一種可提高效率的太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種可提高效率的太陽能電池。
【背景技術】
[0002] 太陽能電池的效率很大程度上取決于半導體材料的帶隙，因此不能吸收能量低于 帶隙的量子，這種光譜不匹配導致了太陽能電池能量的大量損失。目前一種可行的方法是 通過轉化光譜使太陽光譜能更好的與這種光譜波段依賴型的太陽能電池相匹配。光譜轉 化的優勢在于它可以應用于現有太陽能電池并實現電池最優化。光譜轉化可分為：兩個低 能量子結合轉化成一個高能量子（即上轉換）和一個高能量子轉化成一個低能量子（即下轉 移）或兩個更低能量的量子(即下轉化或者量子剪裁)。
[0003] 針對染料敏化太陽能電池用染料二-四丁銨-雙（異硫氰基）雙（2, 2'_聯吡 啶-4, 4'-二羧基）釕（II) (N719)的吸收光譜，可以發現其吸收范圍主要集中在紫外光區 和可見光區，尤其在380nm和520nm附近有較強吸收，而在800nm以后幾乎沒有吸收，然 而在太陽光譜中近紅外光區（800nm~1700nm)占據了高達55~60%的比例，如果能將這部 分光譜利用起來，對于太陽能電池的意義是非常重大的。稀土上轉換材料可將近紅外光轉 化為可見光，這一原理為太陽能電池光譜不匹配所造成的損失提供了一個非常好的改進思 路。
[0004] 目前光譜轉化方面的研究主要分為兩個部分，一是利用有機染料和量子點實現的 下轉移和利用稀土元素和過渡金屬元素實現的上轉換和下轉化。近幾年上轉換研究得到了 極大關注，這是因為這種方法將不能被太陽能電池所吸收的低能量子轉化為可被其吸收的 高能量子。這種上轉換層可置于太陽能電池背部，簡單而直接的促進了太陽能電池的光吸 收。但總體來講，這類電池的效率仍有提高的可能。
【發明內容】
[0005] 本實用新型提供一種可比現有的染敏太陽能電池有更高效率的太陽能電池。
[0006] 本實用新型的一種可提高效率的太陽能電池，包括：由封口材料與導電玻璃構成 的電極和導電玻璃構成的對電極形成的空腔，以及充于所述空腔內的電解質，電池對電極 的外表面附著由f3-NaYF4:Yb3+，Er3+材料構成的、且f3-NaYF4:Yb3+，Er3+材料的一部分外 表面為金納米粒子的表面、另一部分外表面為β_NaYF4:Yb3+，Er3+材料的原始表面。
[0007] 進一步，本實用新型的太陽能電池的電極導電玻璃靠近空腔的面上上附著有鈦酸 四丁酯的致密層，鈦酸四丁酯的致密層上附著有二氧化鈦；對電極靠近空腔的面上附著有 金屬鉑。
[0008] 本實用新型中選取了上轉換效率較高的i3_NaYF4:Yb3+，Er3+材料作為上轉換層， 該材料在510~570nm有較強發射，與染料N719的吸收波長非常吻合，因此可作為上轉換 層將近紅外光轉化為可被染料吸收的可見光，同時在上轉換層的外部增加一層金納米反射 層，一方面反射未被完全吸收的可見光，另一方面可將上轉換的可見光進一步反射回電池 內部，進一步實現光的吸收和利用，從而可使太陽能電池的效率得以提升。
[0009] 經實驗發現，本實用新型的太陽能電池可將染料敏化太陽能電池的效率由4. 75% 提高到了 5. 74%，效率提升21. 0%，充分的利用近紅外區光。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型的所用的上轉換材料電鏡圖。
[0011] 圖2為本實用新型的上轉換材料的上轉換熒光光譜圖。
[0012] 圖3為本實用新型的金納米粒子透射電鏡圖。
[0013] 圖4為經組裝后的電池結構示意圖，圖中：1為封口膜，2為電解質，3為鍍鉑層，4 為對電極的導電玻璃，5為表面沉積有金納米粒子的稀土上轉化材料，6為封口膜，7為導電 玻璃，8為致密層，9為二氧化鈦層。
[0014] 圖5為普通染敏電池與組裝了稀土上轉換材料的染敏電池的I-V曲線對比圖，圖 中位于上面的曲線為普通染敏電池，位于下面的曲線為本發明的組裝了稀土上轉換材料的 染敏電池。
【具體實施方式】
[0015] 本實用新型以下結合實施例詳細說明。
[0016] 1.染料敏化太陽能電池的組裝
[0017] 本實用新型采用的二氧化鈦納米粒子為商用P25。將二氧化鈦納米粒子與聚乙二 醇20000制備成為二氧化鈦固體含量約為33%的漿料備用。導電玻璃FT0切割成所需大 小，用蒸餾水、乙醇、丙酮洗滌，置于乙醇溶液中備用。取0.1ml鈦酸四丁酯溶于30ml乙 醇中，分別取出一部分導電玻璃，將鈦酸四丁酯的乙醇溶液涂布于這部分導電玻璃（FT0)的 導電面作為致密層。再使用旋涂法將二氧化鈦漿料涂布于導電玻璃導電層與致密層之上， 所用的二氧化鈦通常為P25,即粒徑約為25nm的銳鈦礦和晶紅石混合相的二氧化鈦。本實 施例中獲得的二氧化鈦電極有效面積為0.16cm2,厚度15微米將涂布好的二氧化鈦電極 置于馬弗爐中加熱，150分鐘升溫至450°C保持1小時后取出，得到二氧化鈦電極。
[0018] 取出待用的另外的導電玻璃FT0,并在其一面的導電面鍍上貴金屬鉬，即制得電池 的對電極。
