-ZnS光陽極的染料敏化太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈣鈦礦染料敏化太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于T12-ZnS光陽極的染料敏化太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，太陽能電池朝著轉(zhuǎn)化效率高、成本低、工藝簡單、穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好的方向發(fā)展。而太陽能電池為什么沒有很好的得到利用，其中主要的原因就是成本太高，轉(zhuǎn)化效率還偏低。然而1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院的Gratzel教授首次將染料敏化納米晶太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率突破7%，染料敏化太陽能電池具備工藝簡單、成本低的特點將成為未來的發(fā)展潮流；染料敏化太陽能電池的缺點是在反應(yīng)過程中，由于Ti02導(dǎo)帶中的電子與氧化態(tài)染料、13_復(fù)合，使外電路中的電子減少，即產(chǎn)生所謂的暗電流。是由于暗反應(yīng)及其半導(dǎo)體本身復(fù)合效應(yīng)造成器件轉(zhuǎn)化效率低，且器件不穩(wěn)定。而基于復(fù)合薄膜的Ti02-CdS中CdS會對環(huán)境產(chǎn)生污染，不是綠色能源。而ZnO的光生電子分離的幾率相對ZnS減低，復(fù)合概率相對較大，不是理想的染料敏化太陽能光陽極材料。然而相對于T12-ZnCKT12-CdS復(fù)合薄膜光陽極太陽能電池，T12-ZnS的ZnS室溫下激子束縛能40meV，纖鋅礦結(jié)構(gòu)，良好的壓電、載流子傳輸和光催化特性。ZnS光生電子分離的幾率越高，電子-空穴的復(fù)合率越小，相應(yīng)的光催化活性就越強且相對于CdS不會對環(huán)境造成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)，提供基于T12-ZnS光陽極的染料敏化太陽能電池，該染料敏化太陽能可以提高轉(zhuǎn)化效率，工藝簡單，節(jié)約成本，使得太陽能電池更加普及化，具體技術(shù)方案如下。
[0004]基于T12-ZnS光陽極的染料敏化太陽能電池，結(jié)構(gòu)從下至上依次包括導(dǎo)電玻璃層FT0、光陽極、染料N719、電解質(zhì)、鉑對電極，其特點是所述光陽極為T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜。
[0005]進一步優(yōu)化地，所述T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為T12層與ZnS層復(fù)合的疊層結(jié)構(gòu)，或由T12材料與ZnS材料混合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，或ZnS層包覆T1 2層的包覆結(jié)構(gòu)。
[0006]進一步優(yōu)化地，所述T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為在表面連續(xù)且具有凹凸結(jié)構(gòu)的T12層上覆蓋ZnS層，ZnS層表面也具有與T12層表面凹凸方向相同的凹凸結(jié)構(gòu)。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
1.本發(fā)明采用的是T12-ZnS復(fù)合薄膜光陽極結(jié)構(gòu)，ZnS與T12復(fù)合，能夠擴展能帶范圍，吸收更多的太陽光，改變T12薄膜中電子的分布，降低載流子在傳導(dǎo)過程中的復(fù)合機率，從而提高電子的傳輸效率，同時還可減少暗電流的產(chǎn)生，多孔結(jié)構(gòu)又能很好的與染料接觸，提尚與染料的接觸面積，從而提尚電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0008]2.本發(fā)明采用的是ZnS與T12復(fù)合，ZnS室溫下激子束縛能40meV。纖鋅礦結(jié)構(gòu)。良好的壓電、載流子傳輸和光催化特性。ZnS光生電子分離的幾率越高，電子-空穴的復(fù)合率越小，進而能提高染料敏化太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率；同時ZnS無毒無害，是一種綠色材料。
[0009]3.結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，特別是采用非常規(guī)的特殊結(jié)構(gòu)，即T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為在表面連續(xù)且具有凹凸結(jié)構(gòu)的T1Jl上覆蓋ZnS層，ZnS層表面也具有與T12層表面凹凸方向相同的凹凸結(jié)構(gòu)，染料中產(chǎn)生的電子由于導(dǎo)帶能級高低從ZnS導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到T12導(dǎo)帶，空穴從T12價帶轉(zhuǎn)移到ZnS價帶，電子相比核殼結(jié)構(gòu)能有效分離，且能通過T1 2轉(zhuǎn)移到外電路中。
【附圖說明】
[0010]圖1是Ti02/ZnS疊層結(jié)構(gòu)圖；
圖2是Ti02/ZnS混合結(jié)構(gòu)圖；
圖3是Ti02/ZnS包覆結(jié)構(gòu)圖；
圖4是Ti02/ZnS包覆疊層結(jié)構(gòu)圖；
圖5是Ti02-ZnS復(fù)合薄膜載流子轉(zhuǎn)移圖。
[0011]【具體實施方式】為了更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，需指出的是以下若有未特別詳細說明的過程，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)或理解的。
[0012]如圖1，為本發(fā)明的一種實例示意圖，基于T12-ZnS光陽極的染料敏化太陽能電池，結(jié)構(gòu)從下至上依次包括導(dǎo)電玻璃層FT0、光陽極、染料N719、電解質(zhì)、鉑對電極，其特點是所述光陽極為T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜。所述T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為T12層與ZnS層復(fù)合的疊層結(jié)構(gòu)。
[0013]如圖2，為本發(fā)明的另一種實例示意圖，所述T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為由1102材料與ZnS材料混合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，圖中符號虛圓為T1Jl 1，符號實圓為ZnS層2。
[0014]如圖3為本發(fā)明的再另一種實例示意圖，所述T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為ZnS層包覆T12層的包覆結(jié)構(gòu)(核結(jié)構(gòu))，圖中小圓為T1Ji I，大圓為ZnS層2。
[0015]如圖4，進一步優(yōu)化地，所述T12-ZnS多孔復(fù)合薄膜為在表面連續(xù)且具有凹凸結(jié)構(gòu)的T1Jl上覆蓋ZnS層，ZnS層表面也具有與T12層表面凹凸方向相同的凹凸結(jié)構(gòu)。由于核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜具有一定的缺點，即如果當制備的外層ZnS殼的薄膜厚度大于1102核的半徑時，就會導(dǎo)致只有打02核中的空穴轉(zhuǎn)移到外部ZnS層是有效的，而ZnS層內(nèi)的電子卻不能有效的迀移到內(nèi)部T12層上，因此這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜不能實現(xiàn)電子迀移到外電路。因此無法產(chǎn)生光電流，本實例提出一種新型的核殼加疊層結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，結(jié)構(gòu)圖如圖4。制備方法，首先在FTO玻璃上制備一層T12薄膜，然后在Ti02薄膜上制備T1 2iZnS核殼結(jié)構(gòu)。采用新型結(jié)構(gòu)的特點是比表面積大；染料中產(chǎn)生的電子由于導(dǎo)帶能級高低從ZnS導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到T12導(dǎo)帶，空穴從T12價帶轉(zhuǎn)移到ZnS價帶，電子相比核殼結(jié)構(gòu)能有效分離，且能通過1102轉(zhuǎn)移到外電路中，外電路能檢測到電流。
[0016]本實例提出基于T12-ZnS多孔光陽極的新型染料敏化太陽能。該染料敏化太陽能充分利用了 ZnS的優(yōu)點。ZnS屬于第三代半導(dǎo)體材料，是I1-VI族寬禁帶半導(dǎo)體化合物中禁帶寬度最大的直接帶隙材料，禁帶寬度為3.6eV，室溫下激子束縛能40meV，纖鋅礦結(jié)構(gòu)。具有良好的壓電