專利名稱：染料敏化太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，具體的說，是涉及一種具有新型對電極結構的染料 敏化太陽能電池。
背景技術：
染料敏化納米薄膜太陽電池是1991年由瑞士聯(lián)邦理工學院Gi^tzel教授提出的 一種全新的光化學太陽電池，它通常由染料敏化光陽極、含有Γ/Ι3—氧化還原電對的電解 質(zhì)溶液以及對電極構成。具有成本較低，制備工藝簡單，較好的環(huán)境相容性，有著很好的應 用前景。目前研究主要集中于染料敏化劑分子的設計與合成、電子在納米二氧化鈦(TiO2) 多孔膜內(nèi)的傳輸特性和理論模型研究，以及準固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)的研制等，關于染料敏化 納米薄膜太陽電池對電極的研究則相對較少。由于導電襯底的透明性，使得一部分光從染料敏化電池中透過而不能被有效的吸 收利用，這就白白浪費了很多太陽光的能量。通過在染料敏化光陽極的背面增加具有高反 射率的金紅石晶型的TiO2和在薄膜中摻人少量的大顆粒TiO2來增加光的傳播路徑，可以增 加電池在長波范圍的光吸收。但背反射層厚度的增加會阻礙電解質(zhì)在納米多孔薄膜中的傳 輸，如果摻雜大顆粒過量還會影響染料在二氧化鈦的吸咐量。通過在對電極上鍍一層較厚 的鉬金膜，形成一層鉬鏡也具有光反射作用，但由于鉬是貴金屬，成本較高，因此不適于廣 泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種低成本的新型對電極染料敏化太陽能電 池，通過光反射，進一步增加光在電池中的傳播路徑，可以增加敏化電池對光的吸收，從而 實現(xiàn)提高太陽電池的光電轉換效率的目的。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種染料敏化太陽能電池，包括由導電襯底組成的對電極，所述對電極的外側具
有光反射層。所述導電襯底為FTO導電玻璃或ITO-PET或ΙΤ0-ΡΕΝ。所述對電極的內(nèi)側具有鉬層。所述光反射層是銀層或鋁層。所述光反射層的厚度是10 200nm。所述光反射層由濺射或蒸鍍或電化學鍍的方法制備。一種染料敏化太陽能電池的制備方法，包括(1)在清洗干凈的導電襯底上，獲得具有光反射層的對電極。(2)將二氧化鈦陽極浸漬于染料中，得到染料敏化光陽極。(3)將對電極和染料敏化光陽極組裝，注入電解質(zhì)，得到具有光反射層對電極結構的染料敏化電池。
采用本發(fā)明的技術方案，染料敏化太陽能電池的對電極的外側帶有光反射層，使 對電極具有很好的光反射性能，將未能吸收的太陽光線重新反射到電池中，可以充分利用 未吸收的太陽光線，實現(xiàn)提高光電轉化效率的目的。


圖1是本發(fā)明的具有光反射層的染料敏化太陽能電池的結構示意圖；圖2是現(xiàn)有技術中不具有光反射層的染料敏化太陽能電池的工作原理圖；圖3是本發(fā)明的具有光反射層的染料敏化太陽能電池的工作原理圖。
具體實施例方式下面根據(jù)圖1至圖3，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能更好地理 解本發(fā)明的功能、特點。如圖1所示，本發(fā)明的染料敏化太陽能電池，工作電極包括光陽極1和對電極3，光 陽極1包括寬禁帶半導體染料敏化二氧化鈦薄膜4。對電極由導電襯底7，透明導電層6、外 側光反射層8、內(nèi)側具有催化作用的鉬層5組成。導電襯底7可以為柔性的ITO-PET (銦錫 氧化物_聚對苯二甲酸乙二酯)，ITO-PEN(銦錫氧化物-聚萘二甲酸乙二醇酯)，或者是剛 性的摻氟二氧化錫導電玻璃(FT0導電玻璃)等。光反射層8處于透明導電襯底的外側，透 明導電襯底7的內(nèi)側為具有高效催化效率的鉬層5。