[發明專利]以碳納米管/聚合物復合膜為對電極的染料敏化太陽能電池

有效

• 申請號: 201110219730.7
• 申請日: 2011-08-02
• 公開（公告）號: CN102354608A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 彭慧勝;仰志斌;陳濤;李立;何瑞璇
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種以碳納米管/聚合物復合膜為對電極的染料敏化太陽能電池，其特征在于在染料敏化太陽能電池中以碳納米管/聚合物復合薄膜替代鉑作為對電極而獲得；所述碳納米管/聚合物復合薄膜中碳納米管垂直于薄膜表面，并且均勻分布，而且薄膜表面有大量的碳納米管末端開口。

2.如權利要求1所述的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于具體步驟如下：

（1）制備對電極，在附有碳納米管/聚合物復合薄膜的FTO玻璃基板表面滴加溶劑，待揮發掉后，復合薄膜和FTO玻璃之間通過范德華力緊密地連接在一起，并在120-200攝氏度下退火，得到含有碳納米管/聚合物復合薄膜的對電極；

（2）制備工作電極，在FTO玻璃上使用絲網印刷法印刷上一層4-15微米厚的納米晶二氧化鈦層，然后在450-550攝氏度下煅燒25--35分鐘并退火；等溫度降到25-150攝氏度時，將其轉移到0.5mM/L的N719染料溶液中浸泡?12--18小時，取出，得到吸附了大量染料的工作電極，并用乙腈進行清洗；

（3）最后將工作電極和對電極通過一個環形襯底進行封裝，封裝壓力為0.1-0.5MPa，溫度為110-140攝氏度，通過對電極上的小孔注入電解液；然后使用微型蓋玻片和襯底封住小孔，得到完整的電池。?

3.根據權利要求2所述的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于碳納米管/聚合物復合薄膜的制備步驟為：首先，通過化學氣相沉積法得到碳納米管陣列，陣列中碳納米管具有高度的取向性；然后，采用滲透法，使聚合物單體滲入碳納米管陣列內部，再加熱固化形成復合材料；最后，通過切片機對樣品切片得到碳納米管/聚合物復合薄膜。

4.根據權利要求3所述的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于碳納米管/聚合物復合薄膜制備的具體操作步驟為：

第一，包埋原液的配制

在“EPON?812”配方基礎上，增加DT-2型增韌劑；配制的方法為：

首先，配置溶液?A和溶液B：溶液A由環氧樹脂和十二烯基丁二酸酐按體積比62：100的比例組成，溶液B由環氧樹脂和甲基納迪克酸酐按體積比100?：89的比例組成；配好的A液和B液在超聲清洗器里面超聲10-30分鐘，使之均勻分散；

然后，將溶液A和溶液B以2：8的體積比混合，加入溶液A和溶液B總體積10%的增韌劑，最后加入溶液A和溶液B總體積的1％～2％的固化促進劑2、4、6三（二甲氨基甲基）苯酚，超聲10-30分鐘，充分混合，得到包埋原液；

第二，環氧樹脂的滲透

首先，配試劑1、試劑2、試劑3和試劑4，試劑1按照丙酮：包埋原液=10：1至2：1的體積比配制，試劑2按照丙酮：包埋原液=2：1至1：2的體積比配制，試劑3按照丙酮：包埋原液=1：2至1：10的體積比配制，試劑4為純的包埋原液；然后，將碳納米管陣列浸入試劑1中，浸泡3-24小時，再轉移入試劑2中，浸泡3-24小時，接著轉移入試劑3中，浸泡3-24小時，最后轉移入試劑4中，浸泡12-36小時；

第三，包埋固化

把在試劑4中浸泡后的樣品放入合適的模具中，然后注入包埋原液，在聚合箱中常壓下40-100攝氏度固化10-100小時，即得到用環氧樹脂包埋的碳納米管陣列；

第四，對包埋樣品進行切片

對包埋好的樣品用切片機進行切片，得到碳納米管/聚合物復合薄膜，復合膜的厚度范圍為50納米到50微米。

5.根據權利要求2所述的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于碳納米管/聚合物復合膜中的碳納米管陣列的制備步驟為：?

合成碳納米管陣列的催化劑結構為Si/SiO₂/Al₂O₃/Fe，其中，SiO₂厚度為300-1000?μm，Al₂O₃厚度為10-30?nm，Fe厚度為0.5-1.5?nm，Al₂O₃位于硅片和Fe的中間，作為緩沖層，Fe作為催化劑，它們分別通過電子束蒸發鍍膜儀在硅片上沉積一層納米厚度的膜；采用化學氣相沉積法，用乙烯做碳源，以氬氣和氫氣作為載氣，在有氧化層Si基片上合成高度取向的碳納米管陣列；其中乙烯流量為190-290?sccm，氬氣流量為400-620?sccm，氫氣流量為20-48?sccm，在管式爐中生長5-20?min。