一种叠层染料敏化太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种叠层染料敏化太阳电池，该叠层染料敏化太阳电池包括透明导电基底，染料敏化或量子点敏化光阳极，以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极以及在光阳极和光阴极之间的电解质。本发明专利技术利用聚合物复合结构光阴极可以有效的提高染料敏化太阳电池的太阳光谱利用率。为以后发展高性能叠层染料敏化太阳电池奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种叠层染料敏化太阳电池
本专利技术属于太阳电池领域，具体涉及一种染料敏化太阳电池。
技术介绍
染料敏化太阳（DSC）电池因具有价格低廉、制备工艺简单，环境友好等特点，受到各界的广泛关注。在过去的几十年中染料敏化太阳电池取得了重大的发展。目前染料敏化太阳电池的光电转换效率已经突破12%,可以与非晶硅级太阳电池相媲美。新型基于钙钛矿结构的敏化电池光电转换效率已经达到15%。染料敏化太阳电池作为第三代太阳电池技术，如何提高其光电转换效率成为研究的热点，传统的n型单节染料敏化太阳电池理论上光电转换效率极限为31%。采用敏化光阴极替代常规n-DSC中的对点解组成叠层染料敏化太阳电池理论极限光电转换效率可提高到43%。然而光阴极太阳电池（p-DSC）低的光电转换效率制约着叠层染料敏化太阳电池的发展。目前p-DSC的研究主要集中在有机染料敏化p型氧化物多孔薄膜上。应用于p-DSC中的半导体薄膜主要有NiO，CuGaO2，CuSCN等p型半导体材料。到目前为止电池光电转化效率最好的是NiO半导体材料的电极，也获得了最广泛的研究。但是NiO材料具有一定的光吸收以及空穴传输能力较低严重制约了其在p-DSC的应用。p型CuGaO2半导体薄膜由于其比NiO更低的价带位置获得了较高的开路电压。与n-DSC常用钌染料不同p-DSC中的染料多为D-π-A结构有机染料。目前p-DSC光电转换效率已达0.41%。然而由于目前p-DSC由于光谱重叠及电子复合等问题光电转换效率难以取得突破性的进展。另外一种制备光阴极的方法是采用无机半导体材料，比如p-CdS，p-CdTe,p-InP以及Se等，但这种光阴极在电解质中不稳定，容易被电解质腐蚀等弱点限制了其发展。1985年MasaoKanekoandHidekiNakamura首次发现聚合物光活性材料/电解质结可以产生光电效应。利用聚合物光活性材料替代传统p-DSC会在解决上述问题取得好的效果。本专利技术基于聚合物光活性材料制备光阴极。光阴极包括导电基底，导电基底上制备空穴传输材料。空穴传输材料上附着聚合物光活性材料。采用这种光阴极与传统染料敏化光阳极或量子点敏化光阳极，中间灌注电解质组成叠层染料敏化太阳电池。相比于传统的n-DSC可以有效的改善太阳光利用率，提高光电转换效率并且降低成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种叠层染料敏化太阳电池，利用聚合物复合结构光阴极来取代传统n-DSC的对电极，来实现提高染料敏华太阳电池的光谱利用效率以及光电转换效率。为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种叠层染料敏化太阳电池，其特征在于：所述叠层染料敏化太阳电池包括透明导电基底，染料敏化或量子点敏化光阳极，以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极以及在光阳极和光阴极之间的电解质。所述染料敏化光阳极的透明导电基底上制备有透光n型半导体纳米结构材料，n型半导体纳米结构材料上面附着敏化材料；所述n型半导体纳米材料可采用氧化钛，氧化锌，氧化锡或者钙钛矿结构氧化物钒酸钡；所述敏化材料包括有机金属化合物染料，有机染料以及量子点敏化材料。所述聚合物复合结构光阴极的透明导电玻璃上制备有空穴传输材料或电子阻挡材料，空穴传输材料或电子阻挡材料上附着聚合物光活性材料；所述空穴传输材料具有好的透光以及P型导电性能，可以呈现平整薄膜结构或者多孔骨架结构，其可采用有机空穴传输材料或者氧化物空穴传输材料；所述电子阻挡材料呈现平整薄膜结构，采用有机电子阻挡材料或者氧化物电子阻挡材料MoO3,V2O5或WO3。所述有机空穴传输材料采用聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、酞氰铜、聚苯胺、聚乙烯苯磺酸、聚四氟乙烯、PHEDOT、PFT其中的一种；所述氧化物空穴传输材料选自NiO或铜铁矿结构空穴传输材料ABO2，其中A=Cu或Ag，B=Cr，Al，Cs或Ga。所述聚合物光活性材料具有P型导电性，具有太阳光吸收性能。