專利名稱：大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底及其太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底和具有該導(dǎo)電基底的染料敏化太陽能電 池，尤其涉及一種大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底和具有該導(dǎo)電基底的染料敏化太陽 能電池。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池是伴隨著半導(dǎo)體電化學(xué)發(fā)展起來的一個(gè)嶄新的科學(xué)研究領(lǐng)域。所述 染料敏化太陽能電池是以染料敏化多孔納米結(jié)構(gòu)薄膜為光陽極，并將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能 的一種半導(dǎo)體光電器件。目前，已報(bào)道的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到了很大程 度的提高，達(dá)到11%。這一光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近實(shí)用化水平。
染料敏化太陽能電池由多孔納米晶氧化物薄膜、染料敏化劑、電解質(zhì)及其對電極等部分 構(gòu)成。其中，染料敏化太陽能電池中電子的收集和傳輸主要由導(dǎo)電玻璃完成。目前，商業(yè)應(yīng) 用的導(dǎo)電玻璃表面方塊電阻在10歐姆以上，而其電阻對電池性能的影響很大。在染料敏化太
陽能電池的實(shí)驗(yàn)研究中可以發(fā)現(xiàn)，隨著電池面積的不斷增加，電池的填充因子迅速減小，短 路電流不斷減小，電池的光電轉(zhuǎn)換效率變小。影響上述變化的主要原因是導(dǎo)電玻璃表面電阻 的影響，即電子的傳輸路程太長，從而導(dǎo)致了電子在傳輸過程中損耗增大。 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本案設(shè)計(jì)人憑借從事此行業(yè)多年的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，積極研究改良， 提出了本發(fā)明大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底的技術(shù)方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種可以加快電子傳輸，減小電子損 耗，并實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池大面積化、實(shí)用化的導(dǎo)電基底。
本發(fā)明的又一目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種可以加快電子傳輸，減小電子損 耗，并實(shí)現(xiàn)大面積化、實(shí)用化的染料敏化太陽能電池。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底，包括透明襯底、緊鄰?fù)该饕r底并間隔設(shè)置 在透明襯底上的柵電極及涂覆在透明襯底上且包覆柵電極的導(dǎo)電層。所述柵電極的寬度是2 100微米。所述相鄰的柵電極之間的間距是500 8000微米。所述透明襯底是透明的玻璃基 底或者透明的聚合物基底。所述柵電極是導(dǎo)電金屬電極。所述導(dǎo)電層是ATO導(dǎo)電層、ITO導(dǎo) 電層或者FTO導(dǎo)電層。為達(dá)到上述又一目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-
一種具有上述導(dǎo)電基底的大面積染料敏化太陽能電池，包括成面向設(shè)置的對電極和導(dǎo)電 基底、位于對電極和導(dǎo)電基底之間的電解質(zhì)和染料敏化劑及形成在導(dǎo)電基底上的納米晶膜， 其中，導(dǎo)電基底包括透明襯底、緊鄰?fù)该饕r底并間隔設(shè)置在透明襯底上的柵電極及涂覆在透 明襯底上且包覆柵電極的導(dǎo)電層。所述柵電極的寬度是2 100微米。所述相鄰的柵電極之間 的間距是500 8000微米。所述透明襯底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。所述柵 電極是導(dǎo)電金屬電極。所述導(dǎo)電層是ATO導(dǎo)電層、ITO導(dǎo)電層或者FTO導(dǎo)電層。
