一種納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率，電池的半導(dǎo)體光陽極結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有以下特點:比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)連貫、半導(dǎo)體粒子連接緊密等。目前，染料敏化太陽能電池的半導(dǎo)體光陽極大多為納米晶薄膜，該類薄膜雖然制備工藝簡單，但薄膜內(nèi)實際上是納米尺度的粒子間的相互連接，具有三維網(wǎng)狀空隙結(jié)構(gòu)，電子傳輸通過粒子與粒子之間的連接來保證的。這種連接是隨機的、松散的并可能存在斷點，有可能成為電子復(fù)合中心，從而影響光電轉(zhuǎn)化效率。
[0003]研宄表明，與納米粒子相比，納米線、納米管等一維納米材料的比表面積有所減小，吸附染料也較少，但一維納米材料的電子傳輸效率是納米粒子的幾百倍，同時電子在一維納米材料管薄膜中的壽命是納米粒子薄膜的三倍以上。如果以一維結(jié)構(gòu)的納米管代替納米晶構(gòu)成薄膜，納米管的管壁將會為光生電子提供安全快捷的傳輸通道，染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化將有可能提高。
[0004]因此，有人嘗試以無序的納米線及納米管構(gòu)建染料敏化太陽能電池的光陽極，也有人以金屬鈦陽極氧化制備的納米管薄膜構(gòu)建光陽極，都取得了一定的效果。以無序的納米線或納米管構(gòu)建光陽極，一維的納米材料隨機排列，相互之間連接程度差，容易發(fā)生聚集而成為電子復(fù)合中心，進而影響電子的傳輸；陽極氧化制備納米管薄膜排列有序，與導(dǎo)電基底垂直，電子傳輸阻力大大減小，但納米管之間彼此緊密相連，納米管的外表面積幾乎無法得到利用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，解決現(xiàn)有染料敏化太陽能電池光陽極中納米晶薄膜電子傳輸效率低、電子壽命短的問題。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，包括導(dǎo)電基板，導(dǎo)電基板上覆蓋有導(dǎo)電膜，導(dǎo)電膜上設(shè)置有致密半導(dǎo)體底層，兩個或兩個以上納米管垂直插入致密半導(dǎo)體底層中；納米管彼此平行，呈陣列分布。
[0007]本實用新型的特征還在于，
[0008]導(dǎo)電基板選用聚合物、透明玻璃、金屬中的一種或組合。
[0009]致密半導(dǎo)體底層的厚度為20nm?50nm。
[0010]納米管選用金屬硫化物、金屬砸化物及金屬氧化物中的一種或組合。
[0011]納米管的管徑為50nm?150nm，管壁厚度為20nm?50nm，管長為10 μ m?50 μ m。
[0012]納米管彼此之間存在空隙，相鄰納米管管壁之間距離為50nm?10nm0
[0013]本實用新型的有益效果是，用納米管代替納米晶薄膜進行電解質(zhì)的迀移和電荷的傳輸:納米管垂直于導(dǎo)電基底呈陣列排列，孔隙連通有序，電解質(zhì)的迀移路徑短，有利于電解液傳質(zhì)；納米管的管壁為半導(dǎo)體單晶，光生電子在電極中的傳輸路徑短，阻力??；納米管之間存在空隙，納米管的外表面積得到利用，增大了光陽極的有效作用面積，能夠吸附更多染料，也能為電解質(zhì)提供更多的傳輸通道，從而使更多的表面參與界面反應(yīng)，提高染料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型納米管陣列結(jié)構(gòu)的光陽極結(jié)構(gòu)斷面示意圖。
[0015]圖2為本實用新型納米管陣列結(jié)構(gòu)光陽極的俯視圖。
[0016]圖中，1.導(dǎo)電基板，2.導(dǎo)電膜，3.致密半導(dǎo)體底層，4.納米管。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0018]圖1是本實用新型納米管陣列結(jié)構(gòu)光陽極的結(jié)構(gòu)示意圖，包括導(dǎo)電基板1，導(dǎo)電基板I上覆蓋有導(dǎo)電膜2，導(dǎo)電膜2上設(shè)置有致密半導(dǎo)體底層3，兩個或兩個以上納米管4垂直插入致密半導(dǎo)體底層3中，納米管4彼此平行，呈陣列分布。圖2是本實用新型納米管陣列結(jié)構(gòu)光陽極的俯視圖。