本专利技术的有益效果：本专利技术利用以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极来取代传统n-DSC的对电极，可以有效提高染料敏华太阳电池的太阳光谱利用效率以及光电转换效率，为以后发展高性能叠层染料敏化太阳电池奠定了基础。附图说明图1为传统n型染料敏化太阳电池。图2为本专利技术实施例1的叠层染料敏化太阳电池。图3为本专利技术实施例2的叠层染料敏化太阳电池。具体实施方式实施例1：光阴极制备：在透明导电玻璃上旋涂或印刷一层空穴传输层/电子阻挡层聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS），厚度为60nm左右，在空气中热处理140℃10min；在空穴传输层上旋涂或印刷一层聚合物光活性层聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b;3,4-b′]双噻吩-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)]/[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCPDTBT/PCBM)混合氯苯溶液，然后在惰性气体保护下120℃处理10min；然后放入3-甲氧基丙腈溶液中浸泡16h，取出吹干。光阳极制备：在导电玻璃上印刷TiO2多孔薄膜，510℃空气中处理30min。TiO2薄膜厚度1-10µm。将其在染料溶液中浸泡14h，取出吹干。叠层染料敏化太阳电池制备：光阳极与光阴极通过沙林膜隔开并粘结在一起，电解质溶液通过事先在光阴极上打好的小孔中灌注。本实施例中对导电玻璃要求透光耐高温良好的导电率即可。空穴传输层/电子阻挡层也可以选择其他有机电子阻挡材料或者氧化物材料如MoO3,V2O5或WO3。电解质溶液通常包括溶剂，氧化还原电对和各种添加剂。氧化还原电对一般有碘/碘离子，硫离子电对，钴离子电对以及铁离子电对等。溶剂一般为有机溶剂或水。实施例2：光阴极制备：在导电玻璃上印刷NiO多孔薄膜，510℃空气中热处理30min。NiO薄膜厚度1µm左右；在空穴传输层上旋涂或印刷一层聚合物光活性层PCPDTBT/PCBM混合氯苯溶液，然后在惰性气体保护下120℃处理10min；然后放入3-甲氧基丙腈溶液中浸泡16h，取出吹干。光阳极的制备方法与叠层染料敏化太阳电池的制备方法与实施例1中的方法相同。NiO多孔空穴传输骨架层的厚度根据不同的聚合物活性材料的不同调节。本实施例中对导电玻璃要求透光耐高温良好的导电率即可。空穴传输层也可以选择其氧化物p型半导体材料如铜铁矿结构空穴传输材料ABO2（其中A=Cu或Ag，B=Cr，Al，Cs或Ga）。电解质溶液通常包括溶剂，氧化还原电对和各种添加剂。氧化还原电对一般有碘/碘离子，硫离子电对，钴离子电对以及铁离子电对等。溶剂一般为有机溶剂或水。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层染料敏化太阳电池，其特征在于：所述叠层染料敏化太阳电池包括透明导电基底，染料敏化光阳极，以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极以及在光阳极和光阴极之间的电解质；所述染料敏化光阳极的透明导电基底上制备有透光n型半导体纳米结构材料，n型半导体纳米结构材料上面附着敏化材料；所述n型半导体纳米材料可采用氧化钛，氧化锌，氧化锡或者钙钛矿结构氧化物钒酸钡；所述敏化材料包括有机金属化合物染料，有机染料；所述聚合物复合结构光阴极的透明导电玻璃上制备有空穴传输材料或电子阻挡材料，空穴传输材料或电子阻挡材料上附着聚合物光活性材料；所述空穴传输材料具有好的透光以及P型导电性能，呈现平整薄膜结构或者多孔骨架结构，其可采用有机空穴传输材料或者氧化物空穴传输材料；所述电子阻挡材料呈现平整薄膜结构，采用有机电子阻挡材料或者氧化物电子阻挡材料MoO

【技术特征摘要】
1.一种叠层染料敏化太阳电池，其特征在于：所述叠层染料敏化太阳电池包括透明导电基底，染料敏化光阳极，以聚合物材料作为光活性材料的聚合物复合结构光阴极以及在光阳极和光阴极之间的电解质；所述染料敏化光阳极的透明导电基底上制备有透光n型半导体纳米结构材料，n型半导体纳米结构材料上面附着敏化材料；所述n型半导体纳米材料可采用氧化钛，氧化锌，氧化锡或者钙钛矿结构氧化物钒酸钡；所述敏化材料包括有机金属化合物染料，有机染料；所述聚合物复合结构光阴极的透明导电玻璃上制备有空穴传输材料或电子阻挡材料，空穴传输材料或电子阻挡材料上附着聚合物光活性材料；所述空穴传输材料具有好的透光以...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴松元，邵志鹏，潘旭，方霞琴，张昌能，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34