一种太阳能设备的抽拉式太阳能收集装置的制作方法

文档序号:15700107发布日期:2018-10-19 19:42阅读:164来源:国知局

本发明涉及太阳能收集装置技术领域,尤其涉及一种太阳能设备的抽拉式太阳能收集装置。



背景技术:

太阳能一般是指太阳光的辐射能量,在现有技术中一般用作发电。其实,自地球形成生物始,就主要依靠太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件、并作为保存食物的方法。现时,化石燃料极具减少,而对能源的需求却随着人口的激增而上升,故将太阳能进一步发展,高效转化为可用能源是将来能源领域的主要研究课题。

太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式,其作为一种清洁的、新兴的可再生能源,发展前景极为可观。

现时市场上已经推出了大批的太阳能设备,可以将收集到的太阳能转化为可用能源,然而太阳能的转化率本来就较低,而现有的太阳能设备都因为空间的局限或者是太阳能板的制板技术的局限无法将太阳能收集面的表面积增大,使得原本就转化率较低的太阳能,在接受的环节就无法达到令人满意的程度。



技术实现要素:

本发明旨在提供一种太阳能设备的抽拉式太阳能收集装置,以解决上述提出问题。

本发明的实施例中提供了一种太阳能设备的抽拉式太阳能收集装置,所述太阳能收集装置设于太阳能设备的顶部,所述太阳能收集装置包括第一太阳能板和设于第一太阳能板两端的导轨,所述第一太阳能板下还设有第二太阳能板,所述第二太阳能板两端设有与导轨配合的第一滑块;所述第一太阳能板下还设有第三太阳能板,所述第三太阳能板两端设有与导轨配合的第二滑块;所述的第一太阳能板、第二太阳能板和第三太阳能板基于染料敏化太阳能电池;所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极和电解液,其中光阳极和对电极相对设置,中间夹有液态电解液;所述光阳极包括FTO基底,在FTO基底表面设有TiO2复合薄膜;所述TiO2复合薄膜中包括SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒。

优选地,所述第一太阳能板为倾斜设置,所述导轨设于第一太阳能板的上端和下端。

优选地,所述TiO2复合薄膜的厚度为15-25μm。

优选地,TiO2复合薄膜中,所述SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒的质量比例为7:3;所述TiO2复合薄膜是这样形成的:通过在FTO基底表面丝网印刷TiO2复合浆料,从而形成该TiO2复合薄膜。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:

1.本发明的通过在太阳能收集装置的第一太阳能板的两端设置导轨、并在第一太阳能板的下方设置第二太阳能板和第三太阳能板、在第二太阳能板和第三太阳能板的两端与导轨配合设置第一滑块和第二滑块的方式,使得太阳能设备在收集太阳能的过程中,在保证第一太阳能板正常接受太阳能的同时,在空间允许的范围内可选择的抽拉出第二太阳能板和第三太阳能板,使得太阳能设备能接受到现有技术三倍的太阳能,且不影响太阳能设备的收放,只需将第二太阳能板和第三太阳能板推入即可;

2.本发明染料敏化太阳能电池的光阳极中,创造性的将SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒混合作为光阳极,其具有利于电子传输的通道,且,利于染料的吸附,减少电子的湮灭,取得了意料不到的有益效果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的结构示意图;

图2为本发明安装于太阳能设备上时的使用状态图主视图;

图3为本发明安装于太阳能设备上时的使用状态图侧视图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的实施例涉及一种太阳能设备的抽拉式太阳能收集装置,如图所示,所述太阳能收集装置设于太阳能设备的顶部,所述太阳能收集装置包括第一太阳能板1和设于第一太阳能板1两端的导轨2,所述第一太阳能板1下还设有第二太阳能板3,所述第二太阳能板3两端设有与导轨2配合的第一滑块4。

所述第一太阳能板1下还设有第三太阳能板5,所述第三太阳能板5两端设有与导轨2配合的第二滑块6。

所述第一太阳能板1为倾斜设置,所述导轨2设于第一太阳能板1的上端和下端。

本发明通过在太阳能收集装置的第一太阳能板1的两端设置导轨2、并在第一太阳能板1的下方设置第二太阳能板3和第三太阳能板5、在第二太阳能板3和第三太阳能板5的两端与导轨2配合设置第一滑块4和第二滑块6的方式,使得太阳能设备在收集太阳能的过程中,在保证第一太阳能板1正常接受太阳能的同时,在空间允许的范围内可选择的抽拉出第二太阳能板3和第三太阳能板5,使得太阳能设备能接受到现有技术三倍的太阳能,且不影响太阳能设备的收放,只需将第二太阳能板3和第三太阳能板5推入即可。

