[發明專利]一種全天候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: 201610694526.3
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN106158391B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 唐群委;王英麗;楊培志;賀本林
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 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技術領域，具體涉及一種全天候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

隨著科技的不斷發展與壯大，太陽能電池的地位日益顯赫，但因傳統太陽能電池使用條件的局限性，即只能滿足晴天且光照充足時使用，因此尋找一種新型、高效且能適應全天候的太陽能電池成為目前亟待解決的難題。針對這一難題，導電聚合物、導電聚合物/石墨烯、導電聚合物/石墨烯/合金彌補了現狀的不足，它能夠較好地吸附雨水中的陽離子，并與其復合的染料敏化太陽能電池成功克服了雨天無法發電的難題。因此，研發全天候發電的染料敏化太陽能電池具有十分重要的理論和應用價值。

發明內容

本發明的目的在于針對傳統太陽能電池使用條件的局限性，提供了一種全天候發電的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用。本發明首先制備導電聚合物、導電聚合物/石墨烯或導電聚合物/石墨烯/合金電極，將其與二氧化鈦光陽極復合最終得到全天候發電的染料敏化太陽能電池。本發明充分利用導電聚合物制備簡便、良好吸附性以及價格低廉等優點，提供了全天候發電的染料敏化太陽能電池。

為達到上述發明的目的，本發明采用以下技術方案并予以實現：

一種全天候發電的染料敏化太陽能電池的制備方法，所述制備方法包含以下步驟：

(1) 配制濃度為0.1～1mol/L的酸溶液；

(2) 采用所述酸溶液溶解導電聚合物單體或導電聚合物單體/石墨烯，混合配制成均勻的反應溶液；

(3) 將所述反應溶液置于冰箱中冷藏；

(4) 采用兩面均為FTO的導電玻璃作為基體，采用電化學方法使用所述導電聚合物單體或所述導電聚合物單體/石墨烯在導電玻璃基體的兩側沉積，獲得沉積均勻的該聚合物或聚合物/石墨烯；

或者配制成均勻的合金反應溶液，先將FTO導電玻璃放入所述聚合物單體/石墨烯中沉積，再取出導電玻璃放入所述合金反應溶液中沉積，獲得沉積均勻的聚合物/石墨烯/合金；

然后將獲得的該聚合物、聚合物/石墨烯或聚合物/石墨烯/合金進行水洗、干燥，最終得到干燥的導電聚合物電極、導電聚合物/石墨烯電極或導電聚合物/石墨烯/合金電極；

(5) 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，經過煅燒制備多孔二氧化鈦薄膜；

(6) 將步驟(5)制備的二氧化鈦薄膜浸入染料中形成染料敏化二氧化鈦光陽極；

(7) 所述步驟(6)制備的染料敏化二氧化鈦光陽極分別與所述步驟(4)制備的導電聚合物電極、導電聚合物/石墨烯電極或導電聚合物/石墨烯/合金電極組合，并向中間注入液體電解質，組裝成全天候發電的染料敏化太陽能電池。

進一步的：所述步驟(2)中導電聚合物單體或導電聚合物單體/石墨烯：所述酸溶液的摩爾比=0.1～1.0 : 0.5～1.5。

進一步的：所述步驟(2)中導電聚合物單體/石墨烯的制備方法為：按照質量比為石墨烯：導電聚合物單體=1～10:1000，回流3～6h，得到均勻的溶液。

進一步的：所述步驟(4)中按照摩爾比為氯鉑酸：硫酸鈉：硫酸鈷=1:10:1～9，配制成均勻的合金反應溶液。

進一步的：所述步驟(1)中的酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸、高氯酸、磷酸中的一種或幾種。

進一步的：所述步驟(2)中導電聚合物單體為苯胺、吡咯、噻吩中一種或幾種。

進一步的：所述步驟(4)中采用的電化學沉積方法為循環伏安法、恒壓法或恒流法。

本發明還提供了所述的制備方法制得的全天候發電的染料敏化太陽能電池。

本發明還提供了所述的全天候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全天候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0.3～5.5μA/滴、電壓為30～250μV/滴、功率為15～650pW/滴。

本發明采用上述技術方案后，主要具備以下優點：

(1) 制備簡單；全天候發電的染料敏化太陽能電池中導電聚合物、導電聚合物/石墨烯、導電聚合物/石墨烯/合金采用電化學方法制備，操作簡便易行。

(2) 應用廣泛；全天候發電的染料敏化太陽能電池實現了對雨水中陽離子的較好吸附，實現了晴、雨天都能夠發電的優勢。