一種介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極。
【背景技術(shù)】
[0002]染料敏化太陽能電池的半導(dǎo)體光陽極通常是由納米粒子聚集而成，具有多孔結(jié)構(gòu)其目的是增大染料和納米粒子的接觸面積，并依賴多孔結(jié)構(gòu)高的表面積參與界面反應(yīng)，得到光生電子；同時(shí)，多孔結(jié)構(gòu)可以使染料和氧化還原電解液直接接觸，使得染料還原再生；另外，通過納米粒子之間相互連接降低電阻，減少光生電子輸送過程損失。這樣，電池的半導(dǎo)體光陽極被染料敏化后，與電解質(zhì)接觸形成回路，才能持續(xù)產(chǎn)生電流。因此，光陽極既要有高的表面積，納米粒子之間又要適當(dāng)接觸，同時(shí)孔隙結(jié)構(gòu)能夠連貫，有利于電解質(zhì)的迀移。
[0003]目前，染料敏化太陽能電池的半導(dǎo)體光陽極大多為納米晶薄膜，該類薄膜雖然制備工藝簡(jiǎn)單，但納米晶粒子排列無序，光電極結(jié)構(gòu)中的孔洞很多是微孔，粒子之間相互連接程度差，不利于染料分子的吸附和光生電子的傳輸。
[0004]中國專利(專利號(hào):ZL 2010 2 0156486.5，實(shí)用新型名稱:一種染料敏化太陽能電池的光陽極結(jié)構(gòu)，公開號(hào):201655554，公開日:2010.11.24)公開了一種納米晶薄膜的孔隙結(jié)構(gòu)呈樹枝形的光陽極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在納米粒子之間連接程度改善的同時(shí)，孔隙的連通性好，電解質(zhì)的迀移順暢。但是樹枝形孔隙的尺寸大部分為微米量級(jí)，孔壁內(nèi)部的孔隙主要是納米粒子團(tuán)聚體顆粒的堆積孔隙，孔隙率低，難以有效發(fā)揮納米粒子大的比表面積優(yōu)勢(shì)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，解決現(xiàn)有光陽極納米晶薄膜存在的孔隙尺度大、孔壁表面積低的問題，增大光陽極的有效作用面積，吸附更多的染料參與界面反應(yīng)，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，包括導(dǎo)電基板，導(dǎo)電基板上覆蓋有導(dǎo)電膜，導(dǎo)電膜上覆蓋有致密半導(dǎo)體底層，致密半導(dǎo)體底層上設(shè)置有半導(dǎo)體膜，半導(dǎo)體膜中間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上大孔，大孔垂直于致密半導(dǎo)體底層向上穿透半導(dǎo)體膜設(shè)置，在半導(dǎo)體膜中還間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上介孔，介孔平行于致密半導(dǎo)體底層水平穿透半導(dǎo)體膜并將相鄰的兩個(gè)大孔連通。
[0007]本實(shí)用新型的特征還在于，
[0008]導(dǎo)電基板選用聚合物、透明玻璃、金屬中的一種或組合物。
[0009]致密半導(dǎo)體底層的厚度為20nm?50nm。
[0010]大孔直徑為0.2 μ m?10 μ m，介孔直徑為1nm?50nm。
[0011]半導(dǎo)體膜選用Ti02、Zn0、Sn02半導(dǎo)體氧化物的一種或組合物。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是，光陽極結(jié)構(gòu)中定向排列的孔隙連通有序，電解質(zhì)的迀移路徑短，有利于電解液傳質(zhì)；形成孔隙的孔徑內(nèi)部納米粒子連接緊密，光生電子在電極中的傳輸路徑短，阻力??；在孔壁內(nèi)部存在大量定向排列的介孔，增大了光陽極的有效作用面積，能夠吸附更多染料，也能為電解質(zhì)提供更多的傳輸通道，從而使更多的納米粒子參與界面反應(yīng)，提高染料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型介孔結(jié)構(gòu)光陽極的斷面示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型介孔結(jié)構(gòu)光陽極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中，1.導(dǎo)電基板，2.導(dǎo)電膜，3.致密半導(dǎo)體底層，4.大孔，5.介孔，6.半導(dǎo)體膜。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]圖1是本實(shí)用新型染料敏化太陽能電池的光陽極結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)電基板1，導(dǎo)電基板I上覆蓋有導(dǎo)電膜2，導(dǎo)電膜2上覆蓋有致密半導(dǎo)體底層3，致密半導(dǎo)體底層3上設(shè)置有半導(dǎo)體膜6，半導(dǎo)體膜6中間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上大孔4，大孔4垂直于致密半導(dǎo)體底層3向上穿透半導(dǎo)體膜6設(shè)置，在半導(dǎo)體膜6中還間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上介孔5，介孔5平行于致密半導(dǎo)體底層3水平穿透半導(dǎo)體膜6并將相鄰的兩個(gè)大孔4連通。