一种亲水性电极及其在制备太阳能光伏电池上的应用的制作方法

本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种新型亲水性电极及其在制备太阳能光伏电池上的应用。

背景技术：

现有的光伏发电技术主要是利用半导体材料的光伏效应直接将光能转换成电能，但是对半导体原材料的需求量，特别是对高纯度单晶硅的需求量，使得光伏电池的生产成本较高，而且其生产过程还会对环境造成极大的污染。近年来的研究发现，亲水表面对水溶液具有长程界面作用，而且界面水具有许多不同于体相水的特殊光电性质，例如它本身带负电，具有导电性，可以吸收太阳光等等。

技术实现要素：

基于对光电转换材料表面结构和界面现象的研究，本发明提供了一种亲水性电极，其通过提高电极表面的亲水性，增强电极对水溶液的长程界面作用，进而提高其光电转换效率，以获得更高的输出电压和电流。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明要求保护的一种具有界面水光伏效应的亲水性电极，其是在导电基底上制备亲水性薄膜而得到所述亲水性电极。

其中，所述导电基底包括金属、导电玻璃、导电薄膜中的任意一种。

所述亲水性薄膜可以是对水有强亲和性的二氧化钛、氧化锌等材料，其接触角为0~90°。

本发明还要求保护所述亲水性电极在制备太阳能光伏电池中的应用。

本发明的显著效果在于：

本发明提供了一种具有界面水光伏效应的亲水性电极，其能将光能转换成电能，用其制备的太阳能光伏电池安全可靠，绿色环保，稳定性高，无污染排放，无消耗燃料，不受资源分布限制，有水的地方就可以就地发电，且其开路电压可达数百毫伏，短路电流可达数十微安，光电转换效率最高可达8.75%。

附图说明

图1为实施例1所得亲水性电极表面的sem图和xrd图。

图2为实施例1所制备太阳能电池的性能图。

图3为实施例2所得亲水性电极表面的sem图和xrd图。

图4为实施例2所制备太阳能电池的性能图。

图5为实施例3所得亲水性电极表面的sem图和xrd图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1：

将乙酰丙酮钛于正丁醇中溶解，制得0.25mol/l的二氧化钛前驱体溶液；采用旋涂（转速为1500rpm）的方法将所得二氧化钛前驱体溶液涂覆在洗净的fto导电玻璃（面积为3cm²）上，再于450℃下煅烧1小时，得到表面含锐钛矿纳米二氧化钛颗粒的亲水性电极，其接触角为18.5±1.9°。

图1为所得亲水性电极表面的sem图和xrd图。

将两块亲水性电极相对平行放置于水中组成水基太阳能电池，由图2可见，其开路电压可达0.36伏特，短路电流为15微安，光电转换效率为8.75%。

对比例1：

将fto导电玻璃（面积为3cm²）依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声20分钟洗净后，其接触角为55.1±2.3°。

将两块fto导电玻璃相对平行放置于水中组成水基太阳能电池，其开路电压为16毫伏，短路电流为3纳安，光电转换效率小于1‰。

实施例2：

在恒温条件下，将钛片（面积为2.5cm²）作为阳极、铂片（面积为2.5cm²）作为阴极，将其浸入含有0.25wt%氟化铵的乙二醇/聚乙二醇（1:1.25，v/v）混合电解液中，在恒定电压下阳极氧化8小时，然后用大量的乙醇和去离子水反复冲洗，制得表面具有二氧化钛纳米管阵列结构的亲水性电极，其接触角为0°。

图3为所得电极表面的sem图和xrd图。

将两块亲水性电极相对平行放置于水中组成水基太阳能电池，由图4可见，其开路电压可达240毫伏，短路电流为2.4微安，光电转换效率为1.6%。

对比例2

将两块未经阳极氧化处理的钛片（其接触角为49.8±1.7°）相对平行放置于水中组成水基太阳能电池，其开路电压为45毫伏，短路电流为7纳安，光电转换效率小于1‰。

实施例3：

在恒温条件下，将50目的钛网（面积为1cm²）作为阳极、铂片（面积为1cm²）作为阴极，将其浸入含有0.25wt%氟化铵的乙二醇/聚乙二醇（1:1.25，v/v）混合电解液中，在恒定电压下阳极氧化2小时，然后用大量的乙醇和去离子水反复冲洗，干燥后，再于450℃下煅烧1小时，制得表面具有锐钛矿二氧化钛纳米管结构的亲水性电极，其接触角为6.3±4.6°。

图5为所得电极表面的sem图和xrd图。

将两块亲水性电极相对平行放置于水中组成水基太阳能电池，其开路电压为25毫伏，短路电流为1.2微安，光电转换效率为1.24%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种亲水性电极及其在制备太阳能光伏电池上的应用，其是通过在导电基底上制备亲水性薄膜，以制得所述亲水性电极。该电极具有较高的亲水性，能增强其对水溶液的长程界面作用，将该亲水电极相对平行放置于水溶液中组装成的太阳能电池的开路电压可达数百毫伏，短路电流可达数十微安，光电转换效率最高可达8.75%，且其制备工艺简单，绿色环保，成本低廉，具有良好的应用前景。

技术研发人员：魏明灯;张滢
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2018.09.13
技术公布日：2019.02.12