[发明专利]一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，涉及一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

目前，太阳能电池在经济发展中依然占据重要地位，但因其使用条件有限，只能在晴天且光照充足条件下使用，因此寻找一种新型高效率且能适应不同天气的太阳能电池是当前人类亟待解决的重要问题。石墨烯对雨水中的阳离子具有良好的吸附性，与石墨烯复合的染料敏化太阳能电池克服了雨天不能发电的问题，因此，开发能在雨天发电的染料敏化太阳能电池具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有的太阳能电池使用条件的局限性的缺点，提供了一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用，本发明首先是制备石墨烯电极，然后制备染料敏化太阳能电池，最后将其复合得到能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。本发明充分利用石墨烯制备方法简单，且稳定性高、吸附性好，导电率高，离域电子丰富的优点，提供了能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤：

(1)、在冰浴条件下将石墨粉：硝酸钠：高锰酸钾按照质量比为1～2：1：5～8分散在浓硫酸中，搅拌制得混合溶液；

(2)、移除冰浴，将所述混合溶液加热并搅拌，再加入去离子水及双氧水直至气泡消失；

(3)、再将溶液离心并清洗至上清液pH=3～4，将得到的混合物再次分散到水中并超声分散，离心去除黑色残渣获得均匀悬浮液；

(4)、将硝酸铟溶解在乙酰丙酮中，并滴加二乙醇胺，配制浓度为0.1～0.2mol/L的硝酸铟乙酰丙酮溶液，在60ºC～65ºC下回流、搅拌；

(5)、将氯化锡溶解在乙醇中，配制饱和氯化锡乙醇溶液；

(6)、按铟/锡摩尔比为8～12：1将所述硝酸铟乙酰丙酮溶液与所述饱和氯化锡乙醇溶液混合，制备ITO溶胶；

(7)、将步骤(6)中的ITO溶胶旋涂至FTO导电玻璃的玻璃面，经煅烧，制备得到沉积ITO/玻璃/FTO导电玻璃；

(8)、在步骤（3）的均匀悬浮液中放入步骤（7）的ITO/玻璃/FTO导电玻璃，采用电泳法在ITO层沉积氧化石墨烯；

(9)、将步骤（8）中负载氧化石墨烯的ITO/玻璃/FTO导电玻璃放入碘化氢中浸泡10～15小时还原，得到负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极；

(10)、在步骤（9）中的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极的FTO层上沉积对电极；

(11)、制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；

(12)、将步骤（11）制备的二氧化钛薄膜浸入0.2～0.5mmol/L的染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极；

(13)、所述步骤（10）制备的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO对电极和步骤（12）制备的染料敏化二氧化钛光阳极组合，并在中间注入液体电解质组装成所述能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。

进一步的：所述步骤（2）中将所述溶液通过水浴加热至30～40ºC，并搅拌30～40分钟。

进一步的：所述步骤（4）中二乙醇胺加入1～3滴。

进一步的：所述步骤（8）中采用的电泳法沉积电压为5V，时间为2小时。

进一步的：所述步骤（10）中的对电极为铂、合金、导电聚合物、碳、化合物中的一种。

进一步的：所述步骤（11）控制膜厚为5～15 µm，经450°C煅烧30分钟制备介孔二氧化钛薄膜。

进一步的：所述步骤（13）中的液体电解质是含有I^-/I₃^-氧化还原电对的乙腈溶液。

本发明还提供了所述的制备方法制得的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。

本发明还提供了所述的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池在光照条件下发电的应用，所述染料敏化太阳能电池的开路电压为650～800 mV、短路电流为8～18mA·cm^-2、填充因子为0.5～0.8、光电转换效率为5.0～11.0%。

本发明还提供了所述的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池在下雨条件下发电的应用，所述染料敏化太阳能电池的电流为0.9～4.9μA/滴雨、电压为30～60μV/滴雨、功率为30～300pW/滴雨。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点：