在大面積染料敏化太陽能電池的工作過程中，當(dāng)染料敏化太陽能電池受到外界光強(qiáng)照射 時(shí)，吸附在納米晶膜上的染料敏化劑在光照下吸收光能并躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，則 電子快速的注入到緊鄰的較低能級的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上，并很快通過納米晶膜進(jìn)入導(dǎo)電基底的 導(dǎo)電層。進(jìn)入導(dǎo)電層的電子分別通過導(dǎo)電層和柵電極傳輸?shù)酵怆娐分?。由于柵電極是導(dǎo)電金 屬電極，所以電子更容易經(jīng)由導(dǎo)電層進(jìn)入柵電極。其中，由光激發(fā)所產(chǎn)生的光生電子是縱向 穿過透明導(dǎo)電層，其中透明導(dǎo)電層的厚度一般為幾千到幾百納米。傳輸?shù)綎烹姌O的電子通過 外電路傳輸?shù)綄﹄姌O，以完成電路中電子的回路傳輸?，F(xiàn)有太陽能電池的光生電子是橫向穿 過透明導(dǎo)電層，其中透明導(dǎo)電層的橫向長度一般為幾毫米以上。進(jìn)而傳輸?shù)诫姌O上，進(jìn)入外 電路。因而，光生電子在傳統(tǒng)的太陽能電池中橫向傳輸?shù)木嚯x要比縱向傳輸?shù)木嚯x大幾個(gè)數(shù) 量級。通過柵電極與導(dǎo)電層電連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得染料敏化太陽能電池整體的導(dǎo)出電阻下 降。同時(shí)，進(jìn)入導(dǎo)電基底的電子大部分通過柵電極導(dǎo)出到外電路，而柵電極不與電解質(zhì)接觸， 從而大大的減少了電子的復(fù)合。
綜上所述，通過在導(dǎo)電基底的透明襯底上間隔布置柵電極，并在所述柵電極上裹覆導(dǎo)電 層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得大面積染料敏化太陽能電池中電子的傳輸速度加快，電子在傳輸過程中 的損耗減小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的大面積化，實(shí)用化。
圖l (a)為本發(fā)明大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖l (b)為本發(fā)明大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底的結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖2為具有本發(fā)明的大面積染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底的等效原理電路圖。
具體實(shí)施例方式
為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)例并配合 圖示予以詳細(xì)說明。
4請參閱圖1 (a)、圖1 (b)，圖1 (a)、圖1 (b)示出大面積染料敏化太陽能電池1的導(dǎo) 電基底2。所述導(dǎo)電基底2包括透明襯底21、緊鄰?fù)该饕r底21并間隔設(shè)置在透明襯底21上 的柵電極22及涂覆在透明襯底21上且包覆柵電極22的導(dǎo)電層23。所述透明襯底21為透明 的玻璃基底或者透明的聚合物基底，非限制的包括FTO玻璃基底、ITO/PET玻璃基底。柵電 極22是導(dǎo)電金屬電極。所述柵電極22的寬度是2 100微米，優(yōu)選的是20微米。所述相鄰 的柵電極22之間的間距是500 8000微米，優(yōu)選的是2毫米。所述導(dǎo)電層23為透明導(dǎo)電層， 優(yōu)選的是ATO導(dǎo)電層、ITO導(dǎo)電層或者FTO導(dǎo)電層。
請參閱圖2，圖2示出了具有本發(fā)明導(dǎo)電基底2的大面積染料敏化太陽能電池1。所述大 面積染料敏化太陽能電池1包括成面向設(shè)置的對電極11和光陽極12、位于對電極11和光陽 極12之間的電解質(zhì)13和染料敏化劑14。其中，光陽極12是在導(dǎo)電基底2上通過涂覆燒結(jié) 等傳統(tǒng)工藝形成納米晶膜15制備而成。其中，染料敏化劑14吸附在納米晶膜15上。所述呈 間隔設(shè)置的柵電極22分別與外電路16電連接。并同時(shí)在染料敏化太陽能電池1的外電路16 中加載負(fù)載17。
請參閱圖3，并結(jié)合參閱圖2，圖3示出通過納米晶膜15進(jìn)入導(dǎo)電層23的電子的傳輸過 程。以方便對電子傳輸過程的描述，定義導(dǎo)電層23與柵電極22之間的電阻R1為24。定義 導(dǎo)電層23的電阻R2為25。定義柵電極22的電阻R3為26。
在大面積染料敏化太陽能電池1的工作過程中，當(dāng)染料敏化太陽能電池1受到外界光強(qiáng) 照射時(shí)，吸附在納米晶膜15上的染料敏化劑M在光照下吸收光能并躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài) 不穩(wěn)定，則電子快速的注入到緊鄰的較低能級的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上，并很快通過納米晶膜15進(jìn) 入導(dǎo)電基底2的導(dǎo)電層23。進(jìn)入導(dǎo)電層23的電子分別通過導(dǎo)電層23和柵電極22傳輸?shù)酵?電路16中。由于柵電極22是導(dǎo)電金屬電極，所以電子更容易的經(jīng)由導(dǎo)電層23進(jìn)入柵電極 12。其中，由光激發(fā)所產(chǎn)生的光生電子是通過縱向電子傳輸而傳輸?shù)酵怆娐?6， g口，光生電 子傳輸?shù)綄?dǎo)電基底2的導(dǎo)電層23，處在導(dǎo)電層23的電子進(jìn)而傳輸?shù)綎烹姌O12。傳輸?shù)綎烹?極12的電子通過外電路16傳輸?shù)綄﹄姌O11，以完成電路中電子的回路傳輸。通過柵電極22 與導(dǎo)電層23電連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得染料敏化太陽能電池l整體的導(dǎo)出電阻下降。同時(shí)，進(jìn) 入導(dǎo)電基底2的電子大部分通過柵電極22導(dǎo)出到外電路16，而柵電極22不與電解質(zhì)13接 觸，從而大大的減少了電子的復(fù)合。