本发明中,太阳能收集装置为倾斜设置,亦是为了能更大程度的接受太阳能。

本发明在不占用更多空间的前提下,通过在太阳能收集板的两侧设置导轨2,使得在相同的时间下能接受现有技术同种产品的若干倍的太阳能,太阳能的利用率更高。

另一方面,为了实现更好的技术效果,本发明所述的第一太阳能板1、第二太阳能板3和第三太阳能板5基于染料敏化太阳能电池。

最为常见的染料敏化太阳能电池是由染料敏化TiO2多孔半导体薄膜,对电极及电解液溶液三部分构成的三明治结构。染料敏化太阳能电池的阳极是由吸附了敏化染料的宽禁带半导体多孔薄膜构成,对电极一般由镀了铂的导电玻璃构成,电池的基体是由导电玻璃组成,导电玻璃起着传输和收集电子的作用。

光阳极中的纳米TiO2多孔半导体薄膜和对电极中的铂电极是电池的关键,其性能的优劣直接影响到电池的效率,因此,对光阳极及对电极的改进可以增加光电转换效率。

在上述技术背景下,本发明在传统的染料敏化太阳能电池的基础上,对光阳极和对电极进行了改进,具体的:

该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极和电解液。

关于光阳极,该光阳极包括FTO基底,在FTO基底表面设有TiO2复合薄膜。

具体来说,该TiO2复合薄膜中包括SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒;该TiO2复合薄膜是这样形成的:通过在FTO基底表面丝网印刷TiO2复合浆料,从而形成该TiO2复合薄膜。

二氧化钛是一种直接带隙半导体过渡金属氧化物,其在传统领域,比如颜料、光电化学、传感器等领域使用广泛,现阶段由于TiO2具有较好的物理化学稳定性,耐强酸碱腐蚀,而且纳米尺寸的TiO2在电荷传输分离、染料吸附等方面都显示出优异的性能,因此,染料敏化太阳能电池的光阳极中一直用二氧化钛浆料作为主要物质;而在本发明技术方案中,创造性的将SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒混合作为光阳极,其具有利于电子传输的通道,且,利于染料的吸附,减少电子的湮灭,取得了意料不到的有益效果。

优选地,该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒的质量比例为7:3。

优选地,该TiO2纳米颗粒的粒径为50nm。

优选地,所述SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,该TiO2为纳米片,SrTiO3、Zn2SnO4均为纳米颗粒;TiO2纳米片边长为120nm,该SrTiO3纳米颗粒粒径为10nm,该Zn2SnO4纳米颗粒粒径为1000nm。

进一步优选地,所述SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2的摩尔比为3:1:7。

在上述摩尔质量控制下,SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2结合能够发挥最佳的技术效果,提高电子传输效率、减小电子湮灭。

在现有技术中,将SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构应用于光阳极的技术方案不多,本发明技术方案中,创造性的将SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2结合,能够提高电子的传输效率,并且,提高光阳极的散射能力,从而提高了光电转换的效率,起到了意料不到的技术效果。

优选地,该TiO2复合薄膜的厚度为25μm。

关于对电极,本申请的技术方案对对电极进行了改进,该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜。

该Ti金属片的厚度为0.2mm,纯度为≥99.7%。

该Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜的形成过程为:首先,将二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,得到二氧化钛胶体,将该胶体刮涂到Ti金属片表面,对二氧化钛进行氨化处理,得到氮化钛纳米颗粒薄膜。

上述氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25μm;

通常是采用铂作为对电极材料,但是其成本较高,限制了其产业上的应用,本发明技术方案中,将氮化钛纳米颗粒薄膜替代铂修饰层,其具有良好的导电性,化学性质稳定,催化活性高,取得了积极的技术效果,为铂对电极提供了一种良好的替代材料。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解,以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例,即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择,而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

本实施例中,所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极和电解液,其中光阳极和对电极相对设置,中间夹有液态电解液。

该光阳极包括FTO基底,在FTO基底表面设有TiO2复合薄膜。

该TiO2复合薄膜中包括SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒;该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒的质量比例为7:3;该TiO2复合薄膜是这样形成的:通过在FTO基底表面丝网印刷TiO2复合浆料,从而形成该TiO2复合薄膜。

