背光式染料敏化太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术提供一种背光式染料敏化太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池，包括依次设置的二氧化钛光阳极结构、铂对电极和透光封闭层，所述二氧化钛光阳极结构包括二氧化钛光阳极，所述二氧化钛光阳极的至少一侧设有绝缘膜，且所述二氧化钛光阳极的一侧的绝缘膜上设有第一通孔，所述铂对电极设在设有第一通孔的绝缘膜上，所述铂对电极上设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔对应设置，所述第一通孔和第二通孔与所述透光封闭层围成空腔，所述空腔中填充有电解液。本实用新型专利技术中的背光式染料敏化太阳能电池的结构能够降低电极与电路间的接触电阻，制备方法简单，得到的太阳能电池结构可减少背光式电池对光能的无效吸收，提高光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳能电池，具体涉及一种背光式染料敏化太阳能电池。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(DSCs)主要由经染料分子表面敏化的半导体光阳极、阴极和电解质等构建组成。工作原理可简单概括为光阳极材料经光照后，主要由染料分子吸收光子产生激发电子，并快速注入到半导体的导带里，电子经光阳极迁移至外电路到达阴极形成电流；同时被氧化的染料分子通过电解质的氧化还原电对供给电子得到再生。目前DSCs的结构可因入射光路不同分为直射式和背光式两种类型。直射式DSCs特点是光线直接从光阳极一侧射入，穿过阳极材料到达染料分子处；其光吸收过程不受对电极和电解质影响，可以减少光能损失；但其光阳极结构较复杂，光生电子在三种组成材料之间传递也会存在较大的电阻。而背光式则是光线从阴极侧射入，经阴极和电解质后到达光阳极表面染料分子处。其特点是光线在到达阳极表面的染料之前需穿过对电极和电解质，而这两者对光线的吸收则会降低电池的能量利用率；但另一方面，由于光阳极无透光要求，因此，背光式DSCs光阳极可以采取相对简单的结构形式和材料，实现光生电子在阳极上的高效传输。目前，对于背光式染料敏化太阳能电池的设计和改进，应在保持其优势的同时，尽量减少阴极和电解质对入射光的无效吸收，才能提高电池效率。因此，需要针对背光式染敏电池设计符合要求的阴极结构和电解质材料，以满足上述目的。
技术实现思路
因此，本技术的目的是提供一种背光式染料敏化太阳能电池及其制备方法，从而可在很大程度上降低电极与电路间的接触电阻，提高电极的光电转化效率，结构简单，可减少背光式电池对光能的无效吸收，提高光电转化效率。除非特别指明，本文中的“阴极材料”、“阴极结构”、“电池阴极”均指“铂对电极”。一方面，本技术提供一种背光式染料敏化太阳能电池，包括依次设置的二氧化钛光阳极结构、铂对电极和透光封闭层，所述二氧化钛光阳极结构包括二氧化钛光阳极，所述二氧化钛光阳极的至少一侧设有绝缘膜，且所述二氧化钛光阳极的一侧的绝缘膜上设有第一通孔，所述铂对电极设在设有第一通孔的绝缘膜上，所述铂对电极上设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔对应设置，所述第一通孔和第二通孔与所述透光封闭层围成空腔，所述空腔中填充有电解液；所述设有第一通孔的绝缘膜和所述二氧化钛光阳极之间还设有染料层。优选地，所述第二通孔的直径小于所述第一通孔的直径，可使电池阴极与电解液有效接触面积增大，从而促进两者间的电荷传输过程，最终提高电池效率。优选地，所述二氧化钛光阳极的两侧均设有绝缘膜，两侧均设有绝缘膜能够防止污染及其他因素干扰，在太阳能电池的光电性测定过程中得到更准确的测量结果。优选地，所述二氧化钛光阳极一端的侧面与所述染料层一端的侧面相接触，以便于进行通过绝缘膜包覆，使在太阳能电池的光电性测定过程得到的测量结果更准确，所述二氧化钛光阳极另一端设置在所述染料层另一端外侧，便于与外电路连接，便于与外电路连接，并且制备的电池的光电转化效率更高。优选地，所述二氧化钛光阳极的一端包覆在所述绝缘膜内，所述二氧化钛光阳极的另一端设置在所述绝缘膜外侧，更便于与外电路连接，并且制备的电池的光电转化效率更高。更优选地，所述二氧化钛光阳极的设在绝缘膜外侧的一端还设有阳极导线。优选地，所述铂对电极的一端设有与其成一体设置的延伸部，所述延伸部设在所述透光封闭层和设有第一通孔的绝缘膜的外侧，便于与外电路连接，并且制备的电池的光电转化效率更高。优选地，所述延伸部上设有阴极导线。优选地，所述绝缘膜为防水绝缘膜。优选地，所述防水绝缘膜由塑料或橡胶制成。优选地，所述透光封闭层由玻璃或石英玻璃制成。本技术的背光式染料敏化太阳能电池，降低电极与电路间的接触电阻，提高电极的光电转化效率，结构简单，可减少背光式电池对光能的无效吸收，提高光电转化效率；简化了电池结构，降低电池成本；并且通过设有第二通孔的铂对电极设计，使光线仅穿过极薄的电解液层即可抵达光阳极表面的染料层，从而进一步避免了阳极或阴极材料对光线的无效吸收，提高光电转化效率。