[发明专利]含有吡啶类添加剂的具有长期稳定性的固态染料敏化太阳能电池

说明书

本发明公开一种含有吡啶类化合物作为添加剂的具有改善的长期稳定性的固态染料敏化太阳能电池。具体地，固态染料敏化太阳能电池包括空穴传输层，该空穴传输层含有与在固态染料敏化太阳能电池中提供固态空穴传输层的空穴传输材料混合的吡啶类添加剂。因此，可获得固态染料敏化太阳能电池的优异的初始效率和显著改善的长期稳定性。此外，染料敏化太阳能电池无需使用密封剂，可使用简单的工艺制造。

技术领域

本发明涉及为了长期稳定性而含有吡啶类添加剂的固态染料敏化太阳能电池。具体地，固态染料敏化太阳能电池可包括空穴传输材料基体成分(matrix element)，其含有吡啶类化合物作为在固态染料敏化太阳能电池的固体空穴传输层中的添加剂，因此可获得优异的初始效率和显著改善的长期稳定性，且可使用简单的方法而无需使用密封剂来制造固态染料敏化太阳能电池。

背景技术

近来，随着由化石燃料的消耗和温室效应引起的对环境的日益担忧，对能够替代化石燃料的新能源和可再生能源的关注不断增加，太阳能以及风能、水能、潮汐能源等可作为可替代的资源。

具体而言，已广泛开发了利用太阳能的太阳能电池，在这些太阳能电池之中，使用硅的无机太阳能电池直接将光子转换为电能。然而，这些无机太阳能电池相对于其他类型的发电装置而言，由于单位成本高，所以可能不具有成本竞争力。另一方面，染料敏化太阳能电池由于它们的诸如相当大的功率转换效率和低单位成本的生产等优点，一直以来受到众多关注。

在现有技术中，染料敏化太阳能电池可由5种材料组成，其包括1)导电性基板，2)半导体膜，3)染料(感光材料)，4)电解质，和5)对电极，且染料敏化太阳能电池的效率可由这些材料之间的相容性和优化来确定。

此类染料敏化太阳能电池的能量转换系统可通过以下反应式1至6的机理来解释。

具体地，吸附于半导体氧化物的染料(S_ads)可通过光来激发(反应式1)，且电子可被注入到氧化物的导带(反应式2)。氧化的染料通过接收来自包括氧化和还原物质(R/R^-)的电解质的电子可再次被还原(反应式3)。注入的电子可沿着半导体网络流过外部电路并到达对电极。在对电极中，氧化和还原物质可再生并完成电路。在封闭的外部电路和光照射下，装置可形成重复且稳定的光电能量转换系统。然而，可能会发生使装置效率恶化的不希望的反应，例如，注入的电子与氧化的染料再结合的反应(反应式5)，或在TiO₂表面上与被氧化的氧化和还原物质再结合的反应(反应式6)。

S_ads+hν→S^*_ads (反应式1)

S^*_ads→S⁺_ads+e^-_inj (反应式2)

S⁺_ads+R^-→S_ads+R (反应式3)

R+e^-_cathode→R^-_cathode (反应式4)

e^-_inj+S⁺_ads→S_ads (反应式5)

e^-_inj+R→R^-_anode (反应式6)