一种染料敏化太阳能电池用半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的多孔半导体层和形成于该多孔半导体层上的染料层，所述多孔半导体层的孔隙率为４０－８５％，厚度为６－２０微米。本发明专利技术还提供了该半导体电极的制备方法和含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。其中制备所述多孔半导体层的方法包括将含有半导体颗粒、成孔剂、分散剂的浆料涂敷于导电底层上，煅烧得到固态膜，将固态膜放入溶液中浸渍成孔，得到多孔固态膜，对多孔固态膜煅烧，在导电底层上形成多孔半导体层。该多孔半导体层的孔隙率大，能够提高染料在多孔半导体层上的附载量，增大光生电流，提高光电转化率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种半导体电极及其制备方法和含有该半导体电极的染 料敏化太阳能电池。
技术介绍
瑞士洛桑高等工业学院的Gratzd教授等人在1991年首先提出了染料敏 化太阳能电池的概念，这种太阳能电池不需要原材料紧张的硅作原料，并且 较硅太阳能电池具有成本低、制作工艺简单、光电转换率高等优点，它的出 现为太阳能电池领域带来了革命性的变革。染料敏化太阳能电池主要包括半导体电极、对电极以及位于半导体电极 和对电极之间的电解质，半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的 半导体层和形成于该半导体层上的染料层。染料敏化太阳能电池的工作原理 为当染料分子吸收太阳光时，其电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不 稳定，电子迅速注入半导体中，而空穴则留在染料中，此时染料分子变为氧 化态。电子随后扩散至导电底层，经外电路转移至对电极，形成光电流；而 氧化态的染料被电解质还原，被氧化的电解质在对电极接受电子还原成基 态，从而完成电子的整个传输过程。染料敏化太阳能电池所产生的电流，与半导体电极所吸附的染料分子数 有直接的联系，多孔半导体晶膜比表面积越大，所吸附的染料分子数越多， 光生电流越大，为此，人们通过溶胶凝胶法、电化学沉积法，制备多孔半导 体晶膜，以提高比表面积，提高光生电流。有人想到用电化学沉积法制备多 孔半导体晶膜，如现有技术中公开的一种电泳沉积低温制备二氧化钛纳晶多 孔薄膜电极的制备方法，这种方法将含钛盐或不含钛盐的醇溶液与Ti02颗粒混合，并经超声分散而成Ti02胶体溶液，通过电泳沉积到清洗干净的导 电基底上制得Ti02薄膜电极；经后处理在低温下制备Ti02纳晶多孔薄膜电 极，该方法避免了烧结对于导电底层的破坏，但是，通过该方法制备的半导 体多孔膜孔隙率低，染料附着量低，光生电流小。有人还想到用溶胶凝胶法 制备多孔半导体晶膜，如现有技术中公开一种制备二氧化钛膜的方法，该方 法中将质量浓度为9 5 — 9 8 %的钛酸异丙酯在搅拌下水解，制得二氧化钛 溶胶，将制得的二氧化钛溶胶在反应釜中于2 0 0 — 2 5 0 "C温度下水热合 成至少8小时，获得二氧化钛乳白色凝胶，在凝胶中加入乙二醇甲醚，搅拌 均匀后涂覆在清洁的玻片上，然后在4 0 0 _ 4 5 0 。C下烧结，获得二氧化 钛的膜。该方法通过将Ti02胶体溶液直接涂敷于衬底上，在进行高温烧结 形成晶粒相互连接的三维网状多孔结构，但是该方法所制备的二氧化钛多孔 层孔隙率低，染料附载量少，光生电流小。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的染料敏化太阳能电池半导体电极用多 孔半导体层孔隙率低的缺点，提供一种孔隙率高的多孔半导体层及其制备方 法。本专利技术的另一目的是提供含有该多孔半导体层的半导体电极的制备方 法和含有该半导体电极的染料敏化太阳能电池。本专利技术提供了一种染料敏化太阳能电池用半导体电极，该半导体电极包 括导电底层、形成于该导电底层上的多孔半导体层和形成于该多孔半导体层 上的染料层，所述多孔半导体层由半导体颗粒组成，其特征在于，所述半 导体层的厚度为6-20微米，孔隙率为40-85%。本专利技术提供一种制备染料敏化太阳能电池用半导体电极的方法，该方法 包括在导电底层上形成含有半导体颗粒的多孔半导体层，然后在多孔半导体层上形成染料层，其中，多孔半导体层的制备方法，包括将含有半导体颗粒、 成孔剂、分散剂的浆料涂敷于导电底层上，经一段煅烧，得到固态膜，将带 有固态膜的导电底层放入溶解成孔物质但不溶解半导体的溶液中浸渍成孔， 得到带有多孔固态膜的导电底层，多孔固态膜经二段煅烧，在导电底层上形 成多孔半导体层，然后再多孔半导体层上形成染料层。