另一方面，本技术还提供一种上述的背光式染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)采用阳极氧化法以金属钛片为原料制备内层为金属钛、表面层为TiO2的Ti-TiO2复合材料，再将制备的Ti-TiO2复合材料的一侧形成染料层，然后再将所述Ti-TiO2复合材料的具有染料层的一侧覆盖上中间设有第一通孔的绝缘膜，并使Ti-TiO2复合材料的一侧露出1.5～2.5mm，将覆盖有绝缘膜的Ti-TiO2复合材料一侧的露出部分打磨至去掉染料层及二氧化钛层，然后再在打磨的露出部分焊接导线，得到二氧化钛光阳极结构；2)取金属铂片，按二氧化钛光阳极尺寸大小适当剪裁，得到裁剪后的金属铂片，再在所述裁剪后的金属铂片中间开设第二通孔，并使第二通孔的直径小于第一通孔的直径，在所述开孔的金属铂片一侧焊接导线，得到铂对电极；3)以去离子水作为溶剂，配置硫酸钠(Na2SO4)水溶液作为电池的电解液；4)将所述铂对电极覆盖在所述二氧化钛光阳极结构的设有第一通孔的绝缘膜的一侧，并使所述第二通孔对应第一通孔，再所述电解液注入并加满第一、二通孔的位置，最后再覆盖上透光封闭层并压紧。优选地，在步骤1)中，所述Ti-TiO2复合材料的一侧通过包括如下步骤的方法形成染料层：将所述Ti-TiO2复合材料在叶绿素含量为0.7～7120μg/L的菠菜叶片色素乙醇浸提液中浸泡24小时，得到设有叶绿素染料层的Ti-TiO2复合材料，再将所述设有叶绿素染料层的Ti-TiO2复合材料清洗，干燥，得到一侧形成染料层的Ti-TiO2复合材料。更优选地，所述菠菜叶片色素乙醇浸提液中的叶绿素含量为0.7123～100μg/L。进一步优选地，所述叶绿素含量为0.7123～71.23μg/L，还优选地，所述叶绿素含量优选为71.23μg/L。优选地，在步骤3)中，所述溶液中电解质硫酸钠的浓度为：0.005～2.0mol/L，优选为0.01～1.0mol/L，更优选为0.1mol/L。本技术的背光式染料敏化太阳能电池的制备方法，制备方法简单，得到的太阳能电池结构可减少背光式电池对光能的无效吸收，提高光电转化效率；首先光线在穿过透光封闭层后，可通过阴极开孔结构(第二通孔)直接穿过，避免了阴极材料对光线的吸收和阻挡；并且与I-/I3-乙腈溶液及I-/I3-水溶液电解液相比，Na2SO4水溶液无色透明，吸光度极低，在最大程度降低了电解液对光线的无效吸收，并且Na2SO4水溶液为一种新的DSCs电解液系统，并且通过试验验证表明这种新系统的电解液制成的太阳能电池具有更好的光电转化效率；再者，通过在叶绿素含量为0.7～7120μg/L的菠菜叶片色素乙醇浸提液中浸泡，制备叶绿素敏化二氧化钛光阳极结构，在光线抵达光阳极表面时，合适浓度的叶绿素分子吸收光子并向二氧化钛分子传输能量及消耗其光生空穴，使二氧化钛产生的光生电子增多，从提高电池单色光光电转化效率(IPCE)及总转化效率(η)，即可在促进二氧化钛分子捕获光子及光电转化过程，提高其单色光光电转化效率的同时，降低染料成本，并且更加环保，叶绿素含量在0.7123～71.23μg/L范围内，能够达到更好地效果，光电转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背光式染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的二氧化钛光阳极结构、铂对电极和透光封闭层，所述二氧化钛光阳极结构包括二氧化钛光阳极，所述二氧化钛光阳极的至少一侧设有绝缘膜，且所述二氧化钛光阳极的一侧的绝缘膜上设有第一通孔，所述铂对电极设在设有第一通孔的绝缘膜上，所述铂对电极上设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔对应设置，所述第一通孔和第二通孔与所述透光封闭层围成空腔，所述空腔中填充有电解液；所述设有第一通孔的绝缘膜和所述二氧化钛光阳极之间还设有染料层。

【技术特征摘要】
1.一种背光式染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的二氧化钛光阳极结构、铂对电极和透光封闭层，所述二氧化钛光阳极结构包括二氧化钛光阳极，所述二氧化钛光阳极的至少一侧设有绝缘膜，且所述二氧化钛光阳极的一侧的绝缘膜上设有第一通孔，所述铂对电极设在设有第一通孔的绝缘膜上，所述铂对电极上设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔对应设置，所述第一通孔和第二通孔与所述透光封闭层围成空腔，所述空腔中填充有电解液；所述设有第一通孔的绝缘膜和所述二氧化钛光阳极之间还设有染料层。2.根据权利要求1所述的背光式染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述第二通孔的直径小于所述第一通孔的直径。3.根据权利要求1或2所述的背光式染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述二氧化钛光阳极的两侧均设有绝缘膜。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳青，郭春雷，穆曼，张胜寒，许佩瑶，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：新型
国别省市：河北;13