一种半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池制造技术

一种染料敏化太阳能电池用半导体电极包括导电底层和依次形成于该导电底层上的致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层、染料层，所述致密半导体层为通过真空蒸镀获得的半导体层，过渡半导体层为通过溶胶凝胶法获得的半导体层，多孔半导体层为通过粉末涂覆法获得的半导体层，由于，在致密半导体层与多孔半导体层之间形成了过渡半导体层，使得半导体电极各半导体层之间的结合力提高，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换率。

【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
染料敏化太阳能电池作为太阳能电池的一种，不需要硅作原料，并且较常见的硅 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，成为近年来研究的热点。 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纳米层和形成于 该半导体纳米层上的染料层。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。 在现有技术中，太阳能染料敏化电池用半导体电极通常采用单层半导体层结构， 该结构存在光电转化效率低的缺陷，为此人们提出了在半导体层中引入导电颗粒的方案。 在半导体纳米晶膜中加入导电微粒，利用导电微粒的导电性能，虽然可以在一定程度上提 高半导体纳米晶膜的导电率，但是染料敏化太阳能电池的光电转化率依然比较低，同时，存 在半导体层与导电底层容易脱落的缺陷。 为了提高太阳能敏化电池半导体电极中半导体层与导电底层的结合力，人们提出 了采用两层结构的半导体电极，如现有技术中提供了一种纳米二氧化钛薄膜的制造方法。 该方法中采用溶胶凝胶法在导电玻璃的导电薄膜上制得较为致密的二氧化钛层，并在较为 致密的二氧化钛层上通过涂覆的方法得到多孔二氧化钛层，采用致密二氧化钛层增强了导 电玻璃与多孔二氧化钛层的结合力。但是，采用溶胶凝胶法制备的二氧化钛致密层与导电 玻璃间的结合力仍然较弱。 现有技术中还提供了一种杂化电极的制备方法，其杂化电极由二氧化钛溅射沉积 层和纳米晶二氧化钛层构成。在该方法中先通过磁控溅射得方法在导电底层上形成二氧化 钛溅射沉积层。然后利用常规涂覆法在二氧化钛溅射沉积层上形成多孔二氧化钛层。其中 溅射沉积层的形貌为"羽毛状结构"，通过该方法可以提高导电底层与多孔半导体层之间的 结合力，但是以直流磁控溅射法得到羽毛状溅射沉积层，该电池光电转化性能较差。并且， 导电底层与多孔半导体层的结合力虽然有一定的提高，但是仍然出现龟裂、脱落的现象。
技术实现思路
专利技术人通过大量实验发现，如果太阳能电池用半导体电极中半导体层为单层半导 体层，并且在半导体层中添加了金属颗粒，由于半导体层厚度较薄，液态电解质可能会通过 半导体层的空隙进入半导体层内部，直接与半导体层上的金属颗粒接触，而金属导电颗粒可能会使得电解质与导电玻璃上的导电层直接导通，此时从半导体层传送到导电玻璃上的导电薄层的电子被电解质直接捕获的几率增加，局部短路电流增加，从而降低了太阳能电池的光电转换效率。 专利技术人还发现，如果太阳能电池用半导体电极中半导体层为双层半导体层，由于多孔半导体层为疏松多孔结构，其与致密半导体之间的接触面积较小，如果多孔半导体层与致密半导体层之间的热膨胀系数差异太大，会造成二者的结合力不牢固，而且，如果所使用的半导体颗粒的尺寸较大，半导体层就很容易从导电玻璃上脱落。例如，采用磁控溅射的方法制备致密半导体层，溶胶凝胶方法制备多孔半导体层的现有技术，不但造成多孔半导体层与致密半导体层之间的结合力不牢固，并且致密半导体层由于表面粗糙，造成太阳光通过该致密半导体层时有漫反射存在，使光通过率降低，即到达多孔半导体层的太阳能减少，影响了半导体电极的光电转换率。 另外，专利技术人发现，如果在制备致密半导体层时，采用溶胶凝胶法，那么在制备过程中，溶胶凝胶溶液中含有的钛酸丁酯以及其他溶剂，在高温烧结处理时会分解生成杂质，采用溶胶凝胶法，其中所用溶液中含有机物狡多，这些有机物中含大量的C、H、N，0等元素，经高温烧结时，不可避免的在生成的二氧化钛中残留有杂质，另外单位体积的溶胶得到的二氧化钛较少。 一是制膜厚度有限，这是很关键的，二氧化钛膜层过薄的话，也会影响光电转换效率；二是烧结过程中有机物分解产生残余杂质，进一步影响光电转换效率。而本专利技术中主要是利用溶胶凝胶层作为过渡层，提高整个复合膜层的机械稳定性，承担光电转换的主要是多孔半导体层。 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光电转换率较低的缺点，半导体层之间结合力低的缺陷，提供一种能够提高染料敏化太阳能电池的光电转换率，以及半导体层之间结合力的半导体电极。 本专利技术的另外一个目的是提供一种制备能够提高染料敏化太阳能电池的光电转换率，以及半导体层之间结合力的半导体电极的方法。 —种染料敏化太阳能电池用半导体电极，和依次形成于该导电底层上的致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层，染料层。 其中致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层中的至少一层，由半导体颗粒和选择性含有的导电颗粒组成。 其中，所述的导电颗粒为Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒。 所述的半导体颗粒为Ti02颗粒、ZnO颗粒、Zr02颗粒、Si02颗粒、W03颗粒、NiO颗粒、Ta205颗粒、Nb205颗粒、Sn02颗粒、Y203颗粒、La203颗粒、Hf02颗粒、Sr02颗粒、ln203颗粒^205颗粒、0203颗粒、Mo03颗粒、MgO颗粒、Sc203颗粒、Sm203颗粒、6&203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为15-40纳米。 —种半导体电极的制备方法，该方法包括在导电底层上形成致密半导体层，后在该致密半导体层上形成过渡半导体层，在该过渡半导体层上形成多孔半导体层，在该多孔半导体层上形成染料层，其中、所述的致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层中的至少一层由半导体颗粒和选择性含有的导电颗粒组成。 本专利技术还提供一种染料敏化太阳能 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，和依次形成于该导电底层上的致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层，染料层。其中，致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层中的至少一层由半导体颗粒和选择性含有的导电颗粒组成。 过渡半导体层有效提高了各半导体层之间的结合力，分布于半导体层中的导电颗粒可以作为电子的捕获阱，使半导体中的电子和空穴有效分离，延长电子-空穴的寿命，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为实施例1-4制得的染料敏化电池结构示意图。具体实施例方式—种染料敏化太阳能电池用半导体电极，包括导电底层，和依次形成于该导电底层上的致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层，染料层。其中，致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层中的至少一层由半导体颗粒和选择性含有的导电颗粒组成。 对于导电颗粒的种类没有特别限制，能够起到捕获电子作用的导电颗粒都可以，在优选情况下，导电颗粒选自Au、Ag、Pt、Cu、Zn、Sn、Ni、Fe、Ir、Ru和In中的一种或几种的金属或合金颗粒。 所述导电颗粒的粒子直径可以为2-40纳米，优选为5-30纳米，更优选为8_2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，包括导电底层，和依次形成于该导电底层上的致密半导体层、过渡半导体层、多孔半导体层和染料层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炎，刘倩倩，林信平，宫清，
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]