一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池从上至下依次为柔性导电基底、纳米多孔氧化物薄膜、染料光敏剂、液体电解质和对电极，其中柔性导电基底为在PET上镀有ITO导电层的聚合物薄膜；纳米多孔氧化物薄膜为P25掺杂TiO2纳米管的氧化物薄膜。制备方法包括：将钛酸正丁酯正丁醇溶液与TiO2纳米管和P25粉末混合均匀，涂覆在ITO/PET聚合物薄膜上，再进行水热反应得到复合薄膜；利用静电雾化法将染料光敏剂对复合薄膜进行光敏化；将H2PtCl2·6H2O?异丙醇?正丁醇溶液喷涂于ITO/PET聚合物的导电面，然后进行低温化学还原得到柔性对电极；将敏化复合薄膜和柔性对电极组装，并将液体电解质注入后既得。
【专利说明】
一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种太阳能电池，具体涉及一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]柔性染料敏化太阳能电池是指在柔性材料(如PET、PEN、金属箔板等)上制作的染料敏化太阳能电池，与晶体硅片太阳能电池和硬衬底(如玻璃)薄膜太阳能电池相比，具有可弯曲、不易破碎、质量轻，便于携带等特点。
[0003]目前，大多数柔性染料敏化太阳能电池的柔性材料选择金属基底，价格昂贵，大多数金属在高温烧结时容易被氧化，大大增加了衬底的电阻，并且大多数金属极易被电解质腐蚀，降低了电池的性能。而在电池中采用导电塑料衬底在可见光550nm区域具有很好的透明性，表面电阻小，在电解质中的化学稳定性好，并且塑料基柔性染料敏化太阳电池还具有独特的性质，如质量轻、柔性、可卷对卷快速大量生产等，展现出巨大的潜在商业价值(手机、ID卡、钟表等便携式电子器件)，但目前开发出来的柔性染料敏化太阳电池普遍具有使用效率较低，生产成本较高，并且不能大批量工业化生产的缺陷，因此，亟需开发出一种全塑料衬底、低温制备、高转化效率的柔性染料敏化太阳能电池。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于改善当前柔性染料敏化太阳能的缺陷，优化其性能，提供一种全塑料衬底、低温制备、高转化效率的柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法。本发明的技术方案为:
一种柔性染料敏化太阳能电池，从上至下依次为柔性导电基底、纳米多孔氧化物薄膜、染料光敏剂、液体电解质和对电极;所述柔性导电基底为在PET上镀有ITO导电层的聚合物薄膜;所述纳米多孔氧化物薄膜为P25掺杂T12纳米管的氧化物薄膜，厚度为22?27μπι。
[0005]所述染料光敏剂为町19、似、2907、阶12、町49、2907似、2910、(:101、0102、0149、D205、C217中的任意一种染料。
[0006]所述液体电解质为KI的有机溶液，有机溶液具体为乙二醇和乙腈的混合溶液。
[0007]所述对电极为Pt对电极。
[0008]所述柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括:
(1)将IT0/ΡΕΤ聚合物薄膜洗净烘干；
(2)配制钛酸正丁酯正丁醇的水溶液，在其中加入T12纳米管和P25粉末，混合均匀得到纳米氧化物涂膜楽体；
(3)将纳米氧化物涂膜浆体均匀涂覆在ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物薄膜上，再将薄膜放入蒸馏水中进行水热反应，得到复合薄膜；
(4 )配制染料光敏剂的乙醇溶液，利用静电雾化法对复合薄膜进行光敏化，得到敏化复合薄膜； (5)配制H2PtCl2.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，将溶液喷涂于ITO/PET聚合物的导电面，真空干燥后放入NaBH4溶液中进行低温化学还原，反应完成后再次真空干燥，得到柔性对电极；
(6)将步骤(4)的敏化复合薄膜和步骤(5)的柔性对电极组装，并将液体电解质注入后得到柔性染料敏化太阳能电池。
[0009]所述步骤(2)的钛酸正丁酯正丁醇的水溶液浓度为0.6?lmol/L，Ti02纳米管和P25粉末的加入量分别为钛酸正丁酯正丁醇溶液质量的5%和95%。
[0010]所述步骤(3)的水热反应条件为:反应温度为80?120°C，时间为3~5h。
[0011 ] 所述步骤(4)的染料光敏剂的乙醇溶液浓度为5 X 10—4?7 X 10—4mol/L。
