高效率染料敏化太阳能电池制造技术

含多吡啶结构钴络合物，是以一种非常适用于染料敏化太阳能电池大规模生产的氧化还原电对，因为相对于I-/I3-系统来讲，其对金属导线的腐蚀性和对光的吸收都更小。我们在此研究了基于钴络合物的染料敏化太阳能电池中，染料和氧化还原电对的空间结构对电子寿命和装置总体光电转换效率的影响。通过将含空间位阻三芳基胺结构的有机染料和多吡啶钴络合物的空间结构相匹配，基于钴的染料敏化太阳能电池的复合和质量传输问题都有所减小。在有机光敏染料中引入的具有空间位阻的烷氧基，有效地抑制了复合，使空间结构较小的钴络合物氧化还原电对得以使用。采用将三芳基胺类有机染料和基于[Co(bpy)3]3+/2+的电解质相结合的染料敏化太阳能电池，在AM1.5G(1000Wm-2)一个标准太阳光强下的光电转换效率为6.3％，十分之一标准太阳光强下的效率为7.8％。高摩尔消光系数的有机染料可以替代标准的钌络合物染料，来制备膜厚度较薄的染料敏化太阳能电池，可以有效地避免钴络合物氧化还原电对的快速复合和质量传输限制问题。由有机染料敏化、基于钴氧化还原电对的染料敏化太阳能电池在室内的应用很有前景，因为其在弱光下的效率和电压都很高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及染料敏化太阳能电池，其特征在于由吸光染料敏化的多孔半导体电极、对电极以及包含氧化还原电对的电解质组成。
技术介绍
作为一种低价的太阳能电池，染料敏化太阳能电池(DSC)有可能替代以硅为基础的光伏设备，并因此受到了广泛的关注。在染料敏化太阳能电池中，光通常是由吸附到多孔宽禁带半导体(通常为TiO2)的染料分子吸收。吸收光以后，受到光激发以后的染料，将电子注入到半导体的导带，成为氧化态染料。随后，氧化态染料被电解质中的氧化还原电对再生。目前，染料敏化太阳能电池领域中，最高的电池效率可以达到11%，是由基于钌的金属络合物染料和含Γ/ι3-电对的电解质组成的电池所得到的。对于染料敏化太阳能电池的大规划生产，有必要找到一种氧化还原电对来替代具有腐蚀性的Γ/ι3-电对。Γ/ι3-系统的应用，受到较低的氧化还原电势、对金属的腐蚀性和 I3-对光的竞争性吸收等方面的限制。透明导电基底较高的电阻限制了大面积染料敏化太阳能电池和组件的制作。解决这一问题的一个方法是在导电基底上加入收集电子的金属导线。因此，Γ/ι3-电对对于大部分金属和封装材料的腐蚀性，限制了染料敏化太阳能电池规模的放大。最近，为了避免r/I3_引起的问题，一些替代Γ/Ι3_系统的电对受到了仔细的研究。目前，最好的是基于二硫醚/巯基化合物的氧化还原电对，在一个标准太阳光强下，效率达到6. 4%ο
技术实现思路
鉴于现有技术的上述和其它的缺点，本专利技术的主要目的是至少克服上述的一个问题，并且提高染料敏化太阳能电池的使用寿命和光电转换效率。染料敏化太阳电池由吸光染料敏化的多孔半导体、对电极和含有氧化还原电对的电解质组成。本专利技术提供了一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，有机光敏染料和单电子转移氧化还原电对的结合使用。外层单电子转移氧化还原电对(如钴络合物)，相对于碘来说对可见光的吸收弱， 且对金属化合物的腐蚀性更小。但不幸的是，单电子转移氧化还原电对的使用会增强TiO2 导带中电子的复合。然而，根据还原到钴(II)的电子自旋，光激发注入电子与钴(III)的复合预计是缓慢的。之前的研究表明，染料敏化太阳能电池中，钴电对的性能受到染料再生慢、在多孔TiO2半导体中的传输问题和TiO2导带中电子和钴(III)化合物快速复合引起的。染料再生速率可以使用一个快速氧化还原电对(如二茂铁或多多吡啶铁)，与钴(II) 共同作用解决。最近，大量研究集中于用原子层沉积(ALD)钝化TiO2表面，从而减少其与电对的快速复合。然而，其主要缺点是钴电对的再生问题、质量传输问题或是电子复合问题，电子给体连接華团电子受沐吸附莘团其特征在于，染料结构可以包含一个具有三芳基胺结构的电子给体，其中Ar和 Ar'为具有给电子性的芳香性取代基;A可以是一个吸电子基团；π可以是一系列一个或多个共轭的单元，将染料的电子给体和电子受体连结起来。在根据本专利技术的染料敏化太阳能电池的实施例中，Ar和Ar'可以是苯基、噻吩、 呋喃、萘基-衍生物和其他的多环芳族烃类、稠合杂环系统及其相应的低聚变种中任一项。在根据本专利技术的染料敏化太阳能电池的实施例中，有机染料可以优选地包含三芳基胺类基团(TPA)。在上面的结构中的A可以优选地包含羧酸类官能团，如氰基丙烯酸和绕丹宁-3-乙酸，或基于磷或硫的吸附基团，如膦酸或磺酸类结构的形式。此外，上述结构中的π结构，可以包含5或6元不饱和(杂)环单元，每个单元环中包含至多4个周期表中IVA-VIA族中的杂原子，主要是苯基、噻吩、呋喃、吡咯、噻唑、恶唑、或它们稠合的和多环的变形，如噻吩并[3，2-b]噻吩、二噻吩并[3，2-b '2' ,V -d] B塞吩、吩噻嗪、吩恶嗪、4氢-噻咯[3，2-b 4, 5-Y ] 二噻吩或咔唑。根据本专利技术的实施例中的染料敏化型太阳能电池中，优选的有机染料可以是D29。结构式如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.29 US 61/359,6191.一种染料敏化太阳能电池，包含由吸光染料敏化的中孔半导体、对电极和含有氧化还原介体的电解质，其特征在于，有机吸光染料和单电子转移氧化还原介体结合使用。2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述的有机染料包含大体积的烷氧供电子性取代基。3.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述的有机染料包含抑制半导体中的电子和所述电解质中受体物种之间复合的空间位阻基团。4.根据前述权利要求中任意一项所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述的有机染料含有三苯胺。5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其中所述的有机染料具有下列结构6.根据权利要求5所述的染料敏化太阳能电池，其中所述Ar和Ar'是苯基、噻吩、呋喃、萘基-衍生物和其他的多环芳族烃、稠合杂环系统及其相应的低聚变体中的任一项。7.根据权利要求5或6所述的染料敏化太阳能电池，其中A包含羧酸官能团如氰基丙烯酸和绕丹宁-3-乙酸，或者基于磷或硫的结合基团，如膦酸酯或磺酸酯的形式。8.根据权利要求5-7中的任意一项所述的染料敏化太阳能电池，其中π包含5或6元不饱和(杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊丽莎白·吉布森，桑德拉·费尓特，埃里克·加布里埃尔松，
申请(专利权)人：迪纳莫公司，
类型：
国别省市：