圖2是本實(shí)用新型介孔結(jié)構(gòu)光陽極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]本實(shí)用新型的染料敏化太陽能電池的光陽極結(jié)構(gòu)的原理是:對(duì)于染料敏化太陽能電池而言，吸附在半導(dǎo)體粒子上的染料分子吸收光能后，電子激發(fā)注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶，空穴留在染料中，氧化態(tài)的染料被電解質(zhì)還原，然后電解質(zhì)也呈氧化態(tài)，需要再對(duì)電極接受電子還原，最終形成回路。所以在光陽極結(jié)構(gòu)中，首先是多孔結(jié)構(gòu)的表面積要大，吸附更多的染料分子形成反應(yīng)界面，其次，需要連通的孔隙結(jié)構(gòu)，以便電解質(zhì)的迀移和電荷的傳輸。本實(shí)用新型針對(duì)多孔結(jié)構(gòu)的表面積這一環(huán)節(jié)，基于孔徑定向分布和形成介孔擴(kuò)大多孔結(jié)構(gòu)表面積的思想，提出了在染料敏化太陽能電池的光陽極結(jié)構(gòu)中，多孔半導(dǎo)體膜的孔隙呈定向排列，在定向排列的孔隙之間構(gòu)筑介孔，來擴(kuò)大多孔結(jié)構(gòu)的表面積。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]I)半導(dǎo)體膜的表面積大，能夠吸附更多的染料分子，有利于擴(kuò)大有效反應(yīng)界面，提高染料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0021]2)半導(dǎo)體膜內(nèi)的半導(dǎo)體粒子連接緊密，電子在電極材料中的傳輸路徑短，阻力小。
[0022]3)半導(dǎo)體膜內(nèi)的孔隙連通性好，電解質(zhì)的迀移和電荷的傳輸路徑短。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，包括導(dǎo)電基板(1)，導(dǎo)電基板(I)上覆蓋有導(dǎo)電膜(2)，導(dǎo)電膜(2)上覆蓋有致密半導(dǎo)體底層(3)，致密半導(dǎo)體底層(3)上設(shè)置有半導(dǎo)體膜￠)，半導(dǎo)體膜￠)中間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上大孔(4)，大孔(4)垂直于致密半導(dǎo)體底層(3)向上穿透半導(dǎo)體膜(6)設(shè)置，在半導(dǎo)體膜￠)中還間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上介孔(5)，介孔(5)平行于致密半導(dǎo)體底層(3)水平穿透半導(dǎo)體膜(6)并將相鄰的兩個(gè)大孔(4)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，所述致密半導(dǎo)體底層(3)的厚度為20nm?50nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，其特征在于，所述大孔(4)直徑為0.2 μ m?10 μ m，介孔(5)直徑為1nm?50nm。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種介孔結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池光陽極，包括導(dǎo)電基板，導(dǎo)電基板上覆蓋有導(dǎo)電膜，導(dǎo)電膜上覆蓋有致密半導(dǎo)體底層，致密半導(dǎo)體底層上設(shè)置有半導(dǎo)體膜，半導(dǎo)體膜中間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上大孔，大孔垂直于致密半導(dǎo)體底層向上穿透半導(dǎo)體膜設(shè)置，在半導(dǎo)體膜中還間隔設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上介孔，介孔平行于致密半導(dǎo)體底層水平穿透半導(dǎo)體膜設(shè)置。本實(shí)用新型介孔結(jié)構(gòu)的光陽極有效作用面積大，孔隙連通性好，半導(dǎo)體粒子連接緊密，電解質(zhì)的遷移和電荷的傳輸路徑短。
【IPC分類】H01G9-042, H01G9-048, H01G9-20
【公開號(hào)】CN204375576
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420719353
【發(fā)明人】趙紫辰, 趙敬忠
【申請(qǐng)人】西安理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年11月25日