该TiO2复合薄膜的厚度为25μm。

具体的,该TiO2纳米颗粒的粒径为50nm。

具体的,该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,该TiO2为纳米片,SrTiO3、Zn2SnO4均为纳米颗粒;TiO2纳米片边长为120nm,该SrTiO3纳米颗粒粒径为10nm,该Zn2SnO4纳米颗粒粒径为1000nm;所述SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2的摩尔比为3:1:7。

该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜。

该Ti金属片的厚度为0.2mm,纯度为≥99.7%。

该Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜的形成过程为:首先,将二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,得到二氧化钛胶体,将该胶体刮涂到Ti金属片表面,对二氧化钛进行氨化处理,得到氮化钛纳米颗粒薄膜。

上述氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25μm。

如下为本发明所述染料敏化太阳能电池的制备步骤:

步骤1,制备光阳极

a)制备Zn2SnO4

将0.4g的L-色氨酸溶解在30ml水中,使其置于65℃环境下,然后向上述溶液中加入0.21g的SnCl4·4H2O和0.263g的Zn(CH3COO)2·4H2O,电磁搅拌30min,然后向混合液中加入5ml的1.45M的氢氧化钠水溶液,然后将混合液转移到聚四氟乙烯的反应釜中,在230℃下反应24h,自然冷却至室温,将沉淀物分离,依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次,然后70℃干燥12h,得到沉淀即为Zn2SnO4;

b)制备SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2

通过水热法制备TiO2纳米片:在室温下,取10ml钛酸四丁酯,将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中,然后,在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.%氢氟酸溶液,在200℃下保温24h,得到白色沉淀,然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗,得到产物在70℃下干燥24h,得到所述TiO2纳米片;

将氢氧化锶完全溶于超纯水中,配置成浓度为13mM、60ml的溶液,然后将其加入到反应釜中,按照摩尔比例,向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片和Zn2SnO4,磁力搅拌50min后,再180℃保温20h,待反应完毕后自然冷却至室温,所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次,然后干燥得到所述的SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构;

c)制备光阳极

首先,将SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒配置成TiO2复合浆料;光阳极基底为FTO基底,将其切割,清洗干净,然后配置0.04M的TiCl4水溶液,将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中,在80℃下保持1h,取出,用去离子水反复冲洗,然后将FTO基底放入马弗炉中,在400℃退火1h;

采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上,达到所需厚度后,将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h,然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min;将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中,乙腈和叔丁醇体积比为1:1,停留24h,取出后晾干,得到所述的光阳极;

步骤2,制备对电极

首先,将纳米二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,超声波处理1h,得到二氧化钛胶体,采用刮涂法将二氧化钛的纳米颗粒胶体涂覆在Ti金属片上制成厚度为25微米的二氧化钛薄膜,室温下干燥13h,将二氧化钛薄膜置于通有流动氨气的管式炉中,在温度为800℃下氨化1.4h,得到氮化钛纳米颗粒薄膜,即得到对电极;

步骤3,封装

将光阳极与对电极对置,在两电极之间注入电解液,共同组成一个三明治结构的电池,两电极之间进行封装,得到所述染料敏化太阳能电池;其中,电解液应用碘/碘三负离子电解液,首先称取100ml的乙腈溶液,向其中加入0.1M的碘化锂,0.1M单质碘,0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵,避光超声5min,使其充分溶解;然后称取5g的Ag纳米颗粒,将其加入混合溶液中,充分混合。

染料敏化太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现,测试是在模拟标准太阳光照射下进行的,在AM1.5的标准光源下,对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试。经测定,本实施例得到的染料敏化太阳能电池开路电压为0.85V,短路电流密度为22.67mA/cm2,光电转换效率高达11.8%;

可以看到,本实施例中,由于该TiO2复合薄膜中包含SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构,该对电极中包括氮化钛纳米颗粒薄膜,该SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2、氮化钛纳米颗粒结合能够发挥最佳的技术效果,提高电子传输效率、减小电子湮灭,进而体现在提高了光电转换效率。

实施例2

本实施例中,所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极和电解液,其中光阳极和对电极相对设置,中间夹有液态电解液。

该光阳极包括FTO基底,在FTO基底表面设有TiO2复合薄膜。

该TiO2复合薄膜中包括SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒;该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒的质量比例为7:3;该TiO2复合薄膜是这样形成的:通过在FTO基底表面丝网印刷TiO2复合浆料,从而形成该TiO2复合薄膜。

