基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池及其陽極的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及敏化太陽能電池領域，特別是涉及一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池及其陽極。
【背景技術】
[0002]近年來，染料敏化太陽能電池已經成為光電化學領域最引人矚目的研宄熱點之一，并且已經取得了很好的研宄成果。但是，目前染料敏化太陽能電池的光電轉換效率仍然很低(12.3%)，已成為該技術實用化的一個難點，其中的一個主要因素在于:光生電子-空穴的分離和傳輸驅動力不足，導致界面電荷復合效應顯著。
[0003]針對界面電荷復合效應，目前國內外提出的改良方法主要包括兩種，分別是半導體納米晶表面鈍化和光陽極材料有序陣列。半導體納米晶表面鈍化通常是在半導體納米晶薄膜表面鍍覆一層更寬帶隙的金屬氧化物薄膜，從而降低注入電子至電子受主反向迀移速率來抑制電荷復合。但在高效率電池中，絕緣的金屬氧化物薄膜層會影響電子注入到光陽極導帶，造成光電流的減小。而納米陣列電極材料具有有序結構且垂直電極表面，在程度上減少了電荷在電極材料中的傳輸路徑，降低界面復合效應；但該方法工藝相對復雜且成本較高。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池及其陽極，采用鐵電單晶作為基底，結構簡單，成本低廉，通過鐵電單晶基底的自發極化在敏化太陽能電池中引入一個有效電場，可有效分離光生電子-空穴對形成穩態光電流，降低界面電荷復合效應，提高敏化太陽能電池的光電轉換效率。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0006]一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極，包括鐵電單晶基底，制作在鐵電單晶基底上的導電層，以及制作在導電層上的光電極薄膜。
[0007]優選地，所述鐵電單晶基底的材料采用鈮酸鋰單晶。
[0008]優選地，所述導電層的材料采用氧化銦錫。
[0009]優選地，所述光電極薄膜采用吸附有光敏化染料的二氧化鈦薄膜。
[0010]一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池，敏化太陽能電池采用上述的陽極。
[0011]優選地，敏化太陽能電池還包括陰極、電解液，敏化太陽能電池的陰極采用鉑，敏化太陽能電池的陽極、陰極均插入電解液中。
[0012]由于采用了上述技術方案，本實用新型具有如下有益效果:
[0013]鐵電單晶基底的納米級疇壁能夠自發形成高出p-n結一個數量級的內建電場，可有效分離光生電子-空穴對形成穩態光電流，因此，在光陽極材料中引入低成本的鐵電單晶基底，利用其自發極化在敏化太陽能電池中引入一個有效電場，不但能夠解決在尚效率電池中絕緣金屬氧化物薄膜存在的光電流較小問題，而且該方法工藝簡單，成本低廉。本實用新型提供了敏化太陽能電池中電子-空穴的分離及其傳輸動力不足而引起的界面電荷復合效應顯著等問題的應對方案，從而也為利用鐵電材料來設計、制備更為高效的太陽能電池提供了可能；該技術方法工藝簡單，成本低廉，有利于大規模推廣應用。
[0014]本實用新型對比已有技術具有以下創新點:
[0015]1.首次將鐵電單晶材料應用于敏化太陽能電池；
[0016]2.利用鐵電單晶基底自發極化在敏化太陽能電池中引入有效電場來改善敏化太陽能電池中電子-空穴分離及其傳輸動力不足而引起的界面電荷復合顯著的問題，不需要外加電場或對光電極材料進行復雜的加工設計，生產工藝簡單；
[0017]3.鐵電單晶材料性質穩定，適宜應用于光伏器件。
【附圖說明】
[0018]圖1為基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極的結構不意圖；
[0019]圖2為基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的結構不意圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例的測試結果示意圖。
[0021]附圖標記
[0022]附圖中，I為鐵電單晶基底，2為導電層，3為光電極薄膜。
【具體實施方式】
[0023]參見圖1，為一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極，包括鐵電單晶基底(FE) 1，鐵電單晶基底I的材料可以米用各種鐵電材料制作，本實施例中，所述鐵電單晶基底I的材料采用鈮酸鋰單晶。還包括制作在鐵電單晶基底I上的導電層2，本實施例中，所述導電層2的材料采用氧化銦錫(ITO)。還包括制作在導電層上的光電極薄膜3。本實施例中，所述光電極薄膜3采用吸附有光敏化染料(Dye)的二氧化鈦薄膜(Ti02)。
[0024]如附圖2所不，一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池，鐵電單晶基底、導電層、光電極薄膜三者組成的疊層結構作為敏化太陽能電池的陽極，敏化太陽能電池還包括陰極、電解液(Electrolyte)，敏化太陽能電池的陰極(Cathode)采用鉬Pt，敏化太陽能電池的陽極、陰極均插入電解液中。
[0025]如附圖3所示，利用敏化太陽能電池的作對電極組成的回路進行光電性能測試，對比采用玻璃基底的敏化太陽能電池(其它條件均相同)的光電性能有明顯提高，由此可見，鐵電單晶基底自發極化在敏化太陽能電池中引入電場能夠改善染料敏化太陽能電池電子-空穴的分離及其傳輸動力不足的問題，提高敏化太陽能電池的光電轉換效率。
[0026]本實用新型不僅僅局限于上述實施例，光電極薄膜3還可以鍍覆一層更寬帶隙的絕緣金屬氧化物薄膜，解決在高效率電池中絕緣金屬氧化物薄膜存在的光電流較小問題。
[0027]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本實用新型進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本實用新型權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1.一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極，其特征在于:包括鐵電單晶基底，制作在鐵電單晶基底上的導電層，以及制作在導電層上的光電極薄膜。2.根據權利要求1所述的基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極，其特征在于:所述鐵電單晶基底的材料采用鈮酸鋰單晶。3.根據權利要求1所述的基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極，其特征在于:所述導電層的材料采用氧化銦錫。4.根據權利要求1所述的基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池的陽極，其特征在于:所述光電極薄膜采用吸附有光敏化染料的二氧化鈦薄膜。5.一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池，其特征在于:敏化太陽能電池采用權利要求I至4任一所述的陽極。6.根據權利要求5所述的基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池，其特征在于:敏化太陽能電池還包括陰極、電解液，敏化太陽能電池的陰極采用鉑，敏化太陽能電池的陽極、陰極均插入電解液中。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于鐵電單晶基底的敏化太陽能電池及其陽極，所述陽極包括鐵電單晶基底，制作在鐵電單晶基底上的導電層，以及制作在導電層上的光電極薄膜。所述敏化太陽能電池采用上述的陽極。敏化太陽能電池及其陽極采用鐵電單晶作為基底，結構簡單，成本低廉，通過鐵電單晶基底的自發極化在敏化太陽能電池中引入一個有效電場，可有效分離光生電子-空穴對形成穩態光電流，降低界面電荷復合效應，提高敏化太陽能電池的光電轉換效率。
【IPC分類】H01G9/20, H01G9/042
【公開號】CN204720318
【申請號】CN201520492353
【發明人】劉曉燕, 邢安, 北村健二, 曹國忠
【申請人】重慶科技學院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月9日