[发明专利]一种基于敏化染料的新型环境太阳能量采集器

说明书

本发明涉及一种基于敏化染料的新型环境太阳能量采集器，属于新能源节能技术领域，光阳极的导电玻璃层一面与光阳极的纳米多孔半导体层一面形成电气接触，所述的导电玻璃层的下表面为纳米多孔半导体层，纳米多孔半导体层的下表面为敏化染料层，敏化染料层的下表面为氧化还原电解质层，氧化还原电解质层的下表面为对电极。本发明利用石墨烯强度高和载流能力强的优势，使石墨烯与TiO₂在一定工艺条件制得纳米多孔半导体膜，提高了光电转化的效率，并采用石墨烯替代Pt用于制造对电极，使染料敏化纳米晶太阳能采集器的制造成本进一步降低，稳定性得到进一步提高。

技术领域

本发明涉及一种新能源节能技术领域，特别涉及一种基于敏化染料的新型环境太阳能量采集器。

背景技术

如何开发利用太阳能，是解决目前能源问题的行之有效的手段之一。目前太阳能电池是能较好的将太阳能转化为电能的装置，而较被看好的太阳能电池有两个系统。一个为硅质多晶硅半导体固态电池模块，另一为含有液态电解质的染料敏化太阳能电池。目前发展最成熟的太阳能电池是硅基太阳能电池，单晶硅太阳能电池的效率已达到25％以上，但是它对材料的纯度要求高、制作工艺复杂、成本昂贵，这极大地限制了它的广泛应用。另一种染料敏化纳米晶太阳能电池，其使用的原料成本低，且制造容易，仅需简单的制造设备，故可大幅地降低太阳能电池的制作成本，目前被公认为最具发展潜力的再生能源之一，但是其光电转化效率仅为7.1％。

典型的染料敏化纳米晶太阳能电池由光阳极、电解质、敏化剂和对电极四部分组成，其中光阳极一般为TiO₂薄膜电极，对电极一般为铂对电极。其中对电极主要起催化还原电解质的作用，为了保证对电极具有足够的催化活性，典型的做法是引入铂作为催化材料。但是，铂作为贵金属，不仅增加了材料的成本，而且因长时间浸泡在电解质中，存在易被腐蚀的现象(生成PtI4)。因此，研制成本低、高稳定性的催化材料成为迫切需要解决的问题。

DSSC光阳极上的半导体材料多采用多孔TiO₂，它是染料分子的载体，同时分离并传输电荷。而目前，为了提高染料电池的光电转化效率，主要采用两个方法，一是增大TiO₂比表面积和改善TiO₂表面活性；二是寻找替代TiO₂的其它半导体材料。

针对增大TiO₂比表面积和改善TiO₂表面活性的解决方式，发明名称一种染料敏化太阳能电池，申请号为201610123180.1，给出相似的解决方式在光电极远离导电媒介的一侧设光吸收层，增加光的吸收量，在对电极远离导电媒介的一侧设有光反射层，可以使透过对电极中第二透明基板的没有被吸收的光反射回到太阳能电池中，重而解决光利用率不高的问题，但是其没有从根本上解决光的反应效率的问题。

针对寻找可以替代TiO₂的其它半导体材料的解决方法，发明名称一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法，申请号为201410126280.0，公开了在宽禁带半导体上面组装一层光激发染料，同时在石墨烯片上蒸镀金属膜，并通过退火形成金属纳米颗粒；然后将形成有金属纳米颗粒的石墨烯组装在吸附有染料的半导体上，在光照下，金属纳米颗粒的局域表面等离激元可以极大的增强颗粒周围的局域电磁场，所汇聚的光场能量可使光激发染料的电子空穴对得到有效分离，进而通过宽禁带半导体让光生电子与空穴分开，提高电池器件的光电转化效率，但是其使用工艺和技术没能最大限度的提升电子传导率和抑制电荷复合率，提升光电转化效率的作用非常有限。

因此，有必要针对上述的问题，改进现有的染料敏化太阳能电池，使其能够克服使用铂作为对电极的腐蚀问题，和替代TiO₂半导体材料时，能更高效的提升染料电池的光电转化效率。

发明内容