[发明专利]一种纤维状染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种纤维状染料敏化太阳能电池及其制造方法。 

背景技术

染料敏化太阳电池制备工艺简单成本低，被认为可能替代传统硅基电池。然而，传统的染料敏化太阳能电池是基于平板的，其电池形态单一，无法满足目前的需求。导电纤维基柔性可编织光伏电池具有全新的光子捕获结构，易于混编实现全光谱吸收，功率/质量（体积）比高，可通过编织制备各种形态的光伏电池，能够在拓宽民用领域应用的基础上，进一步满足国防领域对于单兵、野外便携式可再生能源系统的迫切需求，具有重要的科学和战略意义。 

CN103346017A公开了一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，该方案中，导电基底为表面镀镍的金属纤维丝或不导电纤维丝，通过在导电基底的表面覆盖氧化半导体膜层，然后经吸附光敏染料后得到。该方法尽管可以制备得到柔性的染料敏化太阳能电池，但是，由于其采用的是表面镀镍的纤维丝，制备的电池仍然存在电池性能不够，电解质溶液泄露其封装不便等问题。 

发明内容

本发明提供了一种纤维状染料敏化太阳能电池及其制造方法，通过在锌丝上原位生长ZnO纳米结构，并将其用于单根纤维状染料敏化太阳能电池，该方法制备的电池可以解决电解质泄露问题，具有简单的封装和模块化特点，具有三维光吸收能力，能够编制成衣服、帐篷上甚至可以贴在建筑物的外墙上等。 

实现本发明目的所采用的具体技术方案如下： 

一种纤维状染料敏化太阳能电池的制造方法，包括如下步骤： 

（1）配置含NaOH和(NH₄)₂S₂O₈水溶液（记为溶液A）； 

（2）用粗糙的砂纸对直径为1.0mm的锌丝进行打磨。用蒸馏水清洗切好的锌丝，然后分别在丙酮、去离子水和酒精里超声处理约20分钟； 

（3）将洁净的Zn丝放入80mL溶液A的高压釜中，120℃处理一段时间（分别为0.5，1，2，3，12，24，48小时），再使高压釜在室温下自然冷却； 

（4）在水热反应后，从溶液里取出样品，用去离子水清洗样品并在80℃空气中干燥过夜； 

（5）将电极的一端浸泡到N719染料的酒精溶液中敏化处理，在室温下放置一段时间； 

（6）把一段直径为0.1mm的铂作为对电极，小心地缠绕在染料敏化光电阳极上。随后，将两个电极浸泡到一个充满I^3-/I^-电解质的柔性硅胶管里，封装。 

本发明还公开了一种利用上述方法制备的纤维敏化太阳能电池。 

本发明还公开了一种染料敏化太阳能电池，其为单根纤维状，包括由内而外依次同轴布置的表面生长有染料敏化的ZnO并作为光电极的锌丝、作为对电极的铂、电解液以及位于最外围的封装管。 

对依据上述本发明方法制备的样品，通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、光电子能谱仪（EDS）等表征方法，分析了锌丝上制备ZnO纳米结构的演化工程和ZnO纳米结构的生成机理。 

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果： 

（1）光阳极的的制备简单，只需一步即可制备基于锌丝的ZnO光阳极纳米材料； 

（2）通过控制合成的参量，可以获得器件的优化参量，并给出合理的解释。 

然而，ZnO替代TiO₂具有潜在的价值：1）ZnO与TiO2具有类似的带隙宽度3.2eV；2）ZnO的电子迁移率115–155cm²V^–1s^–1，相对锐钛矿TiO₂的电子迁移率10^–5cm²V^–1s^-1高很多；3）ZnO的半导体结构相对TiO₂更容易调制；4）界面更容易修饰等。 

附图说明

图1.(a)纤维染料敏化太阳能电池的示意图；(b)其截面示意图。. 

图2.（a）锌丝XRD图片；(b)锌丝上反应0.5h生成ZnO纳米材料后的XRD图片；(c)锌丝上反应48h生成ZnO纳米材料后的XRD图片。