[0012]所述步骤(5M^H2PtCl2.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，其中异丙醇和正丁醇的体积比为1:1 ,H2PtCl2.6H20 在溶液中的浓度为 2.5X10—3~7X10—3mol/L。
[0013]所述步骤(5)的真空干燥条件为:温度80?120°C，时间I?3h。
[0014]所述步骤(5)的低温化学还原的条件为:NaBH4溶液的浓度为0.1?0.5mol/L，反应温度为15?25 °C。
[0015]所述步骤(6)的液体电解质为KI的有机溶液，浓度为0.3-0.5mol/L，有机溶液具体为乙二醇和乙腈的混合溶液。
[0016]本发明的有益效果为:相较于现有的柔性染料敏化太阳能电池，本发明采用全柔性导电衬底，进一步降低了制作成本，并使电池更加轻便;采用P25掺杂T12纳米管的氧化物薄膜和利用静电雾化敏化光阳极，能有效提高电池的光电性能，光电转化效率达到1.4%-1.6%。此外，本发明采用低温水热法制备纳米氧化物的复合薄膜，并采用低温化学还原法制备柔性对电极，具有低污染、反应快速的优点，适于太阳能电池的工业化大量生产。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的柔性染料敏化太阳能电池的结构示意图，其中:I一柔性导电基底；2—纳米多孔氧化物薄膜;3—染料光敏剂;4一液体电解质;5—对电极。
【具体实施方式】
[0018]以下通过具体实施例结合附图对本发明的具体实施过程进行叙述，但实施例的内容并不限制本发明的保护范围。
[0019]实施例1
一种柔性染料敏化太阳能电池，其结构如图1所示，从上至下依次为柔性导电基底ITO/PET、P25掺杂T12纳米管的氧化物薄膜、染料光敏剂N719、KI的乙二醇溶液和Pt对电极。
[0020]所述柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括:
(1)将柔性导电基底ΙΤ0/ΡΕΤ薄膜首先用去离子水清洗，然后将其放入装有丙酮溶液的烧杯中超声波清洗30min，去除衬底表面的有机物，取出置于装有无水乙醇的烧杯中超声波清洗30min，将其取出后置于鼓风干燥箱中80 °C下烘干备用；
(2)配制浓度为0.6mol/L的钛酸正丁酯正丁醇的水溶液，在其中加入T12纳米管和P25粉末，其中T12纳米管和P25粉末的加入量分别为钛酸正丁酯正丁醇溶液质量的5%和95%，混合均匀得到纳米氧化物涂膜浆体； (3)将纳米氧化物涂膜浆体均匀涂覆在ITO/PET聚合物薄膜上，涂覆厚度为22?27μπι，再将薄膜放入蒸馏水中于100°C进行水热反应3h，得到复合薄膜；
(4)配制浓度为5X10—4 mol/L的染料光敏剂的乙醇溶液，利用静电雾化喷镀装置对复合薄膜进行光敏化，喷镀过程中染料光敏剂的乙醇液体流量通过注射栗调节，电场强度通过电极电压来调节，实验参数范围为:液体流量为0.5-0.7ml/min，电极电压为4?6 kV，喷镀次数为20次，并且每喷镀I次之后都要将薄膜移至干燥箱中于20?25°C干燥，喷镀完毕得到敏化复合薄膜，用棉签蘸取无水乙醇，将敏化复合薄膜阳极的背面(即IT0/PET的非导电面)擦拭干净，以免影响阳极对太阳光的吸收；
(5)配制H2PtC12.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，其中异丙醇和正丁醇的体积比为1:1，H2PtCl2.6H20在溶液中的浓度为2.5父10—311101/1，将溶液喷涂于11'0^^1'聚合物的导电面，于80°C真空干燥3h后放入浓度为0.5mol/L的NaBH4溶液中进行低温化学还原，反应温度为20?25°C，待IT0/PET聚合物喷涂H2PtCl2.6H20_异丙醇-正丁醇溶液的一面完全变黑后取出，再次8(TC真空干燥3h，得到柔性对电极；
(6)配制KI浓度为0.3mol/L的K1-乙二醇-乙腈溶液，其中乙二醇和乙腈的体积比为1:4，并在溶液中加入少量的12，再将步骤(4 )的敏化复合薄膜和步骤(5 )的柔性对电极组装，并将K1-乙二醇-乙腈注入后得到柔性染料敏化太阳能电池。
[0021]经测量，本实施例制备的柔性染料敏化太阳能电池的光电转化效率达到1.4%。
[0022]实施例2
一种柔性染料敏化太阳能电池，其结构如图1所示，从上至下依次为柔性导电基底ITO/PET、P25掺杂T12纳米管的氧化物薄膜、染料光敏剂N719、KI的乙二醇溶液和Pt对电极。
[0023]所述柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括:
(1)将柔性导电基底ΙΤ0/ΡΕΤ薄膜首先用去离子水清洗，然后将其放入装有丙酮溶液的烧杯中超声波清洗30min，去除衬底表面的有机物，取出置于装有无水乙醇的烧杯中超声波清洗30min，将其取出后置于鼓风干燥箱中80 °C下烘干备用；
(2)配制浓度为0.7mol/L的钛酸正丁酯正丁醇的水溶液，在其中加入T12纳米管和P25粉末，其中T12纳米管和P25粉末的加入量分别为钛酸正丁酯正丁醇溶液质量的5%和95%，混合均匀得到纳米氧化物涂膜浆体；
(3)将纳米氧化物涂膜浆体均匀涂覆在ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物薄膜上，涂覆厚度为22?27μπι，再将薄膜放入蒸馏水中于90°C进行水热反应4h，得到复合薄膜；
(4)配制浓度为7X10—4 mol/L的染料光敏剂的乙醇溶液，利用静电雾化喷镀装置对复合薄膜进行光敏化，喷镀过程中染料光敏剂的乙醇液体流量通过注射栗调节，电场强度通过电极电压来调节，实验参数范围为:液体流量为0.5-0.7ml/min，电极电压为4?6 kV，喷镀次数为20次，并且每喷镀I次之后都要将薄膜移至干燥箱中于20?25°C干燥，喷镀完毕得到敏化复合薄膜，用棉签蘸取无水乙醇，将敏化复合薄膜阳极的背面(即ΙΤ0/ΡΕΤ的非导电面)擦拭干净，以免影响阳极对太阳光的吸收；
(5 )配制H2P tC 12.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，其中异丙醇和正丁醇的体积比为1:1，H2PtCl2.6H20在溶液中的浓度为5.2父10—311101/1，将溶液喷涂于11'0^^1'聚合物的导电面，于100°C真空干燥2h后放入浓度为0.3mol/L的NaBH4溶液中进行低温化学还原，反应温度为20?25°C，待ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物喷涂H2PtCl2.6H20_异丙醇-正丁醇溶液的一面完全变黑后取出，再次100°c真空干燥2h，得到柔性对电极；
(6)配制KI浓度为0.5mol/L的K1-乙二醇-乙腈溶液，其中乙二醇和乙腈的体积比为1:4，并在溶液中加入少量的12，再将步骤(4 )的敏化复合薄膜和步骤(5 )的柔性对电极组装，并将K1-乙二醇-乙腈注入后得到柔性染料敏化太阳能电池。
[0024]经测量，本实施例制备的柔性染料敏化太阳能电池的光电转化效率达到1.6%。
[0025]实施例3
一种柔性染料敏化太阳能电池，其结构如图1所示，从上至下依次为柔性导电基底ITO/PET、P25掺杂T12纳米管的氧化物薄膜、染料光敏剂N719、KI的乙二醇溶液和Pt对电极。
[0026]所述柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括:
(1)将柔性导电基底ΙΤ0/ΡΕΤ薄膜首先用去离子水清洗，然后将其放入装有丙酮溶液的烧杯中超声波清洗30min，去除衬底表面的有机物，取出置于装有无水乙醇的烧杯中超声波清洗30min，将其取出后置于鼓风干燥箱中80 °C下烘干备用；
(2)配制浓度为lmol/L的钛酸正丁酯正丁醇的水溶液，在其中加入T12纳米管和P25粉末，其中T12纳米管和P25粉末的加入量分别为钛酸正丁酯正丁醇溶液质量的5%和95%，混合均匀得到纳米氧化物涂膜浆体；
(3)将纳米氧化物涂膜浆体均匀涂覆在ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物薄膜上，涂覆厚度为22?27μπι，再将薄膜放入蒸馏水中于100°C进行水热反应4h，得到复合薄膜；
(4)配制浓度为5X10—4 mol/L的染料光敏剂的乙醇溶液，利用静电雾化喷镀装置对复合薄膜进行光敏化，喷镀过程中染料光敏剂的乙醇液体流量通过注射栗调节，电场强度通过电极电压来调节，实验参数范围为:液体流量为0.5-0.7ml/min，电极电压为4?6 kV，喷镀次数为20次，并且每喷镀I次之后都要将薄膜移至干燥箱中于20?25°C干燥，喷镀完毕得到敏化复合薄膜，用棉签蘸取无水乙醇，将敏化复合薄膜阳极的背面(即ΙΤ0/ΡΕΤ的非导电面)擦拭干净，以免影响阳极对太阳光的吸收；
(5 )配制H2P tC 12.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，其中异丙醇和正丁醇的体积比为1:1，H2PtCl2.6H20在溶液中的浓度为5X 10—3mol/L，将溶液喷涂于ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物的导电面，于120°C真空干燥2h后放入浓度为0.3mol/L的NaBH4溶液中进行低温化学还原，反应温度为20?25°C，待ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物喷涂H2PtCl2.6H20_异丙醇-正丁醇溶液的一面完全变黑后取出，再次120°C真空干燥lh，得到柔性对电极；
