專利名稱：一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
隨著全球性能源危機(jī)日益嚴(yán)重，人們迫切希望可以找到一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源。太陽(yáng)能作為一種取之不盡的天然能源，日益受到世界各國(guó)的關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池與傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池相比，成本低廉，制作簡(jiǎn)單，受到全世界的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是最有前途的下一代太陽(yáng)能電池。但是目前染料敏化太陽(yáng)能電池的實(shí)際光電轉(zhuǎn)換效率只有11%，離產(chǎn)業(yè)化的要求還有一定差距。盡管多年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多小組在提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率方面做了大量工作，但是效果并不顯著。其中一個(gè)重要原因是由于染料的吸收光譜很難與太陽(yáng)的發(fā)射光譜相匹配，因此整體電池體系的太陽(yáng)能利用效率不高所致。如現(xiàn)在人們普遍認(rèn)可的用于染料敏化太陽(yáng)能電池的染料N719釕染料，其吸收光譜主要集中在400 600nm的可見光區(qū)，而太陽(yáng)光中除含44%的可見光外，還含有3%的紫外線和53%的紅外線，顯然太陽(yáng)光中的大部分能量都沒有得到有效利用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種光電轉(zhuǎn)換效率高的新型染料敏化太陽(yáng)能電池。一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池，包括依次疊加的光陽(yáng)極基板、半導(dǎo)體多孔薄膜、染料、電解質(zhì)和對(duì)電極，其特別之處在于:其中在對(duì)電極外側(cè)還設(shè)有一層20-100nm厚的由上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的信號(hào)增強(qiáng)層，從而將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)短的可見光。其中上轉(zhuǎn)換材料采用稀土離子摻雜的氟化合物、硫化合物、鹵化合物或氧化物材料體系。其中上轉(zhuǎn)換材料為Ho3+ =BaY2F8, Pr3+:K2YF5, Pr3+/Yb3+-Ga203:La2S3> Er3+:Cs3Lu2Br9,Yb3+: Cs3R2X9 或 Sm3+: Y3Al5O1215本實(shí)用新型的有益效果是:上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層可吸收太陽(yáng)光中的紅外部分，并在可見光區(qū)發(fā)光，進(jìn)而被電池中的染料吸收，提高了太陽(yáng)能的利用率，使電池的光電性能得到改善。

圖1為本實(shí)用新型的帶有上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層的染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)圖，圖中:1、光陽(yáng)極基板；2、半導(dǎo)體多孔薄膜；3、染料；4、電解質(zhì)；5、對(duì)電極；6、信號(hào)增強(qiáng)層。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型的電池結(jié)構(gòu)，其中包括光陽(yáng)極基板、對(duì)電極和兩電極之間的染料和電解質(zhì)，以及位于對(duì)電極外側(cè)的信號(hào)增強(qiáng)層。具體是包括依次疊加的光陽(yáng)極基板、半導(dǎo)體多孔薄膜、染料、電解質(zhì)和對(duì)電極，其中在對(duì)電極外側(cè)還設(shè)有一層20-100nm厚的由上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的信號(hào)增強(qiáng)層，從而將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)短的可見光。其中上轉(zhuǎn)換材料采用稀土離子摻雜的氟化合物、硫化合物、鹵化合物或氧化物材料體系，具體為 Ho3+:BaY2F8,Pr3+: K2YF5,Pr3VYb3+-Ga2O3: La2S3>Er3+: Cs3Lu2Br9, Yb3+: Cs3R2X9 或Sm3+: Y3Al5O1215圖1所示的帶有上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層的染料敏化太陽(yáng)能電池，其光陽(yáng)極基板為鍍有導(dǎo)電薄膜的玻璃基板、金屬基板或柔性基板。半導(dǎo)體多孔薄膜可為Ti02、ZnO或其它寬禁帶半導(dǎo)體氧化物及它們的復(fù)合膜。染料為在可見光區(qū)有較強(qiáng)吸收的染料，如聯(lián)吡啶釕類染料或天然染料。本實(shí)用新型中的電解質(zhì)為含碘和碘化鋰氧化還原對(duì)的液體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)或固態(tài)電解質(zhì)。對(duì)電極為沉積在導(dǎo)電玻璃或?qū)щ姌渲迳暇哂写呋饔玫慕饘巽f、石墨電極。信號(hào)增強(qiáng)層上轉(zhuǎn)換材料為稀土離子摻雜的氟化合物:如Ho3+:BaY2F8, Pr3+= K2YF5，稀土離子摻雜硫化合物:如Pr3+/Yb3+-Ga203:La2S3，稀土離子摻雜鹵化合物Er3+:Cs3Lu2Br9、Yb3+ = Cs3R2X9，稀土離子摻雜氧化物，如Sm3+= Y3Al5O12，等具有上轉(zhuǎn)換功能的材料體系。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是在原有染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加一信號(hào)增強(qiáng)層。該信號(hào)增強(qiáng)層主要由上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成。所謂上轉(zhuǎn)換材料，是一類反Stokes定律的發(fā)光材料，它能將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)短的可見光。由上轉(zhuǎn)換材料組成的信號(hào)增強(qiáng)層可以吸收太陽(yáng)光中的紅外部分，并將其轉(zhuǎn)換為可見光用于染料的激發(fā)，大大提高了太陽(yáng)能的利用率，從而有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。上述增強(qiáng)層可吸收紅外光，并在較短的波長(zhǎng)發(fā)光，如在藍(lán)色、綠色、黃色和紅色等波長(zhǎng)發(fā)光。所述上轉(zhuǎn)換材料包括稀土離子摻雜的氟化合物、硫化合物、鹵化合物、氧化物材料體系以及其它具有上轉(zhuǎn)換性能的材料。
權(quán)利要求1.一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池，包括依次疊加的光陽(yáng)極基板、半導(dǎo)體多孔薄膜、染料、電解質(zhì)和對(duì)電極，其特征在于:其中在對(duì)電極外側(cè)還設(shè)有一層20-100nm厚的由上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的信號(hào)增強(qiáng)層，從而將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)短的可見光。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于:其中上轉(zhuǎn)換材料為 Ho3+ =BaY2F8, Pr3+:K2YF5, Pr3VYb3+-Ga2O3:La2S3> Er3+:Cs3Lu2Br9, Yb3+:Cs3R2X9Sm3+: Y3Al5O121專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池。包括依次疊加的光陽(yáng)極基板、半導(dǎo)體多孔薄膜、染料、電解質(zhì)和對(duì)電極，其特點(diǎn)是其中在對(duì)電極外側(cè)還設(shè)有一層20-100nm厚的由上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的信號(hào)增強(qiáng)層，從而將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)短的可見光。本實(shí)用新型的有益效果是上轉(zhuǎn)換材料信號(hào)增強(qiáng)層可吸收太陽(yáng)光中的紅外部分，并在可見光區(qū)發(fā)光，進(jìn)而被電池中的染料吸收，提高了太陽(yáng)能的利用率，使電池的光電性能得到改善。
文檔編號(hào)H01G9/20GK203038788SQ20122056568
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者姜春華 申請(qǐng)人:彩虹集團(tuán)公司