一种具有高开路电压的生物太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有高开路电压的生物太阳能电池，其结构由透明导电衬底、金属氧化物纳米结构层、生物光敏化剂层、含氧化还原电对的电解质层和电极层组成。相对于传统生物敏化太阳能电池，该电池采用褐藻素或其复合物作为光敏化剂，具有更高的开路电压。本发明的优点是：制备过程简单，环境友好，成本低，在生物太阳能电池与光催化等领域有着广阔的应用前景。
【专利说明】
一种具有高开路电压的生物太阳能电池
技术领域
[0001]本发明涉及一种太阳能电池，具体涉及一种具有高开路电压的生物太阳能电池。
【背景技术】
[0002]随着世界不可再生能源的日益消耗，能源短缺和环境恶化已成为新世纪人们所面临的愈发严重的问题。开发和利用清洁可再生能源越来越受到人们的重视。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的绿色环保能源。发展光伏器件，有效地将太阳能转化为电能为解决能源问题提供了重要出路。
[0003]在太阳能光电技术中，硅光电池以其成熟的工艺，以及较高的光电转化效率在各类光伏期间中占主导地位。但硅原材料的短缺和昂贵的价格限制了硅电池的广泛应用。随着纳米技术的日益成熟。纳米结构电池成为低成本太阳能电池的发展方向。而生物光敏化剂来源广泛，价格低廉，环境友好，是传统光电转换材料的良好替代品。本发明将生物光敏化剂吸附在纳米结构金属氧化物层上，加以电解质、电极层等结构制成了低成本的生物太阳能电池。
[0004]在太阳能光电技术中，良好的光生电子转移传输机制和光谱响应是提高太阳光利用效率的重要因素。一直以来，一维纳米棒阵列结构都被认为具有特殊的电子传输特性，电子在纳米棒上传输时可以避免界面电阻造成的复合损失，特别是氧化锌纳米棒的电子扩散长度高达一百多微米。然而氧化锌禁带宽度较大，对能量占太阳光谱总能量90%以上的可见和红外光不能吸收转换，而生物捕光材料基于植物对自然环境的适应，对太阳光光谱的大部分能量均有吸收，因此可通过生物捕光材料敏化纳米棒这样的结构来实现良好的电子传输和光谱吸收特性，同时金属氧化物纳米结构也提高了生物捕光材料的吸附。这样的一种纳米结构生物太阳能电池在光电转换技术具有潜在的应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有高开路电压的生物太阳能电池结构，既考虑到光电转化效率问题，同时也节约了制备成本。
[0006]本发明所涉及的具有高开路电压的生物太阳能电池结构为:在透明导电衬底上依次有金属氧化物纳米结构层、生物光敏化剂层、含氧化还原电对的电解质层、电极层和透明导电衬底。
[0007]所述的透明导电衬底材料采用掺氟二氧化锡、掺铟二氧化锡或掺铝氧化锌导电玻璃或导电聚酰亚胺膜；
[0008]所述的金属氧化物纳米结构层为二氧化钛或氧化锌组成的纳米棒、纳米颗粒或纳米薄膜，层厚为50纳米-10微米；
[0009]所述的生物光敏化剂层采用褐藻素，褐藻素、叶绿素和叶黄素的混合物或包含褐藻素的捕光色素蛋白复合物；
[0010]所述的含氧化还原电对的电解质层为含碘和碘化钾或硫和硫化钠的乙腈溶液，或含碘和碘化钾或硫和硫化钠的水溶液；
[0011]所述的电极层为50-200纳米厚的铂、钛、铝或富勒烯薄膜层。
[0012]本发明的优点是:制备过程简单，原材料易于获得且价格低。制备的金属氧化物纳米结构抗腐蚀能力强，且利于生物捕光材料的吸附，从而有利于提高太阳能电池的光电转换。
【附图说明】
[0013]图1:基于纳米结构光阳极生物太阳能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
:
[0014]实施例1:
[0015]掺铟二氧化锡导电玻璃上为500纳米厚的氧化锌纳米颗粒层，纳米颗粒层上覆盖褐藻素层作为生物敏化剂层，含碘和碘化钾的乙腈溶液作为电解质层，在其上有100纳米铂薄膜层作为电极层，最上为掺铟二氧化锡导电玻璃。
[0016]电池开路电压为0.719伏特。
[0017]实施例2:
[0018]掺氟二氧化锡导电玻璃上为2微米厚的二氧化钛纳米颗粒层，纳米颗粒层上覆盖褐藻素、叶绿素和叶黄素的混合物作为生物敏化剂层，含硫和硫化钠的乙腈溶液作为电解质层，在其上有10纳米富勒烯薄膜层作为电极层，最上为掺氟二氧化锡导电玻璃。
[0019]电池开路电压为0.702伏特。
[0020]实施例3:
[0021]掺铝氧化锌导电玻璃上为2微米厚的二氧化钛纳米棒阵列，纳米棒阵列上覆盖包含褐藻素的捕光色素蛋白复合物作为生物敏化剂层，含碘和碘化钾的水溶液作为电解质层，在其上有50纳米铝薄膜层作为电极层，最上为掺铝氧化锌导电玻璃。
[0022]电池开路电压为0.736伏特。
[0023]实施例4:
[0024]掺铟二氧化锡导电玻璃上为10微米厚的氧化锌纳米棒阵列，纳米棒阵列上覆盖褐藻素层作为生物敏化剂层，含硫和硫化钠的水溶液作为电解质层，在其上有200纳米钛薄膜层作为电极层，最上为掺铝氧化锌导电玻璃。
[0025]电池开路电压为0.711伏特。
[0026]实施例5:
[0027]掺氟二氧化锡导电玻璃上为200纳米厚的二氧化钛纳米薄膜，纳米薄膜上覆盖褐藻素层作为生物敏化剂层，含碘和碘化钾的水溶液作为电解质层，在其上有100纳米铝薄膜层作为电极层，最上为掺铝氧化锌导电玻璃。
[0028]电池开路电压为0.711伏特。
[0029]实施例6:
[0030]掺铝氧化锌导电玻璃上为50纳米厚的氧化锌纳米薄膜，纳米薄膜上覆盖褐藻素、叶绿素和叶黄素的混合物作为生物敏化剂层，含碘和碘化钾的乙腈溶液作为电解质层，在其上有150纳米铂薄膜层作为电极层，最上为掺铝氧化锌导电玻璃。
[0031]电池开路电压为0.708伏特。
【主权项】
1.一种具有高开路电压的生物太阳能电池，其结构为:在透明导电衬底上依次有金属氧化物纳米结构层、生物光敏化剂层、含氧化还原电对的电解质层、电极层和透明导电衬底，其特征在于: 所述的透明导电衬底材料采用掺氟二氧化锡、掺铟二氧化锡或掺铝氧化锌导电玻璃或导电聚酰亚胺膜； 所述的金属氧化物纳米结构层为二氧化钛或氧化锌组成的纳米棒、纳米颗粒或纳米薄膜，层厚为50纳米-10微米； 所述的生物光敏化剂层采用褐藻素，褐藻素、叶绿素和叶黄素的混合物或包含褐藻素的捕光色素蛋白复合物； 所述的含氧化还原电对的电解质层为含碘和碘化钾或硫和硫化钠的乙腈溶液，或含碘和碘化钾或硫和硫化钠的水溶液； 所述的电极层为50-200纳米厚的铂、钛、铝或富勒烯薄膜层。
【文档编号】H01G9/20GK105869895SQ201610353206
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】张天宁, 陈鑫, 王书霞, 孙艳, 杨春红, 戴宁
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所