专利名称：一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能电池技术领域，涉及一种染料敏化太阳能电池的光阳极结 构。
背景技术：
染料敏化太阳电池的半导体光阳极依赖电极材料高的表面积参与界面反应，产生 电子，通过粒子之间相互连接降低电阻，减小电子输送损失。同时，电池的半导体光阳极被 染料敏化后，与电解质接触才能形成回路，持续产生电流。这要求光阳极既要有高的表面 积，颗粒之间又要适当接触，同时孔隙结构连贯，有利于电解质的迁移。目前这类电极多为 纳米晶薄膜，纳米晶薄膜的优点是孔隙率高、表面积大，吸附染料量大，电解质交换渠道畅 通，制备工艺简单，其弊端是纳米粒子排列无序，相互之间连接程度差，容易发生聚集而成 为电子复合中心，不利于电子的传输。中国专利(申请号201020156486. 5)公开了一种纳米晶薄膜的孔隙结构呈分岔形 的光阳极结构，该结构在纳米颗粒之间连接程度改善的同时，孔隙的连通性好，电解质的迁 移顺畅。但是在整层纳米晶薄膜中电荷的传输路径相对较长，光在薄膜中的散射和吸收还 难以控制。
发明内容本实用新型的目的是提供一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构，解决了现有纳 米晶薄膜存在的电荷传输路径相对较长，光在薄膜中的散射和吸收难以控制的问题，提高 了光的吸收效率，有助于提高电池的光电转化效率。本实用新型所采用的技术方案是，一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构，包括 导电基板，在导电基板上覆盖有导电膜，导电膜上覆盖有致密半导体底层致密半导体底层 上设置有半导体膜，半导体膜中设置有多个有序排列的由纳米颗粒堆积而成的多孔柱状 体，每个柱状体中包含分岔形的孔隙，每个分岔形孔隙包括通孔和斜孔组成，其中每个通孔 与导电基板垂直。本实用新型的有益效果是，光阳极紧凑有序，表面积大，能够吸附更多介质，能为 介质提供更多的传输通道，有利于电解液传质，提高染料敏化电池的光电转化效率；有序排 列的纳米柱相对独立，柱状结构中的纳米粒子连接紧密，电荷传输路径短，电阻低；光阳极 结构中有序排列的纳米柱具有近似于可见光波长的特征尺寸，光在薄膜中的传播路径长， 散射大，被吸收效率提高。
图1为本实用新型的光阳极结构断面示意图；图2为图1的俯视结构示意图。图中，1.导电膜，2.致密半导体底层，3.通孔，4.斜孔，5.半导体膜，6.柱状体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。如图1、图2，本实用新型的染料敏化太阳能电池的光阳极结构是，包括覆盖有 导电膜1的导电基板，导电膜1上覆盖有致密半导体底层2，致密半导体底层2的厚度为 20nm-50nm,致密半导体底层2上设置有半导体膜5，半导体膜5之中设置有多个有序排列的 由纳米颗粒堆积而成的多孔的柱状体6，每个柱状体6均与致密半导体底层2垂直，每个柱 状体6的直径为0.5μπι-5μπι。柱状体6中所包含的孔隙呈分岔形分布，包括轴心的通孔 3和周围的斜孔4，通孔3与导电基板垂直。每个通孔3向上穿透半导体膜5，最上层的斜孔4向上穿透半导体膜5，通孔3的 直径为0. 2 μ m-2 μ m，斜孔4的直径为0. 1 μ m_l μ m。导电基板选用聚合物、透明玻璃、金属(如铜、铝等)的一种或组合物。半导体膜5选用TiO2、ZnO, SnO2半导体氧化物的一种或组合物。本实用新型的光阳极结构的原理是对于染料敏化太阳电池而言，吸附在半导体 粒子上的染料分子吸收光能后，电子激发注入到半导体导带，空穴留在染料中，氧化态的染 料被电解质还原，氧化态的电解质需要在对电极接受电子被还原，形成回路。所以在光阳极 结构中，半导体粒子需要吸附足够的染料分子和电解质；同时，需要缩短电荷在薄膜中的传 输路程，减小电子输送损失；另外提高光在薄膜中的散射和吸收也有助于提高电池的光电 转化效率。本实用新型针对太阳光在半导体薄膜中的散射这一环节，基于光遇到与其波长 相近的障碍物散射增大的思想，提出了在染料敏化太阳能电池的光阳极结构中，多孔半导 体膜由有序排列的纳米柱构成，纳米柱的特征尺寸与可见光的波长相近，增加光在薄膜中 的散射，提高电池的光电转化效率；同时每个纳米柱纳米颗粒堆积而成，其内部孔隙呈分岔 形，且通孔与导电基板垂直，来缩短电解质的迁移和电荷的传输路径。本实用新型的优点在于光在半导体薄膜中的散射大，传播路径长，可以提高光的 被吸收效率；采用柱状阵列光阳极结构，每个纳米柱相对独立，电子在电极材料中的传输路 径短，阻力小；半导体膜的孔隙连通性好，电解质的迁移和电荷的传输路径短，有利于电解 液传质，提高染料敏化电池的光电转化效率。
权利要求1.一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构，包括导电基板，其特征在于在导电基板 上覆盖有导电膜(1)，导电膜(1)上覆盖有致密半导体底层O)，致密半导体底层( 上设 置有半导体膜(5)，半导体膜(5)中设置有多个有序排列的由纳米颗粒堆积而成的多孔柱 状体(6)，每个柱状体(6)中包含分岔形的孔隙，每个分岔形孔隙包括通孔(3)和斜孔⑷ 组成，其中每个通孔C3)与导电基板垂直。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的光阳极结构，其特征是，所述的柱状 体(6)均与底层垂直，其直径为0. 5 μ m-5 μ m。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的光阳极结构，其特征是，所述的柱状 体(6)柱状结构中的孔隙呈分岔形分布，每个通孔(3)向上穿透半导体膜(5)，最上层的斜 孔(4)向上穿透半导体膜(5)。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的光阳极结构，其特征是，所述的通孔 (3)的直径为0. 2 μ m-2 μ m，斜孔(4)的直径为0. 1 μ m_l μ m。
5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的光阳极结构，其特征是，所述的致密 半导体底层O)的厚度为20nm-50nm。
专利摘要本实用新型公开了一种染料敏化太阳能电池的光阳极结构，包括导电基板，在导电基板上覆盖有导电膜，导电膜上覆盖有致密半导体底层致密半导体底层上设置有半导体膜，半导体膜中设置有多个有序排列的由纳米颗粒堆积而成的多孔柱状体，每个柱状体中包含分岔形的孔隙，每个分岔形孔隙包括通孔和斜孔组成，其中每个通孔与导电基板垂直。本实用新型的结构中，光阳极紧凑有序，表面积大，能够吸附更多介质，能为介质提供更多的传输通道，有利于电解液传质，提高染料敏化电池的光电转化效率；有序排列的纳米柱相对独立，柱状结构中的纳米粒子连接紧密，电荷传输路径短，电阻低；光在薄膜中的传播路径长，散射大，被吸收效率提高。
文档编号H01G9/048GK201927490SQ20102065119
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者赵紫辰 申请人:赵紫辰