專利名稱：疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光電利用領(lǐng)域，特別是涉及一種聚合物太陽能電池和染料敏化
太陽能電池的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池。
背景技術(shù)：
法國科學(xué)家Henri Becq y erel于1839年首次觀察到光電轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，但是直到 1954年第一個可實用性的半導(dǎo)體太陽能電池的問世，"將太陽能轉(zhuǎn)化成電能"的想法才真 正成為現(xiàn)實。雖然直接利用光伏打效應(yīng)的光伏電池對太陽能的轉(zhuǎn)化效率比起其他的非直接 轉(zhuǎn)換方式要高好幾個數(shù)量級，但全球光伏電池的安裝容量卻十分有限，其主要原因是現(xiàn)有 的基于無機硅或半導(dǎo)體的光伏電池的價格過于昂貴。雖然經(jīng)過幾十年的技術(shù)進步和工藝改 進，其價格已經(jīng)下降了很多，但還是超出人們普遍可接受的范圍，并且進一步大幅降低的可 能性已幾乎不存在。目前無機硅光伏打電池(簡稱光伏電池)的最高能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達 到24%，基于砷化鎵半導(dǎo)體的光伏電池轉(zhuǎn)換效率甚至已經(jīng)達到了 31% 32% (AM 1. 5G條 件下)。但它們的制造條件要求苛刻，導(dǎo)致生產(chǎn)成本非常高，且在制造的過程中會產(chǎn)生一些 劇毒的物質(zhì)。此外，無機光伏電池的非柔韌性和不易加工等缺點也限制了其大面積化的應(yīng) 用進程。人們開始尋找新型的可以替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的太陽能電池。其中聚合物太陽能電池和 染料敏化太陽能電池就是很有前景的兩種，并且這兩種太陽能電池均可以在柔性襯底上制 成 1991年，瑞士科學(xué)家Gr針zel等人首次利用納米技術(shù)將染料敏化太陽能電池中的 轉(zhuǎn)化效率提高到7%。從此，染料敏化納米晶太陽能電池(即Gratzel電池)隨之誕生并得 以快速發(fā)展。最新的研究表明，基于Gratzel電池的新型染料敏化太陽能電池的效率已經(jīng) 達到11%。染料敏化太陽能電池主要包括工作電極、電解液和對電極。在導(dǎo)電基底上制備 一層多孔半導(dǎo)體薄膜，然后將染料分子吸附在多孔膜上成為工作電極。對電極一般是鍍有 一層鉑的導(dǎo)電玻璃。電解質(zhì)中含有氧化還原對，可以是液態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)或者固態(tài)，常用的是液 態(tài)電解液。 基于共軛聚合物的光伏打電池，或稱聚合物太陽能電池，具有和無機硅光伏電池 相同的最高理論轉(zhuǎn)換效率，聚合物太陽能電池卻具有重量輕、可用濕法成膜(旋轉(zhuǎn)涂膜、噴 墨打印以及絲網(wǎng)印刷)的廉價大面積制造技術(shù)，以及可制成柔性、特種形狀器件等優(yōu)點，它 甚至可以實現(xiàn)全塑料化和較強的光吸收密度。更重要的是，通過分子設(shè)計和合成新型半導(dǎo) 體聚合物或有機分子，可以容易地調(diào)控器件的性能.基于這些獨特的優(yōu)點，聚合物太陽能 電池成為近年來最熱門的研究領(lǐng)域之一。但是目前所開發(fā)的聚合物太陽能電池效率普遍都 還比較低，均在5%以下，且性能還不穩(wěn)定。制約其能量轉(zhuǎn)換效率的主要因素是電池的光譜
響應(yīng)范圍與太陽光地面輻射光譜不匹配等。 以上兩種太陽能電池的光譜響應(yīng)范圍在一定程度上是互補的，將兩種電池結(jié)合起
來，制備成一個疊層的結(jié)構(gòu)，就可以使合成后的電池具有比兩者都寬泛的光譜響應(yīng)范圍；將
兩種太陽能電池結(jié)合起來也可以起到互相增強的作用，做在下面的電池可以為做在上面的電池反射回一部分漏掉的光，做在上面的電池可以為做的下面的電池充當(dāng)一個散射層；同 時兩者都可以使用柔性襯底，制作工藝簡單，制成疊層結(jié)構(gòu)可以節(jié)省一部分成本。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問題 本發(fā)明的目的是提供一種解決現(xiàn)有技術(shù)缺陷、顯著提高染料敏化太陽能電池和聚 合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的層疊結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池。
( 二 )技術(shù)方案 為達到上述目的，提供一種依照本發(fā)明實施方式的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池， 其包括聚合物太陽能電池，以及形成于所述聚合物太陽能電池上的染料敏化太陽能電池。
優(yōu)選地，所述染料敏化太陽能電池由上至下包括其上附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯 底、半導(dǎo)體光敏層、電解液、鉑對電極和另一附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯底。
優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電膜為氧化銦錫。 優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體光敏層為浸泡過染料的Ti02薄膜，所述染料為N3或N719染 料。 優(yōu)選地，所述聚合物太陽能電池由上至下包括其上附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯 底、電子給體、電子受體、鉬對電極和另一附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯底。
優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電膜為氧化銦錫。 優(yōu)選地，所述染料敏化太陽能電池的鉑對電極形成于所述聚合物太陽能電池的柔 性襯底沒有附著透明導(dǎo)電膜的一面。
