專利名稱：太陽能電池及其電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池，特別涉及一種染料敏化太陽能電池及其電極。
背景技術(shù)：
因石油即將在本世紀內(nèi)消耗殆盡的處境下，人類不斷尋找新能源來取代石化燃料能源，其中取之不盡的太陽能成為重要方向。為降低成本及提高光電轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)用納米量子點開發(fā)的染料敏化太陽能電池可望取代傳統(tǒng)的硅基電極太陽能電池，成為二十一世紀新能源技術(shù)。
染料敏化太陽能電池是二十世紀九十年代發(fā)展起來的、采用表面吸附一層光敏染料的寬禁帶半導(dǎo)體材料作電極，將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。上述載有光敏染料的寬禁帶半導(dǎo)體電極稱為染料敏化半導(dǎo)體電極，光敏染料主要完成光的捕獲，半導(dǎo)體材料除了負載光敏染料之外，主要功能為電子的收集及傳導(dǎo)。
染料敏化太陽能電池的工作原理是當染料吸收太陽光時，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)上的電子迅速轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體導(dǎo)帶，而空穴則留在染料中，電子隨后擴散至導(dǎo)電基底，經(jīng)外電路轉(zhuǎn)移至對電極，而氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原，氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子被還原，從而完成了電子的整個輸運過程。
實驗證明，在平板半導(dǎo)體電極上進行多層吸附可以增大光的捕獲效率，但在外層染料的電子轉(zhuǎn)移過程中內(nèi)層染料起到了阻礙作用，降低電池光電轉(zhuǎn)化效率，所以半導(dǎo)體電極在吸附單分子層染料后才能達到最佳的電子轉(zhuǎn)移效率。
但是，平板半導(dǎo)體電極表面積相對較小，其表面上單分子層染料的光捕獲能力較差，使電池總能量效率在0.1％以下。
所以，提供具有大比表面積的電極非常必要。2002年5月22日公開的中國發(fā)明專利申請第01140225號揭露一種染料敏化太陽能電池納米晶膜電極，將半導(dǎo)體電極材料設(shè)計成納米材料，使電極表面積顯著增大，從而使太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高。
但是，實際電極制備過程中，納米級半導(dǎo)體電極材料易產(chǎn)生異常堆積，致使電極表面積增大受到限制，從而限制電池光電轉(zhuǎn)化效率的提高。
所以，提供一種防止納米級半導(dǎo)體電極材料異常堆積、表面積大、光電轉(zhuǎn)換效率高的染料敏化太陽能電池電極實為必要。

發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)中納米級半導(dǎo)體電極材料容易產(chǎn)生異常堆積，致使電極表面積小、光電轉(zhuǎn)換效率低的問題，本發(fā)明目的在于提供一種防止納米級半導(dǎo)體電極材料異常堆積、表面積大、光電轉(zhuǎn)換效率高的染料敏化太陽能電池負極。
本發(fā)明另一目的在于提供一種包括上述負極的染料敏化太陽能電池。
本發(fā)明提供一種太陽能電池負極，該負極包括一導(dǎo)電基板，一半導(dǎo)體材料層及一光敏染料層，其特征在于導(dǎo)電基板包括一多孔表面，多個納米級孔形成于該多孔表面；半導(dǎo)體材料層形成于導(dǎo)電基板的多孔表面上，其中該半導(dǎo)體材料為納米級半導(dǎo)體微粒，納米級半導(dǎo)體微粒分散于導(dǎo)電基板多孔表面的納米級孔中；光敏染料層形成于半導(dǎo)體材料層上。
本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽能電池，該太陽能電池包括正極，電解質(zhì)以及上述負極。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的染料敏化半導(dǎo)體電極具有以下優(yōu)點導(dǎo)電基板上具有孔隙，利用孔隙間隔，使得納米級半導(dǎo)體電極材料沉積時部分分散，防止納米級半導(dǎo)體電極材料異常堆積，從而增大太陽能電池電極表面積，提高電池光電轉(zhuǎn)化效率。

圖1是本發(fā)明染料敏化太陽能電池負極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明染料敏化太陽能電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式如圖1所示，本發(fā)明的染料敏化太陽能電池負極1包括導(dǎo)電基板2、半導(dǎo)體材料層3以及光敏染料層4，導(dǎo)電基板2包括多孔表面，多個納米級孔形成于該多孔表面，半導(dǎo)體材料層3沉積于該多孔表面上，光敏染料層4形成于半導(dǎo)體材料層3的表面。
導(dǎo)電基板2材質(zhì)為導(dǎo)電玻璃。該導(dǎo)電基板2的多孔表面之納米級孔通過蝕刻或電化學方法(如鋁陽極處理)形成，孔隙率大于50％。該納米級孔孔徑小于60納米，孔深度一般小于導(dǎo)電基板2厚度的1/10，并根據(jù)導(dǎo)電基板2的機械強度作適當調(diào)整?？紫兑砸?guī)則排列為佳，以利于半導(dǎo)體材料層3的均勻沉積。
