专利名称：一种全天候柔性压电-光电复合结构电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种全天候柔性压电-光电复合结构电池的制备方法。
背景技术：
大部分技术在提高人们生活水平的同时也提高了碳的排放，间接对人类的生活产生不利的影响。使用暖气，使用汽车，提供热水，烹饪食物等所需的能量是由煤，天然气，燃料或者电能产生的。天然气和燃料的燃烧加速了对自然界的威胁，并最终导致全球变暖。即使电能的产生也会引起碳的排放，除非电能是利用可再生能源得到的。由于世界正面临着“全球变暖”的危险，从环境中获得能源的重要性正迅速增加。几乎所有地区的可再生能源科学和技术，研究人员都在进行可以产生绿色电能的纺织结构领域的研究。太阳能是世界上最丰富的可再生能源。地球在一小时内收到的太阳能要比地球一年所消耗的能量还要多。如果要我们通过具体数值来呈现现实情况的话，就是收到的太阳能大约是1.2X107瓦，而消耗的能量只有1.3x10s瓦。因此使用最广泛的可再生能源之一是太阳能/光伏能源。然而，在一个给定的位置，可再生能源，如阳光，风和雨不是在一天的时间内都可以得到的。所以，如果在某一个太阳辐射不丰富的地区，用光伏发电是比较昂贵的。但是，太阳辐射不丰富的地区可能有大风和降雨。如果将柔性太阳能电池和柔性压电材料复合在一个结构中，这个杂化结构可以通过太阳辐射产生能量的同时也可以通过机械能如风，雨，波浪等产生能量。因此，如果结合两种能量收集技术，即压电和光伏，这种新的杂化材料能够通过太阳光和任何一种机械能，如雨水，风，潮汐，波浪等发电。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备全天候柔性压电-光电复合结构电池的方法，此智能材料结合了两种能量收集技术，压电和光伏。本发明的一种全天候柔性压电-光电复合结构电池的制备方法。其特征是利用PVDF压电薄膜或纤维作为染料敏化电池的衬底制备杂化结构的柔性压电-光电复合结构电池的方法，可以从自然环境中收集如太阳光、雨、风和其它形式的机械能等能量并将能量转换为电能，给低能耗对象的应用提供全天候几乎不间断的能量再生。所用衬底材料是PVDF聚合物压电材料，是用PVDF聚合物压电薄膜或纤维嵌入两个薄铜片电极之间制备而来的。所用染料敏化太阳电池结构层是由对电极、光阳极、电解质组成的。其中对电极是导电聚合物，光阳极是二氧化钛等半导体材料，电解质是碘的乙腈溶液组成。本发明的技术效果是:以柔性压电材料为衬底材料制备染料敏化的光伏电池，得到柔性，轻质和廉价的杂化压电光伏复合结构，即开发了一种新型技术，该技术结合了压电和光伏两种能量收集技术，可以从自然环境中收集如太阳光、雨、风和其它形式的机械能等能量并将能量转换为电能，给低能耗对象的应用提供全天候几乎不间断的能量再生，从而可为新能源的开发提供有效技术支撑。
图1为压电纤维复合材料结构图。
具体实施例方式如图1所示，衬底材料PVDF聚合物压电材料复合结构的制备:PVDF聚合物压电纤维嵌入两个薄铜片电极之间。纤维必须放置在相互靠近对方的地方，这样顶端电极就不会与底部电极相接触。顶端电极与底部电极在最终的能量转换聚合物压电器件中分别充当正极和负极。染料敏化太阳 能电池部分的制备(具体结构如表I):
染料敏化太阳能电池的对电极制备流程如下:首先导电玻璃基体用丙酮，异丙醇通过超声波清洗器进行清洗，然后用蒸馏水清洗，置于氮气保护下干燥，最后将导电玻璃基体放置在旋涂设备上。聚噻吩及其衍生物溶液在1500-2000转/分的转速下30秒的时间涂在导电玻璃基体上。取出，干燥。染料敏化太阳能电池的光阳极制备流程如下:将一定量的异丙醇逐滴加入到钛酸四正丁酯中，搅拌均匀后，缓慢滴入冰醋酸水溶液中。在剧烈磁力搅拌下水解，滴加完成后，在60-80°C加热继续搅拌24 h得到水热前驱体溶液。将前驱体溶液加入到水热高压反应釜中，在150-250°C水热反应12h时。冷却后，将水热生成的纳米二氧化钛取出，超声分散30 min后，加入一定量的聚乙二醇。在60-100°C下，磁力搅拌加热浓缩到适当的粘度。即得到用于制备TiO2多孔薄膜的浆体。将准备好的导电玻璃片用蒸馏水、无水乙醇洗干净并吹干后，首先用一定量的TiCl4溶液进行预处理，取出后自然晾干，然后在管式炉中于400-450°C下煅烧30-45min，取出后降至室温，再用透明胶带固定好。取一定量的二氧化钛浆体于导电玻璃上，然后用玻璃棒徐徐地滚动，使二氧化钛浆体均匀涂平，待膜自然晾干后撕掉胶带。至于马弗炉中烧结，升温到450°C后恒温烧结30-40min，停止加热，使其自然冷却。当炉温冷却到80°C时，将二氧化钛多孔膜电极取出浸泡在0.5-1.0毫摩尔/升染料cis-[ (dcbH2) 2Ru (SCN) 2] (S0LAR0NIX, SA)的乙醇溶液中，浸泡24h，使二氧化钛多孔膜电极充分吸附染料分子。取出后，用无水乙醇洗涤，即得到敏化的TiO2光阳极。染料敏化太阳能电池的封装过程如下:把二氧化钛多孔膜电极膜面朝上放在干净的实验台上，再将修饰有聚噻吩的对电极面朝下放在着色膜上，两片玻璃微微错开，留出约4-8毫米宽的导电部分作为电池测试用。将滴加到两个电极之间，用力压紧，确保电解质能够完全渗入到多孔薄膜中，用两个夹子把电池夹住。然后在其四周小心的涂上氰基丙烯酸盐粘合剂和环氧树脂，待晾干后测试其光电性能。表1杂化材料制备的光伏部分各层组成
权利要求
1.一种全天候柔性压电-光电复合结构电池的制备方法，其特征是利用PVDF压电薄膜或纤维作为染料敏化电池的衬底，所用衬底材料是PVDF聚合物压电材料，是用PVDF聚合物压电薄膜或纤维嵌入两个薄铜片电极之间制备而来，所用染料敏化太阳电池结构层是由对电极、光阳极、电解质组成的，其中对电极是导电聚合物，光阳极是二氧化钛等半导体材料，电解质是碘的乙腈溶液组成。
全文摘要
本发明涉及一种全天候柔性压电-光电复合结构电池的制备方法。其特征是利用PVDF压电薄膜或纤维作为染料敏化电池的衬底制备杂化结构的柔性压电-光电复合结构电池的方法。即构想以柔性压电材料为衬底材料制备染料敏化的光伏电池，得到柔性，轻质和廉价的杂化压电光伏复合结构，即开发了一种新型技术，该技术结合了压电和光伏两种能量收集技术，可以从自然环境中收集如太阳光、雨、风和其它形式的机械能等能量并将能量转换为电能，给低能耗对象的应用提供全天候几乎不间断的能量再生，从而可为新能源的开发提供有效技术支撑。
文档编号H01G9/28GK103177881SQ201310084430
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月16日 优先权日2013年3月16日
发明者李明俊, 秦元成, 李清华, 史少欣, 钱莉民 申请人:南昌航空大学