[0019]本實用新型納米管陣列結(jié)構(gòu)染料敏化太陽能電池的光陽極原理是:對于染料敏化太陽能電池而言，吸附在半導(dǎo)體粒子上的染料分子吸收光能后，電子激發(fā)注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶，通過半導(dǎo)體薄膜將光生電子輸送到光陽極的致密半導(dǎo)體層，然后達到導(dǎo)電膜；而空穴則留在染料中，使得染料呈氧化態(tài)，氧化態(tài)的染料被電解質(zhì)還原，呈氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子被還原，最終形成回路。所以，對染料敏化太陽能電池光陽極的要求是:首先，多孔結(jié)構(gòu)的表面積要大，吸附更多的染料分子形成反應(yīng)界面；其次，光生電子在光陽極中的壽命長、傳輸距離短、效率高；最后，需要連通的孔隙結(jié)構(gòu)，以便電解質(zhì)的迀移和電荷的傳輸。本實用新型針對光生電子在光陽極中的傳輸這一環(huán)節(jié)，基于電子在納米管中的傳輸效率高、壽命長和傳輸距離短的思想，提出了在染料敏化太陽能電池的光陽極結(jié)構(gòu)中，將納米管垂直于導(dǎo)電基底呈陣列分布，在保證光陽極比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)連貫的同時，提高光生電子的傳輸效率。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0021]I)光陽極中的納米管之間存在空隙，除了納米管的內(nèi)表面以外，納米管的外表面積也得到利用，增大了光陽極的有效作用面積，能夠有效提高染料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0022]2)光陽極中納米管的管壁為半導(dǎo)體單晶，納米管垂直于導(dǎo)電基底，光生電子在光陽極中的傳輸路徑短，阻力小。
[0023]3)光陽極結(jié)構(gòu)中納米管垂直于導(dǎo)電基底呈陣列分布，孔隙連通有序，電解質(zhì)的迀移路徑短，有利于電解液傳質(zhì)。
【主權(quán)項】
1.一種納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，包括導(dǎo)電基板(I)，導(dǎo)電基板(I)上覆蓋有導(dǎo)電膜(2)，導(dǎo)電膜(2)上設(shè)置有致密半導(dǎo)體底層(3)，兩個或兩個以上納米管(4)垂直插入致密半導(dǎo)體底層(3)中；納米管(4)彼此平行，呈陣列分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，所述導(dǎo)電基板(I)選用聚合物、透明玻璃、金屬中的一種或組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，所述致密半導(dǎo)體底層(3)的厚度為20nm?50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，所述納米管(4)管徑為50nm?150nm，管壁厚度為20nm?50nm，管長為10 μ m?50 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，所述納米管(4)彼此之間存在空隙，相鄰納米管(4)管壁之間距離為50nm?10nm0
【專利摘要】本實用新型公開了一種納米管陣列結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，包括導(dǎo)電基板，導(dǎo)電基板上覆蓋有導(dǎo)電膜，導(dǎo)電膜上設(shè)置有致密半導(dǎo)體底層，兩個或兩個以上納米管垂直插入致密半導(dǎo)體底層中；納米管彼此平行，且呈陣列分布。本實用新型用納米管代替納米晶薄膜進行電解質(zhì)的遷移和電荷的傳輸：有利于縮短電解質(zhì)的遷移路徑，便于電解液傳質(zhì)；納米管的管壁為半導(dǎo)體單晶，光生電子在電極中的傳輸路徑短，阻力??；納米管呈陣列分布，增大了光陽極的有效作用面積，為電解質(zhì)提供更多的傳輸通道，使更多的表面參與界面反應(yīng)，提高了染料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
【IPC分類】H01G9-20, H01G9-042
【公開號】CN204424095
【申請?zhí)枴緾N201420815735
【發(fā)明人】趙紫辰, 趙敬忠
【申請人】西安理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年12月19日