该TiO2复合薄膜的厚度为15μm。

具体的,该TiO2纳米颗粒的粒径为50nm。

具体的,该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,该TiO2为纳米片,SrTiO3、Zn2SnO4均为纳米颗粒;TiO2纳米片边长为120nm,该SrTiO3纳米颗粒粒径为10nm,该Zn2SnO4纳米颗粒粒径为1000nm;所述SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2的摩尔比为3:1:7。

该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜。

该Ti金属片的厚度为0.2mm,纯度为≥99.7%。

该Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜的形成过程为:首先,将二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,得到二氧化钛胶体,将该胶体刮涂到Ti金属片表面,对二氧化钛进行氨化处理,得到氮化钛纳米颗粒薄膜。

上述氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25μm。

如下为本发明所述染料敏化太阳能电池的制备步骤:

步骤1,制备光阳极

a)制备Zn2SnO4

将0.4g的L-色氨酸溶解在30ml水中,使其置于65℃环境下,然后向上述溶液中加入0.21g的SnCl4·4H2O和0.263g的Zn(CH3COO)2·4H2O,电磁搅拌30min,然后向混合液中加入5ml的1.45M的氢氧化钠水溶液,然后将混合液转移到聚四氟乙烯的反应釜中,在230℃下反应24h,自然冷却至室温,将沉淀物分离,依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次,然后70℃干燥12h,得到沉淀即为Zn2SnO4;

b)制备SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2

通过水热法制备TiO2纳米片:在室温下,取10ml钛酸四丁酯,将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中,然后,在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.%氢氟酸溶液,在200℃下保温24h,得到白色沉淀,然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗,得到产物在70℃下干燥24h,得到所述TiO2纳米片;

将氢氧化锶完全溶于超纯水中,配置成浓度为13mM、60ml的溶液,然后将其加入到反应釜中,按照摩尔比例,向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片和Zn2SnO4,磁力搅拌50min后,再180℃保温20h,待反应完毕后自然冷却至室温,所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次,然后干燥得到所述的SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构;

c)制备光阳极

首先,将SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒配置成TiO2复合浆料;光阳极基底为FTO基底,将其切割,清洗干净,然后配置0.04M的TiCl4水溶液,将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中,在80℃下保持1h,取出,用去离子水反复冲洗,然后将FTO基底放入马弗炉中,在400℃退火1h;

采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上,达到所需厚度后,将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h,然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min;将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中,乙腈和叔丁醇体积比为1:1,停留24h,取出后晾干,得到所述的光阳极;

步骤2,制备对电极

首先,将纳米二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,超声波处理1h,得到二氧化钛胶体,采用刮涂法将二氧化钛的纳米颗粒胶体涂覆在Ti金属片上制成厚度为25微米的二氧化钛薄膜,室温下干燥13h,将二氧化钛薄膜置于通有流动氨气的管式炉中,在温度为800℃下氨化1.4h,得到氮化钛纳米颗粒薄膜,即得到对电极;

步骤3,封装

将光阳极与对电极对置,在两电极之间注入电解液,共同组成一个三明治结构的电池,两电极之间进行封装,得到所述染料敏化太阳能电池;其中,电解液应用碘/碘三负离子电解液,首先称取100ml的乙腈溶液,向其中加入0.1M的碘化锂,0.1M单质碘,0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵,避光超声5min,使其充分溶解;然后称取5g的Ag纳米颗粒,将其加入混合溶液中,充分混合。

染料敏化太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现,测试是在模拟标准太阳光照射下进行的,在AM1.5的标准光源下,对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试。经测定,本实施例得到的染料敏化太阳能电池开路电压为0.82V,短路电流密度为20.77mA/cm2,光电转换效率高达11.1%;

可以看到,本实施例中,由于该TiO2复合薄膜中包含SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构,该对电极中包括氮化钛纳米颗粒薄膜,该SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2、氮化钛纳米颗粒结合能够发挥最佳的技术效果,提高电子传输效率、减小电子湮灭,进而体现在提高了光电转换效率。

实施例3

本实施例中,所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极和电解液,其中光阳极和对电极相对设置,中间夹有液态电解液。

