[發明專利]一種針狀染料敏化太陽電池

無效

• 申請號: 201210189537.8
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102709068A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 崔曉莉;孫明軒
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 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

技術領域

本發明屬于太陽能光伏技術領域，具體涉及一種針狀染料敏化太陽電池。

背景技術

作為一種“取之不盡、用之不竭”的潔凈的天然能源，太陽能成為最有希望的新能源之一。太陽能是當前新能源開發利用最活躍的領域，太陽能利用的重要途徑之一是利用光電轉換技術將太陽能直接轉化成電能，即研發太陽能電池。太陽能電池的種類有很多，如硅太陽電池、薄膜太陽電池（如砷化鎵、銅銦鎵錫等）、有機太陽電池和染料敏化太陽電池等。但是傳統太陽能電池都采用平板結構。傳統的平板染料敏化太陽電池是一種三明治式結構，主要由染料敏化的半導體多孔膜電極（最常用的是TiO₂），含有氧化-還原電對的電解液（如I₃^-/I^-），和鍍有催化劑的對電極（如Pt）,?導電基底通常是平板結構的導電玻璃。平板結構電池的缺點是除在正午時太陽光垂直照射到太陽能電池上，其余時間太陽光都是斜射到電池上，降低了太陽光的利用率。

在自然界長期進化過程中，植物采取了各種合理利用太陽光的方式。如松樹采取了針葉來合理利用太陽光，并且有合理的葉序排列。針葉的立體吸光結構可以從空間各個方向吸光，并且對太陽方位角和遮陰不敏感。在一天中，太陽光都會被針葉的半個側圓柱面接收，而背面的側圓柱面又可以吸收周圍的散射光漫反射光，從而達到了對太陽能最合理的利用。

受大自然針狀植物的啟發，本發明提出一種針狀染料敏化太陽電池，研究了針狀染料敏化TiO₂納米管光陽極的制備及其封裝方法，探索了該類電池多組并聯方法。本發明電池制備方法簡單，成本低，克服了平板電池對太陽光的利用率低和導電膜電阻降低電池性能的缺點，有利于染料敏化太陽能電池的大規模商業化應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備方法簡單，成本低，對太陽光利用率高的染料敏化太陽能電池及其制備方法，并提出有利于該太陽能電池大面積商業化實際應用的并聯方法。

本發明提供的染料敏化太陽能電池，其整體形狀像一根松樹針葉；結構包括：透明玻璃管、工作電極、對電極和電解質；其中：

所述工作電極是由直徑為0.2~0.5mm鈦絲經過陽極氧化在其表面形成一層TiO₂?納米管薄膜，再經過熱處理后吸附敏化染料而制得；對電極是鉑絲或外表面負載鉑的金屬絲或碳纖維，直徑為0.2~0.5mm；透明玻璃管的內徑為?0.9-1.1?mm,?長度為3-10?cm；所述工作電極、對電極和電解質封裝于透明細玻璃管中。?

本發明中，所述敏化染料可以是所有適合于傳統染料敏化太陽電池的敏化染料，例如為N719；所述電解質可以是所有適合于傳統染料敏化太陽電池的電解質，例如為含LiI和I₂的乙腈或3-甲氧基丙腈溶液。?

本發明中，染料敏化太陽能電池的工作電極和對電極從透明玻璃管的一端引出，也可從透明玻璃管的兩端分別引出。

本發明提出的針狀染料敏化太陽能電池，其制備方法包括：工作電極的制備、對電極的制備，工作電極、對電極和電解質的封裝；其中：

工作電極的制備方法如下：

（1）預處理，將Ti絲用去離子水、HNO₃和HF的混合溶液進行預處理，再用去離子水將Ti絲清洗，吹干；

（2）陽極氧化，將經預處理的Ti絲作為陽極，石墨片作為陰極，以含?NH₄F和?H₂O的乙二醇溶液作為電解液，利用直流穩壓電源控制電壓，在室溫及磁力攪拌下陽極氧化；最后用去離子水反復沖洗干凈，用空氣流吹干，得到Ti絲TiO₂納米管薄膜（圖1）。

（3）染料敏化，將陽極氧化后的Ti絲在430—460?^oC下熱處理1.5—2.5小時，自然冷卻至70—85^oC,?放入敏化染料（如N719染料）的無水乙醇溶液中敏化12h以上，即可得到染料敏化的TiO₂納米管薄膜。

所有適合于傳統染料敏化太陽電池的染料也都適合于本工作電極的半導體材料敏化，并且可以使用完全相同的敏化方法。經以上步驟，就可得到染料敏化太陽能電池針狀工作電極。如圖2所示，染料敏化太陽電池針狀工作電極包括Ti絲和吸附染料分子N719的敏化TiO₂納米管薄膜。敏化TiO₂納米管薄膜包覆在導電性較好的Ti絲外表面。

對電極的制備方法為常規方法。