专利名称：一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池领域，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：
在煤、石油、天然气等不可再生能源日益减少的情势下，太阳能由于资源丰富，对 环境无污染，日益成为能源开发的重点。太阳能电池作为能源的一种新形式，应用领域广 泛。染料敏化太阳能电池由于其使用寿命长、生产工艺简单、生产成本低、无毒无污染等特 性，占据了太阳能电池的市场。目前染料敏化太阳能电池的制作，所用的光阳极及光阴极材料的衬底，一般是用 磁控溅射的方法所做的TCO导电玻璃，介于导电玻璃本身的性质，用这种材料只能做出刚 性的染料敏化太阳能电池。而由TCO导电玻璃制作的这种刚性染料敏化太阳能电池，不仅 重量大，而且由于导电玻璃本身的性质，这种刚性染料敏化太阳能电池无法弯折，其安装及 携带不方便，其应用范围受到极大的局限。其他种类的太阳能电池，目前比较成熟的，如晶体硅太阳能电池，受硅片本身性质 的局限，200um厚度左右的硅片，其弯曲程度也只能局限在很小的范围之内。目前另一实现 产业化的非晶硅薄膜太阳能电池，其依托的衬底也依然是导电玻璃。原材料本身的性质极 大的限制了太阳能电池的应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法，解决目前染料 敏化太阳能电池应用范围局限性大及安装携带不方便等问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为所述的这种柔性染料敏化太阳能电池，包括柔性光阴极层、电解质层、柔性光阳极 及染料层。所述电解质层一侧与柔性光阴极层结合，另一侧与柔性光阳极及染料层结合。所述的柔性光阴极层，包括光阴极柔性耐高温薄膜层、光阴极碳纳米管薄膜导电 层、金属导电层。所述的光阴极碳纳米管薄膜导电层由化学气相沉积法或湿法工艺制备而成。所述的光阴极碳纳米管薄膜导电层一侧与光阴极柔性耐高温薄膜粘结。所采用的粘结剂为硅胶、改性的环氧树脂等，作为优选的方式，选取硅胶作为粘接 剂。所述的光阴极碳纳米管薄膜导电层另一侧与所述金属导电层结合。所述的柔性光阳极及染料层，包括光阳极柔性耐高温薄膜层、光阳极碳纳米管薄 膜导电层、光阳极及染料层。所述的光阳极碳纳米管薄膜导电层由化学气相沉积法或湿法工艺制备而成。
所述的光阳极碳纳米管薄膜导电层一侧与光阳极柔性耐高温薄膜结合。所采用的粘结剂为硅胶、改性的环氧树脂等，作为优选的方式，选取硅胶作为粘接 剂。所述的光阳极碳纳米管薄膜导电层另一侧与所述光阳极及染料层结合。制作光阳极层的材料可为二氧化钛、二氧化锡及氧化锌等。作为本发明优选的方 案，选取二氧化钛作为制备光阳极层的材料。制备好的柔性光阳极，在染料中浸泡，形成柔性光阳极及染料层。所述柔性光阳极及染料层及柔性光阴极层所采用的柔性耐高温薄膜的材料可为 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚 酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)等。化学气相沉积法制备碳纳米管薄膜导电层是指将含碳气体如乙烯、乙炔、一氧化 碳、甲烷、丙烯等有机气体，在一定温度下，一般为600°C 1000°C，在过渡金属Fe，Co或Ni 催化剂作用下进行催化分解，或者直接热分解含Fe，Co或M的碳化合物，如二茂铁以及羰 基化合物等制备碳纳米管薄膜。湿法工艺制备碳纳米管薄膜导电层是指，将三聚甲醛或者多聚甲醛溶解在 Ι-lOmol/L的强酸性溶液中，制备成质量百分比为-50%的溶液，充分搅拌混合均勻；将 经处理获得的溶液转移到水热反应釜中，以100-200°C进行水热反应5-72小时，自然冷却 到室温，分离、洗涤和干燥后获得碳纳米管或碳纳米棒。