(6)配制KI浓度为0.5mol/L的K1-乙二醇-乙腈溶液，其中乙二醇和乙腈的体积比为1:4，并在溶液中加入少量的12，再将步骤(4 )的敏化复合薄膜和步骤(5 )的柔性对电极组装，并将K1-乙二醇-乙腈注入后得到柔性染料敏化太阳能电池。
[0027]经测量，本实施例制备的柔性染料敏化太阳能电池的光电转化效率达到1.6%。
【主权项】
1.一种柔性染料敏化太阳能电池，从上至下依次为柔性导电基底、纳米多孔氧化物薄膜、染料光敏剂、液体电解质和对电极，其特征在于所述柔性导电基底为在PET上镀有ITO导电层的聚合物薄膜;所述纳米多孔氧化物薄膜为P25掺杂T12纳米管的氧化物薄膜，厚度为22?27μηι02.根据权利要求1所述的一种柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于所述液体电解质为KI的有机溶液，有机溶剂具体为乙二醇和乙腈的混合溶液。3.根据权利要求1所述的一种柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于所述对电极为Pt对电极。4.权利要求1所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括: (1)将IT0/ΡΕΤ聚合物薄膜洗净烘干； (2)配制钛酸正丁酯正丁醇的水溶液，在其中加入T12纳米管和P25粉末，混合均匀得到纳米氧化物涂膜浆体； (3)将纳米氧化物涂膜浆体均匀涂覆在ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物薄膜上，再将薄膜放入蒸馏水中进行水热反应，得到复合薄膜； (4)配制染料光敏剂的乙醇溶液，利用静电雾化法对复合薄膜进行光敏化，得到敏化复合薄膜； (5)配制H2PtCl2.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，将溶液喷涂于ΙΤ0/ΡΕΤ聚合物的导电面，真空干燥后放入NaBH4溶液中进行低温化学还原，反应完成后再次真空干燥，得到柔性对电极； (6)将步骤(4)的敏化复合薄膜和步骤(5)的柔性对电极组装，并将液体电解质注入后得到柔性染料敏化太阳能电池。5.根据权利要求4所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述步骤(2)的钛酸正丁酯正丁醇的水溶液浓度为0.6?lmol/L，Ti02纳米管和P25粉末的加入量分别为钛酸正丁酯正丁醇溶液质量的5 %和9 5 %。6.根据权利要求4所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述步骤(3)的水热反应条件为:反应温度为80?120 °C，时间为3~5h。7.根据权利要求4所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述步骤(4)的染料光敏剂的乙醇溶液浓度为5 X 10—4?7 X 10—4mol/L。8.根据权利要求4所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述步骤(5M^H2PtCl2.6H20-异丙醇-正丁醇溶液，其中异丙醇和正丁醇的体积比为1:1，H2PtCl2.6H20在溶液中的浓度为2.5X10—3~7X10—3mol/L。9.根据权利要求4所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述步骤(5)的低温化学还原的条件为:NaBH4溶液的浓度为0.1?0.5mol/L，反应温度为15?25Γ。10.根据权利要求4所述的一种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于所述步骤(6)的液体电解质为KI的有机溶液，浓度为0.3?0.5mol/L，有机溶剂选用乙二醇和乙腈的混合溶液。
【文档编号】H01G9/20GK106024400SQ201610653910
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月11日
【发明人】时方晓, 陶海全, 高旭
【申请人】沈阳建筑大学