吸附了染料的寬禁帶半導體二氧化鈦 的表面，加入電解質(zhì)2，與含有光反射層的鍍鉬對電極3組成三明治結構，形成一個夾心形 狀，通過熱熔膠膜進行封裝成本發(fā)明的染料敏化太陽能電池。本發(fā)明中，寬禁帶二氧化鈦膜采用納米二氧化鈦膜，通過絲網(wǎng)印刷等技術手段獲 得。染料為含釕的N719，N3，Z907，黑染料；或者為不含釕的染料，如酞菁類，吲哚類，卟啉類 染料。電解質(zhì)2可以為半固態(tài)或液體電解質(zhì)。用Surlynl702膠帶做成Spacer，把Spacer 放在染料敏化光陽極和對電極之間，使上下兩片電極形成一個空間，加熱到120°C，通過加 熱把兩個電極粘到一塊，實現(xiàn)經(jīng)過染料敏化的二氧化鈦光陽極和Pt對電極的封裝。如圖2所示，現(xiàn)有技術的在未加入光反射層8的情況下，由于導電襯底7的透明 性，光線穿透玻璃，不能被有效的吸收利用，太陽能電池的光電轉化效率較低。而如圖3所 示，在常規(guī)的染料敏化電池的對電極3加有一層具有光反射層8的結構，利用對電極3上外 側具有光反射性能的薄層，將經(jīng)過染料敏化電池中未吸收的太陽光再次反射回到電池中， 實現(xiàn)對太陽光能的充分吸收，可以提高染料敏化電池的光電轉化效率。光反射層8所用的材料可以是銀，也可以是鋁，因為這兩種材料具有很好的反光 效果，把電池沒有吸收的光給反射回去，讓光陽極上的染料繼續(xù)吸收太陽光子的能量。對未 吸收的太陽光能量進行全面利用。光反射層8的厚度在10 200nm之間。一般來說，在對電極的光反射層厚度的取 值當然是越大越好，但是厚度越大，則會成本越高。如果光反射層薄膜的厚度太薄，則不可 能起到一個較好的反射效果。光反射層8的制備，一般是通過濺射，蒸鍍，電化學沉積等方法獲得。其制備過程 是將導電襯底在超聲波清洗器中洗凈，放在磁控濺射室內(nèi)，腔室內(nèi)加入銀靶或鋁靶準備濺 射，在ITO-PET或ITO-PEN上濺射一層銀膜或者鋁膜。可以通過制備條件改變工藝參數(shù)，很容易的改變反射層的厚度。實施例一在導電玻璃上的導電面上，使用熱分解法制備得到起到催化作用的鉬層。通過真 空蒸鍍的方法，在Pt對電極的外側面制備具有光反射層的銀層。將研磨得到的粒徑為20nm左右TiO2膠體均勻的涂覆于透明導電 膜的導電玻璃 上，通過在馬弗爐中加熱的方法得到10-14μπι厚的TiO2薄膜電極。二氧化鈦透明導電薄 膜經(jīng)過處理后，自然降溫，當溫度降低到80°C時，浸入到染料溶液中，所用染料為黑染料， 浸泡時間為24小時，得到經(jīng)過染料敏化的二氧化鈦光陽極。同時用SUrlynl702膠帶做成 Spacer，把Spacer放在光陽極和含有光反射層的對電極之間，使上下兩片電極形成一個空 間，加熱到120°C，通過加熱把兩個電極粘到一塊，再注入液體電解質(zhì)，實現(xiàn)經(jīng)過染料敏化的 二氧化鈦光陽極和Pt對電極的封裝，得到染料敏化電池。實施例二在柔性的ITO-PET上通過電化學沉積的方法沉積一層起催化作用的鉬層，在磁控 濺射儀上通過濺射的方法，在Pt對電極的外側面制備具有光反射層的鋁層。將粒徑為20nm左右TiO2膠體均勻的涂覆于透明導電膜的導電襯底上，加熱到 130°C，得到10-14μπι厚的TiO2薄膜電極。二氧化鈦透明導電薄膜經(jīng)過熱處理過程后，自然 降溫，當溫度降低到80°C時，浸入到染料溶液中，所用為黑染料，浸泡時間為24小時，得到 經(jīng)過染料敏化的二氧化鈦光陽極。同時用Surlynl702膠帶做成Spacer，把Spacer放在光 陽極和含有光反射層的對電極之間，使上下兩片電極形成一個空間，加熱到120°C，通過加 熱把兩個電極粘到一塊，再注入液體電解質(zhì)，實現(xiàn)經(jīng)過染料敏化的二氧化鈦光陽極和Pt對 電極的封裝，得到染料敏化電池。實施例三在柔性的ITO-PEN襯底上通過電化學沉積的方法沉積一層起催化作用的鉬層，通 過磁控濺射的方法，在Pt對電極的外側面制備具有光反射層的鋁層。