所述的强酸性溶液包括挥发性酸和 不挥发性酸的混合物，挥发性酸包括盐酸，硝酸，不挥发性酸包括硫酸和磷酸等。所述的这种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括制取柔性光阴极层的步 骤、制取柔性光阳极及染料层的步骤、制备电解质层的步骤及电池的封装步骤，具体为(1)制取柔性光阴极层，具体为(a)选取光阴极柔性耐高温薄膜，将其依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水等溶 液超声清洗，在每种溶液中超声清洗的时间为15分钟；(b)选取利用化学气相沉积的方法或者是湿法工艺制备成的光阴极碳纳米管薄膜 导电层，在透光率为85%的条件下，该薄膜的方块电阻小于100Ω ；(c)利用粘接剂将光阴极碳纳米管薄膜导电层及经(a)处理的光阴极柔性耐高温 薄膜结合在一起，粘接剂可为硅胶、改性的环氧树脂等，作为本发明优选的方案，选取硅胶 作为粘接剂；(d)用真空蒸镀的方法在附有光阴极碳纳米管薄膜的光阴极柔性耐高温薄膜表面 镀上一层金属薄膜，除采用真空蒸镀外，还可采用喷涂或磁控溅射的方法将金属薄膜镀在 碳纳米管薄膜上，金属薄膜材料为具有导电性的材料，作为本发明优选的方案，选取铝作为 金属薄膜材料；(2)制取柔性光阳极及染料层，具体为(a)选取光阳极柔性耐高温薄膜，将其依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水等溶 液超声清洗，在每种溶液中超声清洗的时间为15分钟；(b)选取利用化学气相沉积的方法或者是湿法工艺制备成的光阳极碳纳米管薄膜 导电层，在透光率为85%的条件下，该薄膜的方块电阻小于100Ω ；(c)利用粘接剂将光阳极碳纳米管薄膜导电层及经(a)处理的柔性耐高温薄膜结
4合在一起，粘接剂可为硅胶、改性的环氧树脂等，作为本发明优选的方案，选取硅胶作为粘 接剂；(d)将附有光阳极碳纳米管薄膜的光阳极柔性耐高温薄膜作为基底，制备光阳极 层，制备光阳极层所采用的材料为二氧化钛、二氧化锡及氧化锌等，作为本发明优选的方 案，选取二氧化钛作为制备光阳极层的材料；制备光阳极层的方法为低温水浴法，水的温度 控制在80摄氏度至100摄氏度之间；(e)将经(a)、(b)、(c)、(d)制备出的柔性光阳极，放置于80°C的染料中浸泡3小 时；得到柔性光阳极及染料层；染料可以用有机染料以及金属复合物形成的染料，其中所 述的金属复合物中的金属可为铝(Al)、钼(Pt)、钯(Pd)、铕(Eu)、铅(Pb)、铱(Ir)、钌(Ru) 和它们的组合，如N3、N719、Z907等。作为本发明优选的方案，选取N3染料；(3)选取电解质，制备电解质层，具体为可选取离子液体电解质，也可用碘和碘离子对的液体电解质；(4)在经(1)、(2)步骤制备出的柔性光阴极层及柔性光阳极及染料层中间灌注 (3)中选取的电解质，用热封膜进行封装。本发明的优点在于1、与刚性染料敏化太阳能电池及其制备相比，本发明实现了染料敏化太阳能电池 的完全柔性化，甚至可以用贴膜的形式来实现染料敏化太阳能电池的安装，安装更便利，更 快捷。2、本发明以柔性的导电膜取代了传统的导电玻璃，制备出全柔性的光阳极及光阴 极，极大的减轻了电池的重量。3、本发明所采用的材料都是目前成熟的产品，制作方法易于实现。4、本发明制作的太阳能电池能达到半透光的效果，极大的扩展了太阳能电池的应 用领域。5、本发明用碳纳米材料取代原来导电玻璃上的导电材料，在柔性的太阳能电池弯 折的情况下也不会影响电子传输。