[0019] 將N719染料溶于乙腈/叔丁醇=1/1 (V:V= 1:1)溶液中，配置成0.5mM的浴 染溶液備用。將二氧化鈦電極置于馬弗爐中，升溫至120°C，保持30min，在馬弗爐中降至 100°C，迅速取出，置于浴染溶液當中，浸泡24h。浸泡完畢，將已經吸附了染料的二氧化鈦 電極取出，于乙腈中多次洗滌，洗去未吸附的染料分子，氮氣氛下冷風吹干。將事先制備好 的β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料配成0. 05g/ml的酒精溶液，并置于超聲儀中超聲2h，得到分散 性良好的稀土上轉換材料酒精溶液，將該溶液滴在對電極外部，即不鍍鉑的一面，再將對電 極放入真空干燥箱中，至完全干燥后再在對電極外部繼續滴加β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料配成 的酒精溶液，直至在對電極外部形成一層均勻的白色β_NaYF4:Yb3+，Er3+材料層。在這一過 程中要注意控制每塊電池的滴定的溶液量，以確保在對電極外部形成的β-NaYF4:Yb3+，Er3+ 材料層厚度一致。再將涂有i5_NaYF4:Yb3+，Er3+材料層的電池對電極置于金屬濺射儀 中，濺射金納米層，這一過程中通過控制濺射時間來調節金納米層的厚度。如此形成由 β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料構成的、β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料的一部分表面為附著有金納米粒子 的表面，而另一部分表面為不附著有金納米粒子的β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料的原始表面。
[0020] 配制由0.6Μ的1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘（DMPII)、0. 05Μ的12單質和0.5Μ 的對叔丁基吡啶（ΤΒΡ)的乙腈/戊腈=85/15 (體積比）溶液組成的電解質。
[0021] 使用封口膜將二氧化鈦電極與鍍有貴金屬鉑的FT0對電極封裝成中空的三明治 結構，其中對電極的鍍鉑面處于中空內側。再通過預留在對電極上的小孔將電解質真空 灌注到三明治結構中間層，然后用熱封膜與蓋玻片將預留小孔封住，至此完成電池封裝， 得到如圖4所示結構的太陽能電池，其中：一個表面附著致密層8和二氧化鈦層9的導電 玻璃7為光陽極，同時為電池的負極；一面附著鉑層3、另一面附著沉積有金納米粒子的 β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料層5的對電極導電玻璃4為光陰極，同時為電池的正極。
[0022] 本實用新型所使用的表面沉積有金納米粒子的β_NaYF4:Yb3+，Er3+材料的相應的 形態與光譜參見附圖1至附圖3。
[0023] 經上過程制備得到的本實用新型的太陽能電池經實際測試結構參見表1，通過測 試數據可見本實用新型的電池效率較普通染敏電池的效率提升了 21%。
[0024]
[0025] 另外，相應的實驗還表明，在相同電壓下，本實用新型的電池將有更高的電流中強 度，參見附圖5。
【主權項】
1. 一種可提高效率的太陽能電池，包括：封口材料、導電玻璃構成的電極和導電 玻璃構成的對電極、以及充于由封口材料、導電玻璃構成的電極和對電極所構成的空 腔內的電解質，其特征在于對電極的外表面附著0-NaYF4:Yb3+，Er3+材料，且所附著 的i3-NaYF4:Yb3+，Er3+材料的一部分外表面為金納米粒子的表面，另一部分外表面為 β-NaYF4:Yb3+，Er3+材料的原始表面。2. 權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于：電極導電玻璃靠近空腔的面上上附著 有鈦酸四丁酯的致密層，鈦酸四丁酯的致密層上附著有二氧化鈦；對電極靠近空腔的面上 附著有金屬鉑。
【專利摘要】本實用新型涉及一種可提高轉換效率的太陽能電池。本實用新型的太陽能電池由：封口材料與導電玻璃構成的電極和導電玻璃構成的對電極形成的空腔及充于所述空腔內的電解質構成，其中：對電極的外表面附著有其表面沉積有金納米粒子的β-NaYF4:Yb3+,Er3+的六棱柱棒狀結構顆粒。本實用新型的上轉換層將近紅外光轉化為可被染料吸收的可見光，同時在上轉換層的外部增加一層金納米反射層，一方面反射未被完全被吸收的可見光，另一方面可將上轉換的可見光進一步反射回電池內部，進一步實現了光的吸收和利用，將所制備的材料置于電池對電極外部，實現了太陽能電池21%的效率提升。
【IPC分類】H01L31/048, H01G9/20
【公開號】CN205050705
【申請號】CN201520690472
【發明人】唐瑜, 于明匯, 茍發亮, 景歡旺
【申請人】蘭州大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年9月8日