电聚合物基板制备的柔性光阳极薄膜内部的颗粒连接性差，进一步导致柔性染料敏化太阳能电池的光电转化效率低。 

因此，迫切需要一种新的柔性光阳极，从而制备出高光电转化效率的柔性染料敏化太阳能电池。 

发明内容

本发明的发明目的在于：针对聚合物基柔性染料敏化太阳能电池采用的透明导电聚合物基板所承受的温度通常低于150℃，导致采用其制备的柔性光阳极薄膜内部的颗粒连接性差，光电转化效率低的问题，提供一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极及其制备方法。本发明针对前述问题，对柔性光阳极的结构进行了全新改进。本发明的复合光阳 极结构设计合理，制备简便，成本低廉，吸光性好，同时光阳极的强度也得到了提高。同时，本发明还提供其的制备方法，该方法用于制备柔性染料敏化太阳能电池，对探索降低电池成本有显著的意义。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极，包括柔性透明导电聚合物基板、位于柔性透明导电聚合物基板上的TiO_x连接层、用于吸附光敏化剂和传递光生电子的半导体多孔薄膜层、纳米纸基板，所述半导体多孔薄膜层以纳米纸基板为散射层和支撑基板，所述柔性透明导电聚合物基板通过TiO_x连接层与半导体多孔薄膜层连接在一起。 

采用加压的方式将柔性透明导电聚合物基板、TiO_x连接层、半导体多孔薄膜层连接在一起。 

加压的压力为10-100Mpa。 

所述TiO_x连接层的厚度为10-100nm。 

所述TiO_x连接层通过如下方法制备而成：将钛酸酯化物溶液涂覆在柔性透明导电聚合物基板上，室温干燥，即得TiO_x连接层； 

所述钛酸酯化物溶液为钛酸四丁酯溶液或者钛酸四异丙酯溶液。 

所述钛酸酯化物溶液中，溶质的质量百分比为0.5%-10%。 

钛酸酯化物溶液采用旋涂法涂覆在柔性透明导电聚合物基板上。 

所述半导体多孔薄膜层为宽带隙半导体多孔薄膜； 

或所述半导体多孔薄膜层为掺杂石墨烯的宽带隙半导体多孔薄膜； 

所述半导体多孔薄膜层中的宽带隙半导体为以下物质中的至少一种：氧化钛、氧化锌、氧化铌。 

所述石墨烯的掺杂量为半导体多孔薄膜层质量的0.01%-1%。 

所述半导体多孔薄膜层的厚度为4-20μm。 

所述半导体多孔薄膜层采用刮涂法、喷涂法、丝网印刷法、提拉法中的一种制备而成；所述半导体多孔薄膜层的烧结温度为450℃-500℃，烧结时间为30-60min。 

所述纳米纸基板的厚度为5μm-100μm。 

所述纳米纸基板由纳米线或者纳米纤维制备而成。 

所述纳米纸基板由金属氧化物纳米线或者金属氧化物纳米纤维制备而成； 

或所述纳米纸基板由氧化硅纳米线或者氧化硅纳米纤维制备而成；