光电极结构及其制造方法和染料敏化太阳能电池技术

本发明专利技术提供了一种光电极结构、该光电极结构的制造方法和包括该光电极结构的染料敏化太阳能电池。该制造光电极结构的方法包括：在光阳极基底上设置包括纳米线的光散射层；并用无机粘结剂溶液涂覆光散射层，以将光散射层固定在光阳极基底上。由于光电极结构的这种结构，因此增强了光散射层与光阳极基底之间的粘合力，并增大了光电流密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的一个或更多个实施例涉及形成光电极结构的方法。
技术介绍
通常，染料敏化太阳能电池包括光电极、对电极和电解质。通过使光敏染料和具有宽带隙能的金属氧化物纳米颗粒吸附到透明导电基底来制备光电极。通过用钼涂覆透明基底来制备对电极。在染料敏化太阳能电池中，光敏染料吸收入射到电池上的太阳光并且因该光而转 换成激发态，从而将电子发送到金属氧化物的导带。传导的电子向光电极的透明导电基底移动，并流到外部电路中，以传输电能。能态降低了与传输的电能对应的量的电子向对电极移动。然后，数量与已经移动到金属氧化物的电子的数量相等的电子从电解质溶液被提供给光敏染料，因此，光敏染料回到初始态。在这点上，电解质因氧化还原反应而从对电极接收电子，并将电子传输到光敏染料。光电极包括光吸收层和光散射层，光吸收层包含涂覆有染料的金属氧化物纳米颗粒，光散射层将未被光吸收层吸收的光发送回光吸收层。因为光散射层另外地散射未被吸收的光，所以可提高光电转换效率。然而，光散射层通常包含具有大约200nm至大约500nm的较大颗粒尺寸的金属氧化物颗粒，这些颗粒仅具有光散射能力，而不将产生的光电子传输到透明导电基底。因此，需要开发光电子(当太阳光入射在电池上时由染料产生所述光电子)向电极的透明导电基底顺畅地移动以提高染料敏化太阳能电池的能量转换效率的系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一个或更多个实施例，一种制造光电极结构的方法引起光散射并提供用于产生的光电子的传输通路，从而增大了光电流密度并增强了光散射层与光阳极基底的粘合强度。根据本专利技术的一个或更多个实施例，一种制造光电极结构的方法包括在光阳极基底上设置包括纳米线的光散射层；并将无机粘结剂溶液施加到光散射层，以将光散射层固定在光阳极基底上。根据本专利技术的一个或更多个实施例，一种光电极结构包括光阳极基底；以及光散射层，设置在光阳极基底上并包括纳米线，其中，光散射层通过无机粘结剂固定在光阳极基底上。附图说明当结合附图考虑时，这些和/或其他方面将被更好地理解，在附图中图I是根据本专利技术实施例制备的光电极结构的示意性剖视图；图2和图3是根据示例I制造的染料敏化太阳能电池的光散射层的表面以不同的放大率拍摄的扫描电子显微(SEM)图像；图4是在示例4中制造的光电极结构的TiO2纳米线的微观结构的SEM图像(a)和光电极结构的剖视微观结构的SEM图像(b)；图5是在示例4中制造的光电极结构的TiO2纳米线和光吸收层的界面的微观结构的SEM图像(a)和该界面倾斜时的微观结构的SEM图像(b)；图6是将根据示例I以及对比例I和对比例2制造的染料敏化太阳能电池的光电流和电压进行比较的图；以及 图7是将根据示例I以及对比例I和对比例2制造的染料敏化太阳能电池的入射光子-电流效率(IPCE)进行比较的图。具体实施例方式在下面的整个描述和附图中，同样的标记表示同样的元件。此外，虽然参照特定的示例性实施例并参照附图描述了本专利技术，但是本专利技术不限于这里描述和说明的特定实施例。根据本专利技术的实施例，制造光电极结构的方法包括下述步骤在光阳极基底上设置包括纳米线的光散射层；并将无机粘结剂溶液施加到光散射层，以将光散射层固定在光阳极基底上。根据本专利技术的实施例，光阳极基底可包括透光导电基底和设置在透光导电基底上的光吸收层，其中，光吸收层包括吸附有染料的纳米颗粒。透光导电基底可以是例如涂覆有导电膜的透明基底。用于形成导电膜的材料的非限制性示例可以是氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、锑掺杂的氧化锡(ΑΤ0)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、镓掺杂的氧化锌(GZO)、SnO2、In2O3、ZnO和导电杂质掺杂的Ti02。