[發明專利]一種金屬電極柔性染料敏化太陽能電池的結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202010469621.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111640580A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 李亞鑫;楊健君;成桂霖;曾維
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/04;H01G9/048
• 代理公司: 廣東中億律師事務所 44277
• 代理人: 杜海江

本發明公開一種金屬電極柔性染料敏化太陽能電池的結構及其制備方法。其特征在于，本發明提出的金屬電極柔性染料敏化太陽能電池的結構從上至下包括第一柔性襯底層、光陽極層、纖維紙層、對電極層、第二柔性襯底層，其中，第一柔性襯底層和第二柔性襯底層之間充滿電解液。本發明將吸光層設置在透明柔性襯底底面，不需要設置金屬網和金屬化合物網作為電池的透光層，入射光無需穿過電極便可直接照射吸光染料，使用金屬箔片作為電極基材替代了傳統染料電池的透明電極薄膜，降低了生產成本，使用PVC作為柔性襯底替代了傳統柔性電池的PET、PEN襯底，增強柔性，工藝簡單，造價低廉，且具有良好的柔性。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種柔性染料敏化太陽能電池及其制備方法。

背景技術

由于柔性太陽能電池具有輕便，可彎曲等特點，適用于多種環境，其發展潛力巨大，而其中的一個重點工作就是柔性基材與電極材料的選擇和組裝。傳統染料電池中，光陽極和對電極之一必須保證一定的透光性，才能使吸光層工作。

目前已有的柔性染料電池的結構通常有聚合物薄膜-透明導電氧化物電極，金屬網和金屬箔電極的組合，金屬線電極，導電聚合物電極，金屬化合物電極，電解液充斥于光陽極和對電極之間。

聚合物薄膜-透明導電氧化物電極常有PET(聚苯二甲酸二乙酯)、PEN(聚萘二甲酸二乙酯)等聚合物薄膜與ITO(氧化銦錫)導電薄膜組合，傳統柔性電池的PET，PEN襯底柔性有限，同時，自然界中銦的含量極少，造成了ITO的造價昂貴，并且ITO薄膜的柔韌性較差，不適合應用于柔性透明電極。

金屬網和金屬化合物網通常作為電池的透光層，目前常采用金屬化合物網作為電池的對電極，也有研究在鈦網表面制備納米二氧化鈦層，來作為電池的光陽極，步驟復雜，不易操作。

導電聚合物常用來制作電池的對電極，常見的有聚(3,4－乙撐二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3,4－丙撐二氧噻吩)(PProDOT)、聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)等，由于它們在較小的厚度下也具有較高的I^3-還原催化活性。

金屬線經常被用于制備纖維型電池。其中比較有代表性的是，有研究以TiCl₄為前驅劑，利用原子層沉積(ALD)法在鈦線表面沉積二氧化鈦致密層再涂覆TiO₂介孔層，制得的電池的效率達到7.41％，原子層沉積(ALD)法需要用到復雜高端的設備，不適合大規模生產使用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的光陽極和對電極之一必須保證一定的透光性，才能使吸光層工作的問題，本發明提供了一種金屬電極柔性染料敏化太陽能電池結構及其制備方法，且工藝簡單，造價低廉，且具有良好的柔性。

本發明公開一種金屬電極柔性染料敏化太陽能電池的結構。上述本發明提出的柔性染料敏化太陽能電池的結構從上至下包括第一柔性襯底層、光陽極層、纖維紙層、對電極層、第二柔性襯底層，其中，第一柔性襯底層和第二柔性襯底層之間充滿電解液。

本發明技術方案還包括上述金屬電極柔性染料敏化太陽能電池制備方法，具體步驟如下：

(1)制備光陽極基材：在金屬箔片上使用電鉆打出若干均勻分布的直徑3.0～3.2mm小孔；將打孔后的金屬箔片依次用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗5min后放置干燥箱干燥，得到光陽極基材；

(2)制備光陽極層：使用思高膠帶將步驟(1)制得的光陽極基材貼在清潔的玻璃表面，漏出2cm×2cm的面積并使用玻璃棒刮涂二氧化鈦膏；將光陽極基材修剪成凸字型后放入馬弗爐450℃燒結30min，得到位于光陽極基材表面的吸光層，光陽極基材和吸光層組成光陽極層；

(3)制備纖維紙層：在2cm×2cm的纖維紙上設置與步驟(1)小孔對應的通孔，得到纖維紙層；