本发明专利技术公开了一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术所提供的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。本发明专利技术所提供的太阳能电池，通过金属纳米颗粒的局域表面等离激元极大的提升颗粒周围的局域电磁场，将入射的光场能量储存在纳米颗粒表面周围中，从而对光激发染料进行有效激发，提高太阳能电池吸收光的效率。同时采用单层石墨烯替代传统电池中的电解质溶液和对电极，不仅简化了电池结构，而且有效提高了电池的安全性能，在工业生产及应用中有巨大潜力。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。本专利技术所提供的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。本专利技术所提供的太阳能电池，通过金属纳米颗粒的局域表面等离激元极大的提升颗粒周围的局域电磁场，将入射的光场能量储存在纳米颗粒表面周围中，从而对光激发染料进行有效激发，提高太阳能电池吸收光的效率。同时采用单层石墨烯替代传统电池中的电解质溶液和对电极，不仅简化了电池结构，而且有效提高了电池的安全性能，在工业生产及应用中有巨大潜力。【专利说明】—种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及。
技术介绍
在新能源的行列中，太阳能占地球总能量的99%以上，具有清洁性以及大储量，正在逐步成为新能源产业的主力军(Chem.Rev.2010, 110, 6595)。而太阳能电池则是将太阳能转化为电能的重要载体，它主要是利用光伏半导体材料的光生伏特效应进行光电转换；目前主要研究的半导体材料有:单晶硅，多晶硅，多元化合物，有机半导体，染料敏化等(Chem.Rev, 2007，107:1324-1338)。与传统的硅太阳能电池相比，有机染料敏化太阳能电池以其低廉的成本成为一股新兴力量，也是未来光伏产业的重要发展方向；不过其光电转换率较低在某种程度上降低了其发展步伐(Nature Photon, 2012，6:180-185)。石墨烯是具有优异性能的二维平面材料，如单原子层石墨烯材料理论表面积可达 2630m2/g(Solid State Commun.2008, 146(9/10):351 - 355)高达 200000cm2/(V.s)的半导体本征迁移率，热传导率约为5000W/(m.k)，且透光率达到97.7% (Adv.Mater, 2010，22(35):3906 - 3924);其如此优异的性能主要取决于石墨烯的分子结构，它是一种SP2杂化碳原子形成的六边形二维网络结构不断扩展得到的单层或少层材料(NaturePhoton.2010,4,611)。目前应用于太阳能电池的透光导电电极的材料为金属氧化物，俗称导电玻璃(如氧化铟锡，氧化氟锡)，但导电玻璃中的金属离子容易自发扩散，对红外光谱具有较强的吸收性，而且其热稳定性较差(Adv.Mater.,2011, 23 (13):1514 - 1518);人们急需一种可以替代导电玻璃的低成本材料，来进一步促进太阳能电池的产业化进程(Nanotechnology, 2012, 23(8):085201 -1 -6)。石墨烯作为一种超薄,透光性能良好,导电性能优异的材料，并以其较低成本的优势备受人们关注(Opt.Mater.Express, 2012, 2 (6):814 - 824)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。本专利技术所提供的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的:宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。其中，所述背电极可由下述至少一种材料组成:铟、银和铝。所述背电极的厚度可为 150nm 至 200nm。所述宽禁带半导体层中的宽禁带半导体通常是指禁带宽度大于2.2eV的半导体；具体选择下述任意一种半导体材料:氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅和硫化锌。所述宽禁带半导体层的厚度可为300nm?800nm。使用时，上述半导体材料通常以晶片的形式存在。所述光敏化染料层吸附于所述宽禁带半导体层表面，其可由多吡啶钌配合物类染料敏化剂组成，例如K19，N3，N719, Z907和Black dye。所述K19染敏分子的结构式如式I所示，N3染敏分子结构式如式II所示，N719分子结构式如式III所示，Z907染敏分子结构式如式IV所示，Black dye染敏分子结构式如式V所示。所述光敏化染料层的厚度可为I~2nm0【权利要求】1.一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的:宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于:所述宽禁带半导体层由下述任意一种半导体材料组成:氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅和硫化锌；所述宽禁带半导体层的厚度为300nm~800nm ； 所述光敏化染料层由多吡啶钌配合物类染料敏化剂组成；多吡啶钌配合物类染料敏化剂优选为下述任意一种:K19、N3、N719、Z907和Black dye ;所述光敏化染料层的厚度为I~2nm03.根据权利要求1或2所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于:所述石墨烯层为单层石墨烯片； 所述金属纳米颗粒层沉积于所述石墨烯层上，所述金属纳米颗粒由下述至少一种金属的纳米颗粒组成:金、银和铜；所述金属纳米颗粒层的厚度为5~15nm,所述纳米颗粒的粒径为20~60nm。4.根据权利要求1-3中任一所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于:所述背电极由下述至少一种材料组成:铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm~200nm。5.根据权利要求1-4中任一所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于:所述太阳能电池，其结构还包括设于所述金属纳米颗粒层上的柔性透明材料层；所述柔性透明材料层 优选由下述任意一种材料制成:聚丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酯和聚酰亚胺；所述柔性透明材料层的厚度为100-300nm。6.制备权利要求1-4中任一所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的方法，包括下述步骤: 1)制备表面平整的宽禁带半导体；其中，所述宽禁带半导体的一面为光滑表面，另一面为粗糙表面； 2)在步骤I)制备的表面平整的宽禁带半导体的粗糙表面蒸镀金属，形成背电极； 3)在经步骤2)处理后的宽禁带半导体的光滑表面组装光激发染料，形成光敏化染料层； 4)在石墨烯片的一侧表面上蒸镀金属，然后将其进行退火处理，得到一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片； 5)将步骤4)制备的一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片转移至所述光敏化染料层表面，得到所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池；其中石墨烯片中未负载金属颗粒的表面与所述光敏化染料层相接触。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于: 所述步骤I)中所述宽禁带半导体为氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅或硫化锌； 所述步骤2)中所蒸镀的金属选自下述至少一种:铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm ~200nm ； 所述步骤3)中，所述光激发染料为多吡啶钌配合物类染料敏化剂，优选为K19、N3、N719、Z907 或 Black dye ； 所述光激发染料通过浸涂法或旋涂法组装到宽禁带半导体表层，得到厚度为I~2nm的光敏化染料层； 所述步骤4)中，所述金属选择下述至少一种:金、银和铜； 所述步骤4)中，所述蒸镀金属的具体方法如下:以所述金属为靶材，采用真空蒸镀法在所述石墨烯片上沉积金属；所述真空蒸镀法中所采用的真空度为3.5 X IO-4~5X 10_4P ；所蒸镀的金属为5~15nm ； 所述退火处理的具体方法如下:在氢气和氮气的混合气氛中，在300-350 °C退火30-45min ;其中氢气的流量为550_650本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雪峰，李新喜，贾传成，张国庆，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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