[發(fā)明專利]一種柔性輕便可雙面加光的染料敏化太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310031737.5
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103093963A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙清;王偉;李恒;俞大鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型的柔性、輕便、可雙面加光的染料敏化太陽能電池。

背景技術(shù)

為了解決能源問題，低廉、易應(yīng)用、高性能的新型太陽能電池的開發(fā)一直在持續(xù)進(jìn)行著。染料太陽能電池由于其低廉的制造成本、較高的轉(zhuǎn)換效率以及所依賴的材料在地殼中豐度較高等優(yōu)點在全世界科研與實際應(yīng)用中得到了極大的發(fā)展。近年來，柔性襯底的染料敏化太陽能電池由于其較好的可彎折性和便于大面積生產(chǎn)而受到越來越多的關(guān)注。大多數(shù)的柔性染料敏化太陽能電池采用金屬箔或者塑料薄膜作為襯底。不銹鋼絲網(wǎng)由于具有更高的表面積質(zhì)量比和多孔結(jié)構(gòu)利于電解液循環(huán)等優(yōu)勢近年來受到了國際科研領(lǐng)域的關(guān)注。

2009年日本Kyushu?Institute?of?Technology的Yoshihiro?Yamaguchi等人用濺射氧化的方法在不銹鋼絲網(wǎng)上制作氧化鈦的薄膜制備染料敏化太陽能電池的光陽極。(Y.?Yoshida；S.S.Pandey；K.Uzaki；S.Hayase；M.Kono；Y.?Yamaguchi.Applied?Physics?Letters2009，94(9).)由于該電池采用的氧化物光陽極是平面化的薄膜結(jié)構(gòu)，不利于表面積的擴大與光子的吸收，限制了電池效率的提高。另一種方法是采用二氧化鈦的納米絲網(wǎng)與二氧化鈦納米顆粒漿料作為光陽極。其雜亂的納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)致載流子傳輸混亂，宏觀表現(xiàn)在電池的短路電流密度較低。并且該結(jié)構(gòu)工藝的復(fù)雜性導(dǎo)致實際應(yīng)用困難，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。(Xianwei?Huang；Ping?Shen；Bin?Zhao；Xiaoming?Feng；Shenghui?Jiang；Huajie?Chen；Hui?Li；Songting?Tan.Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells2010，94(6)，1005-1010.)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種柔性、輕便、可雙面加光的染料敏化太陽能電池。

本發(fā)明所提供的染料敏化太陽能電池為三明治結(jié)構(gòu)，其組成包括光陽極、對電極、吸附于所述光陽極的染料分子、填充于所述光陽極與對電極之間的電解質(zhì)以及用于封裝所述光陽極、對電極和電解質(zhì)的透明柔性襯底；

其中，所述光陽極為表面沉積氧化鋅納米線陣列或鋁摻雜氧化鋅納米線陣列的不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)；

所述對電極為表面沉積鉑黑的不銹鋼絲網(wǎng)或?qū)щ娊饘俳z網(wǎng)。

所述純金屬絲網(wǎng)具體可由下述任意一種金屬制成：金、銀、銅、鐵、鎢和鋁。

所述導(dǎo)電金屬絲網(wǎng)具體可由下述任意一種金屬制成：金、銀、銅、鐵、鎢和鋁。

所述不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)或?qū)щ娊饘俳z網(wǎng)的規(guī)格可為100目到635目。

常規(guī)的透明柔性襯底均可作為本發(fā)明的封裝材料，具體可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述透明柔性襯底的厚度可為30-100μm。

所述染料分子及電解液均為現(xiàn)有染料敏化太陽能電池中常用的染料分子及電解液。

所述光陽極的制備方法，包括下述步驟：

a)對不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)進(jìn)行表面鈍化處理，得到表面鈍化的不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)；

b)采用化學(xué)氣相沉積法在所述表面鈍化的不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)表面沉積氧化鋅納米線陣列或鋁摻雜氧化鋅納米線陣列，得到所述光陽極。

上述步驟a)中對不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)進(jìn)行表面鈍化處理的方法如下：將不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)放入濃硫酸和雙氧水的混合溶液中于70-95℃浸泡10-60分鐘即得；所述濃硫酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98％的硫酸溶液，所述混合液中濃硫酸和雙氧水的體積比為4∶1-6∶1。

上述步驟b)中在不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)表面沉積鋁摻雜氧化鋅納米線陣列的具體方法如下：將鋅粉與三氯化鋁的混合粉末按照質(zhì)量比3∶1的比例放入管式爐中加熱到600-800℃，通入100sccm的氬氣作為載氣、2-8sccm的氧氣為反應(yīng)氣體，不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)置于氣體下游，沉積4-10分鐘即得。

所述不銹鋼絲網(wǎng)或純金屬絲網(wǎng)在鈍化處理前，還需用有機溶劑(如丙酮)浸泡并通過超聲清洗，以去除表面有機物。

將上述制備的光陽極在染料分子溶液中浸泡，使氧化鋅納米線陣列或鋁摻雜的氧化鋅納米線陣列充分吸收染料分子，即得到染料敏化的光陽極。

所述對電極是通過采用電化學(xué)沉積法在不銹鋼絲網(wǎng)或?qū)щ娊饘俳z網(wǎng)上沉積鉑黑，沉積完畢，取出不銹鋼絲網(wǎng)用去離子水進(jìn)行沖洗得到的。