本专利技术提供了一种染料敏化太阳能电池，该电池包括半导体电极、对电 极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质，所述半导体电极包括导电底 层、形成于该导电底层上的多孔半导体层和形成于该多孔半导体层上的染料层，所述半导体层的厚度为6-20微米，孔隙率为40-85%，本专利技术所提供的 半导体具有大的比表面积，提高了染料吸附量，增大光生电流，从而提高染 料敏化太阳能电池的光电转换率。附图说明图1为本专利技术的染料敏化太阳能电池的结构示意图。 具体实施例方式本专利技术提供一种染料敏化太阳能电池用半导体电极，该半导体电极包括 导电底层、形成于该导电底层上的多孔半导体层和形成于该多孔半导体层上 的染料层，所述多孔半导体层由半导体颗粒组成，其特征在于，所述多孔 半导体层的厚度为6-20微米，孔隙率为40-85%。所述导电底层已为本领域技术人员所公知，可以使用现有的各种用于染 料敏化太阳能电池半导体电极的导电底层，例如，所述导电底层可以为表面 具有掺氟二氧化锡膜或掺氧化铟锡膜的导电玻璃。所述导电底层可以商购得 到，例如可以使用由秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO 导电玻璃。所述导电底层的厚度可以为0.5-5毫米，优选为l-2毫米。所述半导体颗粒可以为现有的各种用于染料敏化太阳能电池的半导体颗粒，例如可以选自TK)2颗粒、Si02颗粒、丫203颗粒、1^203颗粒、Hf02 颗粒、SrO颗粒、V205颗粒、Cr203颗粒、Mo03颗粒、MgO颗粒、Sc203 颗粒、Sm203颗粒、Ga203颗粒、SrTi03颗粒、ZnS颗粒、PbS颗粒和CdS 颗粒中的一种或几种。半导体颗粒的粒子直径可以为1-100纳米，优选为10-50纳米，更优选 为20-30纳米。所述半导体颗粒可以商购得到，例如德国Degussa公司制造 的商品牌号为P25的Ti02颗粒。所述染料层形成于该多孔半导体层上，其组成和结构己为本领域技术人 员所公知。染料层含有光敏化染料，所述光敏化染料可以为现有的各种用于 染料敏化太阳能电池的染料，例如，可以选自钌基多吡啶配合物、B卜啉配合 物(间位取代的配合物M-TCPP)、酞菁配合物(ZnPc)和非金属有机染料 (香豆素)中的一种或几种。钌基多吡啶配合物的一个优选的实例为顺式-二异硫氰酸根-二(4，4'二羧酸-2，2'-联吡啶)合钌，也称作N3染料；n卜啉配合 物的一个优选的实例为间位取代的配合物M-TCPP;酞菁配合物的一个优选 的实例为酞菁锌(ZnPc);非金属有机染料的一个优选的实例为香豆素。一种半导体电极的制备方法，该方法包括在导电底层上形成含有半导体 颗粒的多孔半导体层，然后在多孔半导体层上形成染料层，其中，多孔半导 体层的制备方法，包括将含有半导体纳米颗粒、成孔剂、分散剂的浆料涂敷 于导电底层上，经一段煅烧，在煅烧过程中，形成半导体晶粒相互连接的三 维网状多孔骨架，同时使得分散剂在煅烧时得到充分挥发，烧结时间为 10-120分钟，烧结温度为300-600°C，浆料层经过一段煅烧得到固态膜，将 带有固态膜的导电底层浸入能够溶解成孔剂但不溶解半导体颗粒的溶液中。 由于溶液能够溶解无机成孔剂，而不溶解半导体颗粒，所以在成孔物质所在 处，留下孔洞，将所得到的产品进行二段煅烧，煅烧温度为400-500°C，煅烧时间为30-180分钟，使得在导电底层上形成多孔半导体层，然后在多孔 半导体层上形成染料层，其中所述的多孔半导体层的厚度为6-20微米，孔 隙率为40-85°/。，优选为45-70%。烧结所用设备为本领域公知的各种烧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池用半导体电极，该半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的多孔半导体层和形成于该多孔半导体层上的染料层，多孔半导体层由半导体颗粒组成，其特征在于，所述多孔半导体层的厚度为６－２０微米，孔隙率为４０－８５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林信平，宫清，刘倩倩，陈炎，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]
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