例如，用于形成导电膜的材料可以是本领域中使用的各种透明导电氧化物中的任一种。可以通过沉积这些氧化物中的至少一种来形成导电膜。透光导电基底的支撑导电膜的透明基底可以是透明的以允许外部光进入，并且可以是由石英或玻璃形成的透明无机基底或者塑料基底。如果柔性的染料敏化太阳能电池是期望的，则塑料基底可以是合适的。用于基底的塑料材料的非限制性示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)和聚苯乙烯。设置在透光导电基底上的光吸收层可以包括吸附有染料的纳米颗粒。纳米颗粒的平均颗粒尺寸可以是大约5nm至大约50nm。在一些实施例中，例如,纳米颗粒的平均颗粒尺寸可以是大约5nm至大约20nm。在其他实施例中，纳米颗粒的平均颗粒尺寸可以是大约IOnm至大约50nm。如果纳米颗粒的平均颗粒尺寸在这些范围内，则纳米颗粒的比表面积足够大，能够使染料分子的吸附更好，获得强度更强的吸收光。纳米颗粒可以是具有比染料的最低未占分子轨道(LUMO)低的导带能的半导体材料。纳米颗粒可以包括选自于钛(Ti)氧化物、锡(Sn)氧化物、铌(Nb)氧化物、锆(Zr)氧化物、钨(W)氧化物、钒(V)氧化物、锌(Zn)氧化物、铜(Cu)氧化物、铁(Fe)氧化物、铅(Pb)氧化物、铋(Bi)氧化物、镉(Cd)氧化物、钽(Ta)氧化物、锶(Sr)氧化物、铟(In)氧化物、铱(Ir)氧化物、镧(La)氧化物、钥(Mo)氧化物、镁(Mg)氧化物、铝(Al)氧化物、钇(Y)氧化物、钪(Sc)氧化物、钐(Sm)氧化物、镓(Ga)氧化物、锶钛(SrTi)氧化物、钾钽(KTa)氧化物、钡钛(BaTi)氧化物、铁钛(FeTi)氧化物、钇铁(YFe)氧化物、镉铁(CdFe)氧化物、铅铁(PbFe)氧化物、汞铌(HgNb)氧化物、ZnS、In2S3、CdS、ZrS2、HgS、MoS2、HfS2、Fe2S 和 PbS的至少一种半导体材料。例如，纳米颗粒可以包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、氧化铌(Nb2O5)或者三氧化钨(WO3)。在一些实施例中，例如，纳米颗粒可以包括具有良好的光电子产生效率的二氧化钛(TiO2)。然而，纳米颗粒不限于上面所列出的，并且可以是本领域中使用的各种半导体材料中的任一种。纳米颗粒可以是多孔的，以扩大吸附有染料的表面积，从而提高产生光电子的染料的电子产生效率。被吸附到纳米颗粒的染料是直接参与光电子产生的材料。染料可以是吸收可见光 谱中的光并具有高吸收系数的染料。染料的LUMO高于纳米颗粒的半导体材料的导带能。形成光电极结构的过程中使用的合适的染料的非限制性示例包括有机金属化合物、有机化合物和量子点无机化合物，例如InP或CdSe。有机金属化合物的非限制性示例包括含诸如铝(Al)、钼(Pt)、钯(Pd)、铕(Eu)、铅(Pb)、铱(Ir)或钌(Ru)的金属的化合物。例如，染料可以是基于钌的N3、N719或黑染料，但不限于此，染料可以是对太阳光敏感并在本领域中使用的各种染料中的任一种。如在这里使用的，N3表示RuL2 (NCS)2 (其中，L = 2，2'-联吡啶基 _4，4' - 二羧酸)，N719 表示 RuL2(NCS)2:2TBA(其中，L = 2，2'-联吡啶基 _4，4' -二羧酸，TBA=四正丁基铵)。光吸收层的厚度可以等于或小于大约20 μ m。在一些实施例中，例如，光吸收层的厚度是大约Iym至大约20μπ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造光电极结构的方法，所述方法包括下述步骤：在光阳极基底上设置包括纳米线的光散射层；并将无机粘结剂溶液施加到所述光散射层，以将所述光散射层固定在所述光阳极基底上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：申炳哲，李知爰，金昶昱，朴度映，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：