专利名称：叠层结构复合型太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光电利用领域，特别是涉及一种聚合物太阳能电池和染料敏化
太阳能电池的叠层结构复合型太阳能电池。
背景技术：
法国科学家Henri Becq y erel于1839年首次观察到光电转化现象，但是直到 1954年第一个可实用性的半导体太阳能电池的问世，"将太阳能转化成电能"的想法才真 正成为现实。虽然直接利用光伏打效应的光伏电池对太阳能的转化效率比起其他的非直接 转换方式要高好几个数量级，但全球光伏电池的安装容量却十分有限，其主要原因是现有 的基于无机硅或半导体的光伏电池的价格过于昂贵。虽然经过几十年的技术进步和工艺改 进，其价格已经下降了很多，但还是超出人们普遍可接受的范围，并且进一步大幅降低的可 能性已几乎不存在。目前无机硅光伏打电池(简称光伏电池)的最高能量转换效率已经达 到24%，基于砷化镓半导体的光伏电池转换效率甚至已经达到了 31% 32% (AM 1. 5G条 件下)。但它们的制造条件要求苛刻，导致生产成本非常高，且在制造的过程中会产生一些 剧毒的物质。此外，无机光伏电池的非柔韧性和不易加工等缺点也限制了其大面积化的应 用进程。人们开始寻找新型的可以替代传统结构的太阳能电池。其中聚合物太阳能电池和 染料敏化太阳能电池就是很有前景的两种，并且这两种太阳能电池均可以在柔性衬底上制 成 1991年，瑞士科学家Gr針zel等人首次利用纳米技术将染料敏化太阳能电池中的 转化效率提高到7%。从此，染料敏化纳米晶太阳能电池(即Gratzel电池)随之诞生并得 以快速发展。最新的研究表明，基于Gratzel电池的新型染料敏化太阳能电池的效率已经 达到11%。染料敏化太阳能电池主要包括工作电极、电解液和对电极。在导电基底上制备 一层多孔半导体薄膜，然后将染料分子吸附在多孔膜上成为工作电极。对电极一般是镀有 一层铂的导电玻璃。电解质中含有氧化还原对，可以是液态、准固态或者固态，常用的是液 态电解液。 基于共轭聚合物的光伏打电池，或称聚合物太阳能电池，具有和无机硅光伏电池 相同的最高理论转换效率，聚合物太阳能电池却具有重量轻、可用湿法成膜(旋转涂膜、喷 墨打印以及丝网印刷)的廉价大面积制造技术，以及可制成柔性、特种形状器件等优点，它 甚至可以实现全塑料化和较强的光吸收密度。更重要的是，通过分子设计和合成新型半导 体聚合物或有机分子，可以容易地调控器件的性能.基于这些独特的优点，聚合物太阳能 电池成为近年来最热门的研究领域之一。但是目前所开发的聚合物太阳能电池效率普遍都 还比较低，均在5%以下，且性能还不稳定。制约其能量转换效率的主要因素是电池的光谱
响应范围与太阳光地面辐射光谱不匹配等。 以上两种太阳能电池的光谱响应范围在一定程度上是互补的，将两种电池结合起
来，制备成一个叠层的结构，就可以使合成后的电池具有比两者都宽泛的光谱响应范围；将
两种太阳能电池结合起来也可以起到互相增强的作用，做在下面的电池可以为做在上面的电池反射回一部分漏掉的光，做在上面的电池可以为做的下面的电池充当一个散射层；同 时两者都可以使用柔性衬底，制作工艺简单，制成叠层结构可以节省一部分成本。
发明内容
( — )要解决的技术问题 本发明的目的是提供一种解决现有技术缺陷、显著提高染料敏化太阳能电池和聚 合物太阳能电池的光电转换效率的层叠结构复合型太阳能电池。
( 二 )技术方案 为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的叠层结构复合型太阳能电池， 其包括聚合物太阳能电池，以及形成于所述聚合物太阳能电池上的染料敏化太阳能电池。
优选地，所述染料敏化太阳能电池由上至下包括其上附着有透明导电膜的柔性衬 底、半导体光敏层、电解液、铂对电极和另一附着有透明导电膜的柔性衬底。
优选地，所述透明导电膜为氧化铟锡。 优选地，所述半导体光敏层为浸泡过染料的Ti02薄膜，所述染料为N3或N719染 料。 优选地，所述聚合物太阳能电池由上至下包括其上附着有透明导电膜的柔性衬 底、电子给体、电子受体、钼对电极和另一附着有透明导电膜的柔性衬底。
优选地，所述透明导电膜为氧化铟锡。 优选地，所述染料敏化太阳能电池的铂对电极形成于所述聚合物太阳能电池的柔 性衬底没有附着透明导电膜的一面。
(三)有益效果 由于染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池吸收光的部分主要吸收的光波段 不完全重合，因此当光透过上方的染料敏化太阳能电池时还有一部分光能没有被吸收利 用，此时下面部分的聚合物太阳能电池可以吸收转化剩余的光能；本发明的复合型太阳能 电池与单独的染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池相比，在保证了上述两种电池效率 基本不变的基础上提高了光的吸收利用效率，从而可以提高光电转换效率。
图1是根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池的结构示意图； 图2是根据本发明实施例的聚合物太阳能电池的结构示意图； 图3是根据本发明实施例的叠层结构复合型太阳能电池的结构示意图。其中，10、14、20、24、30、34、38 :柔性高分子透明导电薄膜；11、31 :浸泡过染料的