半導(dǎo)體材料層3的半導(dǎo)體材料為納米級半導(dǎo)體微粒，該半導(dǎo)體材料包括氧化鋅或二氧化鈦等具有光電轉(zhuǎn)換功能的寬禁帶半導(dǎo)體材料，本實施例采用二氧化鈦微粒。二氧化鈦粒徑需小于20納米，優(yōu)選小于5納米。該二氧化鈦層沉積于上述導(dǎo)電基板2的多孔表面，二氧化鈦微粒部分分散于納米級孔中。該半導(dǎo)體材料層3的主要功能為負載光敏染料層4以及工作過程中電子的收集及傳導(dǎo)。
光敏染料層4形成于上述半導(dǎo)體材料層3的表面，該層的主要功能為吸收太陽光，與半導(dǎo)體材料層3共同完成光電轉(zhuǎn)換。其中光敏染料包括酞菁類化合物、方酸類染料、部花菁類染料、羅丹明類染料、偶氮苯類染料、半菁類染料以及金屬配合物。因不同染料對不同頻率的光吸收能力不同，可采用多種染料的組合，以提高光的吸收率。
本實施例光敏染料采用金屬釕的配合物，如Ruthenium-535，即Ru(4，4’-dicarboxy-2，2’-bipyridine)2(NCS)2。將其配制成一定濃度的溶液或凝膠，通過浸泡的方式使其吸附于半導(dǎo)體材料層3上。
如圖2所示，本發(fā)明還提供一染料敏化太陽能電池5，該太陽能電池5包括正極6、電解質(zhì)7以及本發(fā)明所提供的負極1。其中，電解質(zhì)7為碘/碘化鋰電解質(zhì)，正極6可為一多孔碳電極或鍍有鉑或金層的導(dǎo)電基板。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的染料敏化半導(dǎo)體電極具有以下優(yōu)點導(dǎo)電基板上具有納米級孔，利用孔隙間隔，使得納米級半導(dǎo)體電極材料沉積時部分分散，防止納米級半導(dǎo)體電極材料異常堆積，從而增大太陽能電池電極表面積，提高電池光電轉(zhuǎn)化效率。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池負極包括一導(dǎo)電基板，一半導(dǎo)體材料層及一光敏染料層；其特征在于導(dǎo)電基板包括一多孔表面，多個納米級孔形成于該多孔表面；半導(dǎo)體材料層形成于該導(dǎo)電基板的多孔表面上；光敏染料層形成于半導(dǎo)體材料層上。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池負極，其特征在于導(dǎo)電基板孔隙率大于50％。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池負極，其特征在于導(dǎo)電基板的納米級孔孔徑小于60納米。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池負極，其特征在于導(dǎo)電基板的納米級孔深度小于導(dǎo)電基板厚度的1/10。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池負極，其特征在于導(dǎo)電基板的納米級孔通過蝕刻或電化學方法形成。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池負極，其特征在于半導(dǎo)體材料層由納米級半導(dǎo)體微粒構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能電池負極，其特征在于半導(dǎo)體微粒粒徑小于20納米。
8.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池負極，其特征在于該光敏染料層包括酞菁類化合物、方酸類染料、部花菁類染料、羅丹明類染料、偶氮苯類染料、半菁類染料或金屬配合物中一種或其組合。
9.一種染料敏化太陽能電池，包括正極，負極，及介于正極與負極之間的電解質(zhì)；其特征在于負極包括一導(dǎo)電基板，一半導(dǎo)體材料層及一光敏染料層，導(dǎo)電基板包括一多孔表面，復(fù)數(shù)納米級孔形成于該多孔表面，半導(dǎo)體材料層形成于該導(dǎo)電基板的多孔表面上，光敏染料層形成于半導(dǎo)體材料層上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池負極，該負極包括一導(dǎo)電基板，一半導(dǎo)體材料層及一光敏染料層，其特征在于導(dǎo)電基板包括一多孔表面，多個納米級孔形成于該多孔表面；半導(dǎo)體材料層形成于導(dǎo)電基板的多孔表面上，其中半導(dǎo)體材料為納米級半導(dǎo)體微粒，納米級半導(dǎo)體微粒分散于導(dǎo)電基板的納米級孔中；光敏染料層形成于半導(dǎo)體材料層上。本發(fā)明還涉及一種含有該負極的染料敏化太陽能電池。該電極導(dǎo)電基板的多孔設(shè)計，利用孔隙間隔，使得納米級半導(dǎo)體電極材料沉積時部分分散，防止納米級半導(dǎo)體電極材料異常堆積，從而增大太陽能電池電極表面積，提高電池光電轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號H01M4/00GK1571168SQ0313997
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者黃文正, 黃全德 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司