綜上所述，通過在導(dǎo)電基底2的透明襯底22上間隔布置柵電極22，并在所述柵電極22 上裹覆導(dǎo)電層23的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得大面積染料敏化太陽能電池1中電子的傳輸速度加快，電 子在傳輸過程中的損耗減小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池1的大面積化，實(shí)用化。本領(lǐng)域技術(shù)人員均應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行 各種修改和變型。因而，如果任何修改和變型落入所附權(quán)利要求書以及等同物的保護(hù)范圍內(nèi) 時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明涵蓋這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底，其特征是所述導(dǎo)電基底包括透明襯底、緊鄰?fù)该饕r底并間隔設(shè)置在透明襯底上的柵電極及涂覆在透明襯底上且包覆柵電極的導(dǎo)電層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底，其特征是所述的柵電極 的寬度是2 100微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底，其特征是所述的柵電極中兩個(gè)相鄰電極的間距是500 8000微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底，其特征是所述的透明襯 底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底；所述的柵電極是導(dǎo)電金屬電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底，其特征是所述的導(dǎo)電層是ATO導(dǎo)電層，或者ITO導(dǎo)電層，或者FTO導(dǎo)電層。
6. —種具有如權(quán)利要求1所述導(dǎo)電基底的大面積染料敏化太陽能電池，包括成面向設(shè)置的對 電極和導(dǎo)電基底、位于對電極和導(dǎo)電基底之間的電解質(zhì)和染料敏化劑及形成在導(dǎo)電基底上 的納米晶膜，其特征是導(dǎo)電基底包括透明襯底、緊鄰?fù)该饕r底并間隔設(shè)置在透明襯底上 的柵電極及涂覆在透明襯底上且包覆柵電極的導(dǎo)電層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大面積染料敏化太陽能電池，其特征是:所述的柵電極的寬度是2 100微米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大面積染料敏化太陽能電池，其特征是所述的柵電極中兩個(gè)相鄰 電極的間距是500 8000微米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大面積染料敏化太陽能電池，其特征是所述的透明襯底是透明的 玻璃基底或者透明的聚合物基底；所述的柵電極是導(dǎo)電金屬電極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大面積染料敏化太陽能電池，其特征是所述的導(dǎo)電層是ATO 導(dǎo)電層，或者ITO導(dǎo)電層，或者FTO導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種大面積染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基底及具有所述導(dǎo)電基底的染料敏化太陽能電池。該導(dǎo)電基底包括透明襯底、緊鄰?fù)该饕r底并間隔設(shè)置在透明襯底上的柵電極及涂覆在透明襯底上且包覆柵電極的導(dǎo)電層。其中，透明襯底是透明的玻璃基底或者透明的聚合物基底。柵電極的寬度是2～100微米。所述相鄰的柵電極之間的間距是500～8000微米。所述導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電層，優(yōu)選的是ITO導(dǎo)電層、ATO導(dǎo)電層或者FTO導(dǎo)電層。通過在導(dǎo)電基底的透明襯底上間隔布置柵電極，并在所述柵電極上裹覆導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得具有上述導(dǎo)電基底的大面積染料敏化太陽能電池中電子的傳輸速度加快，電子在傳輸過程中的損耗減小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的大面積化，實(shí)用化。
文檔編號(hào)H01L51/42GK101567267SQ20091005034
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者劉志勇, 周文謙, 蔡傳兵, 輝 馬, 魯玉明 申請人:上海大學(xué)