[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

说明书

一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。所述的染料敏化太阳能电池光阳极的组织结构是在TiO₂纳米管阵列上耦合光子晶体与表面等离子体得到。由所述TiO₂纳米管和TiO₂纳米管基光子晶体组成长度为10μm的管状TiO₂纳米管基光子晶体/TiO₂纳米管双层结构。所述Au纳米颗粒1自由分布在该TiO₂纳米管基光子晶体/TiO₂纳米管双层结构的管口端面和该TiO₂纳米管基光子晶体/TiO₂纳米管双层结构管壁的内表面与外表面上。本发明可大幅提高短路电流密度，与常规TiO₂ NT光阳极相比，DSSC的短路电流密度从8.69mA/cm²提高到11.49mA/cm²，相应光电转换效率从3.89％提高到5.40％，提高了38.8％。

技术领域

本发明属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种协同增强光伏效应的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等不可再生能源日益消耗，开发和利用丰富、环保的可再生能源成为可持续发展战略的重要内容。在诸多可再生能源中，太阳能因具有取之不尽、用之不竭，不受地域限制，环境友好等优点，受到越来越多的重视。其中，利用太阳能有效方式之一就是通过太阳能电池将其转换为电能。

在各种太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(DSSC)由于具有制备要求简单、成本低、设计灵活性高、弱光性能好等特点，引起国内外研究者的广泛关注，具有广阔的发展前景。但是其光电转换效率相对于传统硅基太阳能电池来说仍然较低，为进一步提高DSSC光电转换效率，近年来发展的以光子晶体(PC)和表面等离子体(SPR)为代表的具有光学调控特性的复合光阳极，成为研究的一个重要方向。

目前，国内外对复合光阳极的研究主要集中在单一光子晶体(PC)或表面等离子体(SPR)上，但是单一结构耦合的DSSC对光的利用率不是很高，导致光电转换效率提高不大。因此，为进一步提高DSSC的光电转换效率，研究者们构筑了新型的PC/SPR耦合结构。经过对现有技术的检索发现，在“纳米金属掺杂的光子晶体结构电极及其制备方法”(专利申请号：201010114925.0)中，发明人制备了由Au纳米颗粒和具有反蛋白石结构的3DTiO₂PC组成的光阳极，该结构通过金属表面等离子共振结合周期性介电材料产生的耦合效应来改善电池效率。该技术存在以下两个问题：(1)3DTiO₂PC结构，孔洞球径在50nm～10μm范围，导致介质层比表面积大幅降低，降低了光阳极的染料吸附量，对光的利用不充分；(2)制备方法采用模板法限制了3DIOPC光子禁带的连续可调性，降低了其光调控能力调整的灵活性，增加了实现PC/SPR协同增强光伏效应的困难程度，使得DSSC实际光电转换效率并不高。

发明内容

为克服现有技术中存在的光阳极的染料吸附量低、光调控能力低，以及实际光电转换效率不高的不足，本发明提出了一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，

本发明提出的染料敏化太阳能电池光阳极的组织结构是在TiO₂纳米管阵列上耦合光子晶体与表面等离子体得到。所述光子晶体为TiO₂纳米管基光子晶体；所述表面等离子体为Au纳米颗粒。由所述TiO₂纳米管和TiO₂纳米管基光子晶体组成长度为10μm的管状TiO₂纳米管基光子晶体/TiO₂纳米管双层结构。所述Au纳米颗粒1自由分布在该TiO₂纳米管基光子晶体/TiO₂纳米管双层结构的管口端面和该TiO₂纳米管基光子晶体/TiO₂纳米管双层结构管壁的内表面与外表面上；