下面对本发明说明书附图表达的内容及图中的标记作简要说明图1为所述的柔性染料敏化太阳能电池的结构示意图；图2为所述的柔性染料敏化太阳能电池的柔性光阴极层的结构示意图；图3为所述的柔性染料敏化太阳能电池的柔性光阳极及染料层的结构示意图；图4为所述的柔性染料敏化太阳能电池封装后的结构示意图；上述图中的标记均为1、柔性光阳极及染料层，2、电解质层，3、柔性光阴极层，4、光阴极柔性耐高温薄膜 层，5、光阴极碳纳米管薄膜层导电层，6、金属导电层，7、光阳极柔性耐高温薄膜层，8、光阳 极碳纳米管薄膜导电层，9、光阳极及染料层。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及的各部分之间的相互位置及各部分的作用及工作原理、制造工艺等，作进一步详细的说明，以帮助 本领域技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。如图1所示，所述的这种柔性染料敏化太阳能电池，包括柔性光阴极层3、电解质 层2、柔性光阳极及染料层1。所述电解质层2的一侧与柔性光阴极层3结合，所述电解质层2的另一侧与柔性 光阳极及染料层1结合。如图2所示，所述的柔性光阴极层3，包括光阴极柔性耐高温薄膜层4、光阴极碳纳 米管薄膜导电层5、金属导电层6。所述的光阴极碳纳米管薄膜导电层5 —侧与所述光阴极柔性耐高温薄膜4粘结。选取硅胶作为粘接剂。所述的光阴极碳纳米管薄膜导电层5另一侧与所述金属导电层6结合。金属导电层为金属铝导电层。如图3所示，所述的柔性光阳极及染料层1，包括光阳极柔性耐高温薄膜层7、光阳 极碳纳米管薄膜导电层8、光阳极及染料层9。所述的光阳极碳纳米管薄膜导电层8 一侧与所述光阳极柔性耐高温薄膜7粘结。所采用的粘结剂为硅胶。所述的光阳极碳纳米管薄膜导电层8另一侧与所述的光阳极及染料层9结合。光阳极及染料层为二氧化钛染料层。所述的这种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括制取柔性光阴极层的步 骤、制取柔性光阳极及染料层的步骤、制备电解质层的步骤及电池的封装步骤，具体为(1)制取柔性光阴极层，具体为(a)选取光阴极柔性耐高温薄膜，将其依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水等溶 液超声清洗，在每种溶液中超声清洗的时间为15分钟；(b)选取利用化学气相沉积的方法或者是湿法工艺制备成的光阴极碳纳米管薄膜 导电层，在透光率为85%的条件下，该薄膜的方块电阻小于100Ω ；(c)利用硅胶将光阴极碳纳米管薄膜导电层及经(a)处理的光阴极柔性耐高温薄
膜结合在一起；(d)用真空蒸镀的方法在附有光阴极碳纳米管薄膜的光阴极柔性耐高温薄膜表面 镀上一层金属铝薄膜；(2)制取柔性光阳极及染料层，具体为(a)选取光阳极柔性耐高温薄膜，将其依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水等溶 液超声清洗，在每种溶液中超声清洗的时间为15分钟；(b)选取利用化学气相沉积的方法或者是湿法工艺制备成的光阳极碳纳米管薄膜 导电层，在透光率为85%的条件下，该薄膜的方块电阻小于100Ω ；(c)利用硅胶将光阳极碳纳米管薄膜导电层及经(a)处理的柔性耐高温薄膜结合 在一起；(d)将附有光阳极碳纳米管薄膜的光阳极柔性耐高温薄膜作为基底，制备光阳极 层，选取二氧化钛作为制备光阳极层的材料；制备光阳极层的方法为低温水浴法，水的温度 控制在80摄氏度至100摄氏度之间；
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(e)将经(a)、(b)、(c)、(d)制备出的柔性光阳极，放置于80°C的N3染料中浸泡3 小时；得到柔性染料敏化太阳能电池的光阳极及染料层；(3)选取电解质，制备电解质层，具体为选取碘和碘离子对的液体电解质；(4)在经(1)、(2)步骤制备出的柔性光阴极层及柔性光阳极及染料层中间灌注 (3)中选取的电解质，用热封膜进行电池的封装。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于包括柔性光阴极层、电解质层、柔性光阳极及染料层，所述的电解质层一侧与柔性光阴极层结合，另一侧与柔性光阳极及染料层结合。
