[发明专利]一种染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池，更具体的说是涉及以SnO₂纳米薄膜作为光阳极的染料敏化太阳能电池。

背景技术

化石能源是不可再生能源，正逐渐耗尽，特别是最近几年新兴国家的快速发展，对能源的需求大大提高。与此同时，化石能源的使用产生大量的温室气体，引发全球气候变化。太阳能替代传统化石能源是解决能源危机以及保护环境的最佳途径。近年来，太阳能电池的发展非常迅速，已经广泛应用在国民经济的许多领域。但是就目前太阳能电池高成本一直是太阳能电池推广使用的瓶颈，所以制作成本低、稳定、高效率的太阳能电池是太阳能电池产业的研究重点，也是太阳能电池能否大范围推广使用的先决条件。

染料敏化太阳能电池(DSSC)，以其原材料丰富、成本低、无毒、相对简单的制作工艺等优点，吸引了学界、工业领域的广泛关注。特别自教授于1991年发表的基于纳米多孔TiO₂薄膜的小面积染料敏化太阳能电池效率达到7.1%始，染料敏化太阳能电池的研究从深度和广度取得了突破性进展。其中目前基于TiO₂薄膜的小面积染料敏化电池，光电效率已经达到13%。但就DSSC大面积的效率、稳定性、技术水平看，要使想实现工业化、规模化，还存在着光电转换效率不高、长期不稳定性、工艺复杂等问题。

影响染料敏化太阳能电池(DSSC)光电转换效率的因素有很多，其中包括光阳极、对电极、染料敏化剂、氧化还原电解质、电池的封装等。特别是光阳极，对电池光电转换效率有着至关重要的作用。为了更好的改善光阳极，人们一直在探索不同的途径，其中包括需找不同的氧化半导体材料，比如说除TiO₂外还有SnO₂、ZnO、CoO、Nb₂O₅都可以制作DSSC的光阳极。SnO₂作为一种宽禁带的n型半导体材料，与TiO₂相比，具有更大的载流子迁移速率和更宽的禁带宽度，因此，在DSSC中应用，有望缩短注入电子在光阳极中的迁移时间，提高电子收集效率，减少了电子的复合几率。而且较宽的带隙能够提高电池抗紫外老化能力从而可提高电池的长期稳定性。此外，易于获得不同纳米结构SnO₂，如纳米棒、纳米线和纳米花，因此对SnO₂进行了深入的研究意义重大。但就目前来说，就未处理SnO₂作为光阳极的DSSC效率非常低（约1%），是因为其较高的表面电荷复合和低密度的捕获，其比表面小导致吸附的染料少，最终是使其短路电流比较小，相比二氧化钛导带边偏高300mv，导致开路电压比较低，因而其限制了在DSSC中的应用。皂石(saponite)是一种硅酸盐矿物，有很大的表面积和吸附性强的特性有望提高SnO₂纳米薄膜对染料敏化剂的吸附，进而提高了染料敏化电池的光电转换效率。此外，皂石中还有的金属离子（Mg²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺）也可能有益于改善SnO₂的光电效应，目前未见应用于DSSC光阳极中。

发明内容

为解决现有技术所存在的以未处理SnO₂纳米薄膜作为光阳极的染料敏化太阳能电池光电转换效率低的问题，本发明通过制备掺杂皂石的SnO₂纳米薄膜或经TiCl₄后处理的SnO₂纳米薄膜或经TiCl₄后处理的掺杂皂石SnO₂纳米薄膜并将其作为光阳极，以期可以有效提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明染料敏化太阳能电池，包括光阳极、染料敏化剂、氧化还原电解质和对电极，其特点是：所述光阳极采用SnO₂纳米薄膜；所述SnO₂纳米薄膜为掺杂皂石的SnO₂纳米薄膜或经TiCl₄后处理的SnO₂纳米薄膜或经TiCl₄后处理的掺杂皂石SnO₂纳米薄膜。

本发明染料敏化太阳能电池，其特点也在于：所述掺杂皂石的SnO₂纳米薄膜是按如下步骤进行制备：

a、制备SnO₂粉末：