[发明专利]一种柔性轻便可双面加光的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的柔性、轻便、可双面加光的染料敏化太阳能电池。

背景技术

为了解决能源问题，低廉、易应用、高性能的新型太阳能电池的开发一直在持续进行着。染料太阳能电池由于其低廉的制造成本、较高的转换效率以及所依赖的材料在地壳中丰度较高等优点在全世界科研与实际应用中得到了极大的发展。近年来，柔性衬底的染料敏化太阳能电池由于其较好的可弯折性和便于大面积生产而受到越来越多的关注。大多数的柔性染料敏化太阳能电池采用金属箔或者塑料薄膜作为衬底。不锈钢丝网由于具有更高的表面积质量比和多孔结构利于电解液循环等优势近年来受到了国际科研领域的关注。

2009年日本Kyushu Institute of Technology的Yoshihiro Yamaguchi等人用溅射氧化的方法在不锈钢丝网上制作氧化钛的薄膜制备染料敏化太阳能电池的光阳极。(Y. Yoshida；S.S.Pandey；K.Uzaki；S.Hayase；M.Kono；Y. Yamaguchi.Applied Physics Letters2009，94(9).)由于该电池采用的氧化物光阳极是平面化的薄膜结构，不利于表面积的扩大与光子的吸收，限制了电池效率的提高。另一种方法是采用二氧化钛的纳米丝网与二氧化钛纳米颗粒浆料作为光阳极。其杂乱的纳米结构导致载流子传输混乱，宏观表现在电池的短路电流密度较低。并且该结构工艺的复杂性导致实际应用困难，不利于大规模生产。(Xianwei Huang；Ping Shen；Bin Zhao；Xiaoming Feng；Shenghui Jiang；Huajie Chen；Hui Li；Songting Tan.Solar Energy Materials and Solar Cells2010，94(6)，1005-1010.)

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性、轻便、可双面加光的染料敏化太阳能电池。

本发明所提供的染料敏化太阳能电池为三明治结构，其组成包括光阳极、对电极、吸附于所述光阳极的染料分子、填充于所述光阳极与对电极之间的电解质以及用于封装所述光阳极、对电极和电解质的透明柔性衬底；

其中，所述光阳极为表面沉积氧化锌纳米线阵列或铝掺杂氧化锌纳米线阵列的不锈钢丝网或纯金属丝网；

所述对电极为表面沉积铂黑的不锈钢丝网或导电金属丝网。

所述纯金属丝网具体可由下述任意一种金属制成：金、银、铜、铁、钨和铝。

所述导电金属丝网具体可由下述任意一种金属制成：金、银、铜、铁、钨和铝。

所述不锈钢丝网或纯金属丝网或导电金属丝网的规格可为100目到635目。

常规的透明柔性衬底均可作为本发明的封装材料，具体可为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述透明柔性衬底的厚度可为30-100μm。

所述染料分子及电解液均为现有染料敏化太阳能电池中常用的染料分子及电解液。

所述光阳极的制备方法，包括下述步骤：

a)对不锈钢丝网或纯金属丝网进行表面钝化处理，得到表面钝化的不锈钢丝网或纯金属丝网；

b)采用化学气相沉积法在所述表面钝化的不锈钢丝网或纯金属丝网表面沉积氧化锌纳米线阵列或铝掺杂氧化锌纳米线阵列，得到所述光阳极。

上述步骤a)中对不锈钢丝网或纯金属丝网进行表面钝化处理的方法如下：将不锈钢丝网或纯金属丝网放入浓硫酸和双氧水的混合溶液中于70-95℃浸泡10-60分钟即得；所述浓硫酸为质量分数98％的硫酸溶液，所述混合液中浓硫酸和双氧水的体积比为4∶1-6∶1。

上述步骤b)中在不锈钢丝网或纯金属丝网表面沉积铝掺杂氧化锌纳米线阵列的具体方法如下：将锌粉与三氯化铝的混合粉末按照质量比3∶1的比例放入管式炉中加热到600-800℃，通入100sccm的氩气作为载气、2-8sccm的氧气为反应气体，不锈钢丝网或纯金属丝网置于气体下游，沉积4-10分钟即得。

所述不锈钢丝网或纯金属丝网在钝化处理前，还需用有机溶剂(如丙酮)浸泡并通过超声清洗，以去除表面有机物。

将上述制备的光阳极在染料分子溶液中浸泡，使氧化锌纳米线阵列或铝掺杂的氧化锌纳米线阵列充分吸收染料分子，即得到染料敏化的光阳极。

所述对电极是通过采用电化学沉积法在不锈钢丝网或导电金属丝网上沉积铂黑，沉积完毕，取出不锈钢丝网用去离子水进行冲洗得到的。