该光阳极包括FTO基底,在FTO基底表面设有TiO2复合薄膜。

该TiO2复合薄膜中包括SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒;该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒的质量比例为7:3;该TiO2复合薄膜是这样形成的:通过在FTO基底表面丝网印刷TiO2复合浆料,从而形成该TiO2复合薄膜。

该TiO2复合薄膜的厚度为20μm。

具体的,该TiO2纳米颗粒的粒径为50nm。

具体的,该SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,该TiO2为纳米片,SrTiO3、Zn2SnO4均为纳米颗粒;TiO2纳米片边长为120nm,该SrTiO3纳米颗粒粒径为10nm,该Zn2SnO4纳米颗粒粒径为1000nm;所述SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构中,SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2的摩尔比为3:1:7。

该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜。

该Ti金属片的厚度为0.2mm,纯度为≥99.7%。

该Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜的形成过程为:首先,将二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,得到二氧化钛胶体,将该胶体刮涂到Ti金属片表面,对二氧化钛进行氨化处理,得到氮化钛纳米颗粒薄膜。

上述氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25μm。

如下为本发明所述染料敏化太阳能电池的制备步骤:

步骤1,制备光阳极

a)制备Zn2SnO4

将0.4g的L-色氨酸溶解在30ml水中,使其置于65℃环境下,然后向上述溶液中加入0.21g的SnCl4·4H2O和0.263g的Zn(CH3COO)2·4H2O,电磁搅拌30min,然后向混合液中加入5ml的1.45M的氢氧化钠水溶液,然后将混合液转移到聚四氟乙烯的反应釜中,在230℃下反应24h,自然冷却至室温,将沉淀物分离,依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次,然后70℃干燥12h,得到沉淀即为Zn2SnO4;

b)制备SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2

通过水热法制备TiO2纳米片:在室温下,取10ml钛酸四丁酯,将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中,然后,在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.%氢氟酸溶液,在200℃下保温24h,得到白色沉淀,然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗,得到产物在70℃下干燥24h,得到所述TiO2纳米片;

将氢氧化锶完全溶于超纯水中,配置成浓度为13mM、60ml的溶液,然后将其加入到反应釜中,按照摩尔比例,向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片和Zn2SnO4,磁力搅拌50min后,再180℃保温20h,待反应完毕后自然冷却至室温,所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次,然后干燥得到所述的SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构;

c)制备光阳极

首先,将SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构和TiO2纳米颗粒配置成TiO2复合浆料;光阳极基底为FTO基底,将其切割,清洗干净,然后配置0.04M的TiCl4水溶液,将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中,在80℃下保持1h,取出,用去离子水反复冲洗,然后将FTO基底放入马弗炉中,在400℃退火1h;

采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上,达到所需厚度后,将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h,然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min;将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中,乙腈和叔丁醇体积比为1:1,停留24h,取出后晾干,得到所述的光阳极;

步骤2,制备对电极

首先,将纳米二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合,超声波处理1h,得到二氧化钛胶体,采用刮涂法将二氧化钛的纳米颗粒胶体涂覆在Ti金属片上制成厚度为25微米的二氧化钛薄膜,室温下干燥13h,将二氧化钛薄膜置于通有流动氨气的管式炉中,在温度为800℃下氨化1.4h,得到氮化钛纳米颗粒薄膜,即得到对电极;

步骤3,封装

将光阳极与对电极对置,在两电极之间注入电解液,共同组成一个三明治结构的电池,两电极之间进行封装,得到所述染料敏化太阳能电池;其中,电解液应用碘/碘三负离子电解液,首先称取100ml的乙腈溶液,向其中加入0.1M的碘化锂,0.1M单质碘,0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵,避光超声5min,使其充分溶解;然后称取5g的Ag纳米颗粒,将其加入混合溶液中,充分混合。

染料敏化太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现,测试是在模拟标准太阳光照射下进行的,在AM1.5的标准光源下,对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试。经测定,本实施例得到的染料敏化太阳能电池开路电压为0.79V,短路电流密度为19.05mA/cm2,光电转换效率高达9.5%;

可以看到,本实施例中,由于该TiO2复合薄膜中包含SrTiO3/Zn2SnO4/TiO2纳米片异质结构,该对电极中包括氮化钛纳米颗粒薄膜,该SrTiO3、Zn2SnO4、TiO2、氮化钛纳米颗粒结合能够发挥最佳的技术效果,提高电子传输效率、减小电子湮灭,进而体现在提高了光电转换效率。

以上所述仅为本发明的较佳方式,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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