(三)有益效果 由于染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池吸收光的部分主要吸收的光波段 不完全重合，因此當(dāng)光透過上方的染料敏化太陽能電池時還有一部分光能沒有被吸收利 用，此時下面部分的聚合物太陽能電池可以吸收轉(zhuǎn)化剩余的光能；本發(fā)明的復(fù)合型太陽能 電池與單獨的染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池相比，在保證了上述兩種電池效率 基本不變的基礎(chǔ)上提高了光的吸收利用效率，從而可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，10、14、20、24、30、34、38 :柔性高分子透明導(dǎo)電薄膜；11、31 :浸泡過染料的
1102薄膜；12、32 :電解液；13、22、33、37 :鉑對電極；21、35 :電子給體；22、36 :電子受體。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施
例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。其中染料 敏化太陽電池包括柔性高分子透明導(dǎo)電薄膜IT0/PET10，該透明導(dǎo)電膜是氧化物半導(dǎo)體氧化銦錫；對電極鉑膜13，可以采用在柔性高分子透明導(dǎo)電薄膜ITO/PET上濺射的方法制備； 電解液12，其中含有13-/1_離子對；還包括浸泡過染料的Ti02薄膜ll，該層制備方法如 下 取一定量的鈦酸正丁酯緩慢滴加到無水乙醇中，攪拌0.5h后，再滴加1.5mL蒸 餾水，攪拌得到淡黃色溶膠，用淡黃色溶膠涂敷電極。制成鈦酸正丁酯溶膠電極。將 P25(Degussa公司，平均直徑為25nm)和溶膠按不同質(zhì)量比進行混合，采用超聲波振蕩處理 混合懸浮液O. 5h得到適當(dāng)粘度和分散均勻的涂膜漿體。采用玻璃棒在柔性襯底上涂敷Ti02 薄膜，將涂敷的薄膜電極放入盛滿蒸餾水的水浴鍋中于10(TC下處理若干小時，制得不同質(zhì) 量比的1102薄膜電極。 然后在染料(N3或是N719染料，也可以使其他種類的染料)中浸泡24_48h拿出 即得到浸泡過染料的Ti02薄膜11。 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。具體制備方 法如下將電子給體21 (如MEH-PPV，即聚2-甲氧基-5 (2'-乙基)己氧基-對苯撐乙撐) 和電子受體22 (如C60或是PCBM(6，6-苯基碳61 丁酸甲酯))共溶于一個有機溶劑中，然 后通過旋涂等方法在有透明導(dǎo)電膜一面的柔性高分子透明導(dǎo)電薄膜IT0/PET20上制成了 相互滲透并各自形成網(wǎng)絡(luò)狀連續(xù)相的共混薄膜。鉑對電極23的制備方法和染料敏化太陽 能電池中鉑對電極13相同。 如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的層疊結(jié)構(gòu)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。將兩種電 池結(jié)合，具體方法如下通過將上面的染料敏化太陽能電池(結(jié)構(gòu)如圖1)的對電極鉑膜33 制備于下面的聚合物太陽能電池(結(jié)構(gòu)如圖2)的柔性高分子透明導(dǎo)電薄膜IT0/PET34下 方。 由以上實施例可以看出，由于染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池吸收光的 部分主要吸收的光波段不完全重合，因此當(dāng)光透過上方的染料敏化太陽能電池時還有一部 分光能沒有被吸收利用，此時下面部分的聚合物太陽能電池可以吸收轉(zhuǎn)化剩余的光能；本 發(fā)明的復(fù)合型太陽能電池與單獨的染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池相比，在保證 了上述兩種電池效率基本不變的基礎(chǔ)上提高了光的吸收利用效率，從而可以提高光電轉(zhuǎn)換 效率。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述太陽能電池包括聚合物太陽能電池，以及制備于所述聚合物太陽能電池上的染料敏化太陽能電池。
2. 如權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述染料敏化太陽 能電池由上至下包括其上附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯底、半導(dǎo)體光敏層、電解液、鉬對電極 和另 一 附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯底。
3. 如權(quán)利要求2所述的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜為氧化銦錫。
4. 如權(quán)利要求2所述的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述半導(dǎo)體光敏層 為浸泡過染料的Ti02薄膜，所述染料為N3或N719染料。
5. 如權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述聚合物太陽能 電池由上至下包括其上附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯底、電子給體、電子受體、鉬對電極和另 一附著有透明導(dǎo)電膜的柔性襯底。
6. 如權(quán)利要求5所述的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜為 氧化銦錫。
7. 如權(quán)利要求l-6任一項所述的疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其特征在于，所述染料 敏化太陽能電池的鉑對電極形成于所述聚合物太陽能電池的柔性襯底沒有附著透明導(dǎo)電 膜的一面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合型太陽能電池，其包括聚合物太陽能電池，以及形成于所述聚合物太陽能電池上的染料敏化太陽能電池。本發(fā)明的復(fù)合型太陽能電池與單獨的染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池相比，在保證了上述兩種電池效率基本不變的基礎(chǔ)上提高了光的吸收利用效率，從而可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01G9/20GK101777574SQ201010034118
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉力鋒, 康晉鋒, 張?zhí)焓? 王寶, 王旭, 王琰, 范志偉 申請人:北京大學(xué)