將研磨得到的粒徑為20nm左右TiO2膠體均勻的涂覆于透明導電膜的導電玻璃 上，通過加熱的方法得到10-14μπι厚的TiO2薄膜電極。二氧化鈦透明導電薄膜經(jīng)過處理 后，自然降溫，將電極浸入到染料溶液中，所用染料為卟啉類染料(ZnP-I)，浸泡時間為24 小時，得到經(jīng)過染料敏化的二氧化鈦光陽極。注入半固態(tài)電解質(zhì)，用SUrlynl702膠帶做成 Spacer，把Spacer放在光陽極和含有光反射層的對電極之間，使上下兩片電極形成一個空 間，加熱到120°C，通過加熱把兩個電極粘到一塊，實現(xiàn)經(jīng)過染料敏化的二氧化鈦光陽極和 Pt對電極的封裝，得到具有光反射層的柔性半固態(tài)的低成本的染料敏化電池。本發(fā)明的優(yōu)點是公開了一種染料敏化太陽能電池的對電極添加光反射層的技術 方案，通過在鉬對電極外側加上一層具有高反射率的銀層或鋁層，起到將電池中未吸收的 光線被重新反射回電池中，提高染料敏化太陽能電池的光吸收效率，達到提高光電轉化效 率的目的。其可以通過濺射，蒸鍍，電化學沉積等制備方法，在對電極的外側得到具有高反 射層性能的金屬薄膜。制備工藝簡單，成本低廉，可以通過改變不同薄膜的種類，厚度等因 素，有效提高對太陽光線的吸收，得到具有較高轉化效率的染料敏化電池。
權利要求
一種染料敏化太陽能電池，包括由導電襯底組成的對電極，其特征在于，所述對電極的外側具有光反射層。
2.根據(jù)權利要求1所述染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述導電襯底為FTO導電玻 璃或 ITO-PET 或 ΙΤ0-ΡΕΝ。
3.根據(jù)權利要求1所述染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述對電極的內(nèi)側具有鉬層。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述光反射層是銀層。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述光反射層是鋁層。
6.根據(jù)權利要求1所述染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述光反射層的厚度是 10 200nm。
7.根據(jù)權利要求1所述染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述光反射層是通過濺射 或蒸鍍或電化學鍍施加到所述對電極的外側。
8.一種染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括(1)在清洗干凈的導電襯底上，獲得具有光反射層的對電極；(2)將二氧化鈦陽極浸漬于染料中，得到染料敏化光陽極；(3)將對電極和染料敏化光陽極組裝，注入電解質(zhì)，獲得具有光反射層對電極結構的染 料敏化電池。
9.根據(jù)權利要求8所述的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟(1)中， 所述光反射層通過濺射或蒸鍍或電化學鍍施加到所述對電極的外側。
全文摘要
一種染料敏化太陽能電池，包括由導電襯底組成的對電極，所述對電極的外側具有光反射層，光反射層是銀層或鋁層。采用本發(fā)明的技術方案，染料敏化太陽能電池的對電極的外側帶有光反射層，使對電極具有很好的光反射性能，將原來染料敏化電池中未能吸收的太陽光線被反射到電池中，可以充分利用未吸收的太陽光線，實現(xiàn)提高光電轉化效率的目的。
文檔編號H01G9/022GK101826400SQ20091004690
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者包健, 夏芃, 范振華, 范繼良, 鄭飛璠 申請人:上海拓引數(shù)碼技術有限公司