[發明專利]一種能在雨天發電的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610339543.5
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN105977032B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 唐群委;張悅;楊培志;賀本林;陳海燕
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙)37236
• 代理人: 單虎

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，涉及一種能在雨天發電的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用。

背景技術

目前，太陽能電池在經濟發展中依然占據重要地位，但因其使用條件有限，只能在晴天且光照充足條件下使用，因此尋找一種新型高效率且能適應不同天氣的太陽能電池是當前人類亟待解決的重要問題。石墨烯對雨水中的陽離子具有良好的吸附性，與石墨烯復合的染料敏化太陽能電池克服了雨天不能發電的問題，因此，開發能在雨天發電的染料敏化太陽能電池具有重要的理論意義和實用價值。

發明內容

本發明的目的是針對現有的太陽能電池使用條件的局限性的缺點，提供了一種能在雨天發電的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用，本發明首先是制備石墨烯電極，然后制備染料敏化太陽能電池，最后將其復合得到能在雨天發電的染料敏化太陽能電池。本發明充分利用石墨烯制備方法簡單，且穩定性高、吸附性好，導電率高，離域電子豐富的優點，提供了能在雨天發電的染料敏化太陽能電池。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明提供了一種能在雨天發電的染料敏化太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟：

(1)、在冰浴條件下將石墨粉：硝酸鈉：高錳酸鉀按照質量比為1～2：1：5～8分散在濃硫酸中，攪拌制得混合溶液；

(2)、移除冰浴，將所述混合溶液加熱并攪拌，再加入去離子水及雙氧水直至氣泡消失；

(3)、再將溶液離心并清洗至上清液pH=3～4，將得到的混合物再次分散到水中并超聲分散，離心去除黑色殘渣獲得均勻懸浮液；

(4)、將硝酸銦溶解在乙酰丙酮中，并滴加二乙醇胺，配制濃度為0.1～0.2mol/L的硝酸銦乙酰丙酮溶液，在60oC～65oC下回流、攪拌；

(5)、將氯化錫溶解在乙醇中，配制飽和氯化錫乙醇溶液；

(6)、按銦/錫摩爾比為8～12：1將所述硝酸銦乙酰丙酮溶液與所述飽和氯化錫乙醇溶液混合，制備ITO溶膠；

(7)、將步驟(6)中的ITO溶膠旋涂至FTO導電玻璃的玻璃面，經煅燒，制備得到沉積ITO/玻璃/FTO導電玻璃；

(8)、在步驟（3）的均勻懸浮液中放入步驟（7）的ITO/玻璃/FTO導電玻璃，采用電泳法在ITO層沉積氧化石墨烯；

(9)、將步驟（8）中負載氧化石墨烯的ITO/玻璃/FTO導電玻璃放入碘化氫中浸泡10～15小時還原，得到負載石墨烯的ITO/玻璃/FTO電極；

(10)、在步驟（9）中的負載石墨烯的ITO/玻璃/FTO電極的FTO層上沉積對電極；

(11)、制備二氧化鈦膠體，將二氧化鈦膠體涂于FTO導電玻璃基體上，高溫煅燒制備介孔二氧化鈦薄膜；

(12)、將步驟（11）制備的二氧化鈦薄膜浸入0.2～0.5mmol/L的染料中形成染料敏化二氧化鈦光陽極；

(13)、所述步驟（10）制備的負載石墨烯的ITO/玻璃/FTO對電極和步驟（12）制備的染料敏化二氧化鈦光陽極組合，并在中間注入液體電解質組裝成所述能在雨天發電的染料敏化太陽能電池。

進一步的：所述步驟（2）中將所述溶液通過水浴加熱至30～40oC，并攪拌30～40分鐘。

進一步的：所述步驟（4）中二乙醇胺加入1～3滴。

進一步的：所述步驟（8）中采用的電泳法沉積電壓為5V，時間為2小時。

進一步的：所述步驟（10）中的對電極為鉑、合金、導電聚合物、碳、化合物中的一種。

進一步的：所述步驟（11）控制膜厚為5～15 μm，經450°C煅燒30分鐘制備介孔二氧化鈦薄膜。

進一步的：所述步驟（13）中的液體電解質是含有I^-/I₃^-氧化還原電對的乙腈溶液。

本發明還提供了所述的制備方法制得的能在雨天發電的染料敏化太陽能電池。

本發明還提供了所述的能在雨天發電的染料敏化太陽能電池在光照條件下發電的應用，所述染料敏化太陽能電池的開路電壓為650～800 mV、短路電流為8～18mA·cm^-2、填充因子為0.5～0.8、光電轉換效率為5.0～11.0%。

本發明還提供了所述的能在雨天發電的染料敏化太陽能電池在下雨條件下發電的應用，所述染料敏化太陽能電池的電流為0.9～4.9μA/滴雨、電壓為30～60μV/滴雨、功率為30～300pW/滴雨。

本發明采用上述技術方案后，主要有以下優點：