2.按照权利要求1所述的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于所述的柔性光阴极 层包括光阴极柔性耐高温薄膜层、光阴极碳纳米管薄膜导电层及金属导电层，所述的光阴 极碳纳米管薄膜导电层一侧与所述光阴极柔性耐高温薄膜结合，另一侧与所述的金属导电 层结合；所述的柔性光阳极及染料层，包括光阳极柔性耐高温薄膜层、光阳极碳纳米管薄膜 导电层、光阳极及染料层，所述的光阳极碳纳米管薄膜导电层一侧与所述光阳极柔性耐高 温薄膜粘结，另一侧与所述光阳极及染料层结合。
3.按照权利要求2所述的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于所述的金属导电层 为金属铝导电层，所述的光阳极及染料层为二氧化钛染料层。
4.一种权利要求1所述的柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤(1)制取柔性光阴极层，具体为(a)选取光阴极柔性耐高温薄膜，将其依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水等溶液超 声清洗，在每种溶液中超声清洗的时间为15分钟；(b)选取利用化学气相沉积的方法或者是湿法工艺制备成的光阴极碳纳米管薄膜导电 层，在透光率为85%的条件下，该薄膜的方块电阻小于100Ω ；(c)利用粘接剂将光阴极碳纳米管薄膜导电层及经(a)处理的光阴极柔性耐高温薄膜 结合在一起；(d)在附有光阴极碳纳米管薄膜的光阴极柔性耐高温薄膜表面镀上一层金属薄膜；(2)制取柔性光阳极及染料层，具体为(a)选取光阳极柔性耐高温薄膜，将其依次用蒸馏水、丙酮、无水乙醇、蒸馏水等溶液超 声清洗，在每种溶液中超声清洗的时间为15分钟；(b)选取利用化学气相沉积的方法或者是湿法工艺制备成的光阳极碳纳米管薄膜导电 层，在透光率为85%的条件下，该薄膜的方块电阻小于100Ω ；(c)利用粘接剂将光阳极碳纳米管薄膜导电层及经(a)处理的光阳极柔性耐高温薄膜 结合在一起；(d)将附有光阳极碳纳米管薄膜的光阳极柔性耐高温薄膜作为基底，制备光阳极层，制 备光阳极层的方法为低温水浴法，水的温度控制在80摄氏度至100摄氏度之间；(e)将经(a)、(b)、(c)、(d)制备出的柔性光阳极，放置于80°C的染料中浸泡3小时， 得到柔性光阳极及染料层；(3)选取电解质，制备电解质层，具体为选取碘和碘离子对的液体电解质；(4)在经(1)、(2)步骤制备出的柔性光阴极层及柔性光阳极及染料层中间灌注(3)中 选取的电解质，用热封膜进行封装。
5.按照权利要求4所述的柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于(1)中 (c)及(2)中(c)所采用的粘接剂为硅胶，(1)中(d)镀金属薄膜的方法为真空蒸镀法。
全文摘要
本发明公开了一种柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法，所述的这种柔性染料敏化太阳能电池包括电解质层、与电解质层结合的柔性光阴极层、及与电解质层结合的柔性光阴极及染料层，所述的这种柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，包括制取柔性光阴极层的步骤、制取柔性光阳极及染料层的步骤、制备电解质层的步骤及电池的封装步骤。本发明以柔性导电膜取代了传统的导电玻璃，实现了染料敏化太阳能电池的完全柔性化，在电池弯折的情况下也不会影响电子传输，便于电池的携带与安装，同时制作的太阳能电池能达到半透光的效果，极大的扩展了太阳能电池的应用领域。
文档编号H01G9/04GK101996776SQ20101055572
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者严伟, 卢磊, 焦方方, 王秀田 申请人:奇瑞汽车股份有限公司