1102薄膜；12、32 :电解液；13、22、33、37 :铂对电极；21、35 :电子给体；22、36 :电子受体。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 如图1所示，根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池的结构示意图。其中染料 敏化太阳电池包括柔性高分子透明导电薄膜IT0/PET10，该透明导电膜是氧化物半导体氧化铟锡；对电极铂膜13，可以采用在柔性高分子透明导电薄膜ITO/PET上溅射的方法制备； 电解液12，其中含有13-/1_离子对；还包括浸泡过染料的Ti02薄膜ll，该层制备方法如 下 取一定量的钛酸正丁酯缓慢滴加到无水乙醇中，搅拌0.5h后，再滴加1.5mL蒸 馏水，搅拌得到淡黄色溶胶，用淡黄色溶胶涂敷电极。制成钛酸正丁酯溶胶电极。将 P25(Degussa公司，平均直径为25nm)和溶胶按不同质量比进行混合，采用超声波振荡处理 混合悬浮液O. 5h得到适当粘度和分散均匀的涂膜浆体。采用玻璃棒在柔性衬底上涂敷Ti02 薄膜，将涂敷的薄膜电极放入盛满蒸馏水的水浴锅中于10(TC下处理若干小时，制得不同质 量比的1102薄膜电极。 然后在染料(N3或是N719染料，也可以使其他种类的染料)中浸泡24_48h拿出 即得到浸泡过染料的Ti02薄膜11。 如图2所示，根据本发明实施例的聚合物太阳能电池的结构示意图。具体制备方 法如下将电子给体21 (如MEH-PPV，即聚2-甲氧基-5 (2'-乙基)己氧基-对苯撑乙撑) 和电子受体22 (如C60或是PCBM(6，6-苯基碳61 丁酸甲酯))共溶于一个有机溶剂中，然 后通过旋涂等方法在有透明导电膜一面的柔性高分子透明导电薄膜IT0/PET20上制成了 相互渗透并各自形成网络状连续相的共混薄膜。铂对电极23的制备方法和染料敏化太阳 能电池中铂对电极13相同。 如图3所示，根据本发明实施例的层叠结构的太阳能电池结构示意图。将两种电 池结合，具体方法如下通过将上面的染料敏化太阳能电池(结构如图1)的对电极铂膜33 制备于下面的聚合物太阳能电池(结构如图2)的柔性高分子透明导电薄膜IT0/PET34下 方。 由以上实施例可以看出，由于染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池吸收光的 部分主要吸收的光波段不完全重合，因此当光透过上方的染料敏化太阳能电池时还有一部 分光能没有被吸收利用，此时下面部分的聚合物太阳能电池可以吸收转化剩余的光能；本 发明的复合型太阳能电池与单独的染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池相比，在保证 了上述两种电池效率基本不变的基础上提高了光的吸收利用效率，从而可以提高光电转换 效率。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括聚合物太阳能电池，以及制备于所述聚合物太阳能电池上的染料敏化太阳能电池。
2. 如权利要求1所述的叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述染料敏化太阳 能电池由上至下包括其上附着有透明导电膜的柔性衬底、半导体光敏层、电解液、钼对电极 和另 一 附着有透明导电膜的柔性衬底。
3. 如权利要求2所述的叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜为氧化铟锡。
4. 如权利要求2所述的叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述半导体光敏层 为浸泡过染料的Ti02薄膜，所述染料为N3或N719染料。
5. 如权利要求1所述的叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述聚合物太阳能 电池由上至下包括其上附着有透明导电膜的柔性衬底、电子给体、电子受体、钼对电极和另 一附着有透明导电膜的柔性衬底。
6. 如权利要求5所述的叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜为 氧化铟锡。
7. 如权利要求l-6任一项所述的叠层结构复合型太阳能电池，其特征在于，所述染料 敏化太阳能电池的铂对电极形成于所述聚合物太阳能电池的柔性衬底没有附着透明导电 膜的一面。
全文摘要
本发明公开了一种叠层结构复合型太阳能电池，其包括聚合物太阳能电池，以及形成于所述聚合物太阳能电池上的染料敏化太阳能电池。本发明的复合型太阳能电池与单独的染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池相比，在保证了上述两种电池效率基本不变的基础上提高了光的吸收利用效率，从而可以提高光电转换效率。
文档编号H01G9/20GK101777574SQ201010034118
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者刘力锋, 康晋锋, 张天舒, 王宝, 王旭, 王琰, 范志伟 申请人:北京大学