CN101996772B - 一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法 - Google Patents

一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法，该方法制作一种管状的染料敏化太阳能电池，其原材料价格低廉，采用制备银镜的化学实验方法制作银栅辅助电极，采用离心和涂覆的方法制作二氧化钛薄膜层，浸泡染料用量少，电解液灌注方便，制备工艺简单，采用玻璃塞封装电池，封装简易，大大节约制作的成本。

Description

一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种太阳能电池的制备方法，尤其是一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池是一种新型的光电化学太阳能电池，主要由染料敏化纳米晶电极、电解液以及载有催化剂的对电极部分组成，具有较低的成本，简便的制备工艺以及良好的环境相容性，具有很好的应用前景。
现在制作比较成熟的液态染料敏化太阳能电池多为采用平板玻璃制作的平面电池模块，功能层的制作采用喷涂、丝网印刷、蒸镀等工艺，但是这些制作工艺不能在不规则图形等容器中实现。而且制作平面电池模块时，对电极和光阳极的封接上需要较好的封装材料和精密设备，增加了封装的难度和成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法，通过采用制备银镜的方法制作银栅辅助电极，同时银栅可以作为反射镜，反射没有被二氧化钛薄膜层吸收的光，提高光的利用率，采用离心和涂覆的方法制作二氧化钛薄膜层，封装简单，制作高效率的管状的染料敏化太阳能电池。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种管状染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)在内壁带有透明导电层的玻璃管的半边粘上一层胶带，然后向里加入质量比为1％-2％的硝酸银溶液，同时滴入质量比为4％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液加入体积为硝酸银溶液体积的1/20，然后一边摇动玻璃管，一边逐滴滴入质量比为1％-2％的稀氨水，直到产生的沉淀恰好溶解为止，再滴入几滴质量比为1％-6％的葡萄糖溶液，振荡后把玻璃管放在20-100℃水浴中温热10s-3min，至银镜产生；
2)揭掉粘在玻璃管内壁的胶带，玻璃管内壁剩下半边银镜，用去离子水反复冲洗玻璃管5-10min后在干燥箱中烘干，后在玻璃管内壁的半边银镜的两边缘粘贴两条胶带；
3)然后在玻璃管内滴入二氧化钛的浆料，在离心机中100-2000r/min条件下离心1-5min，或手动在玻璃管内壁涂覆一层二氧化钛薄膜层；再揭掉粘在银镜边缘的两条胶带，将玻璃管放入干燥箱中在70-100℃下干燥15-20min，450-500℃下进行烧结，保温10-25min；
3)待玻璃管内的二氧化钛烧结温度降至80℃后，在玻璃管内装满钌配合物二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)钌(II)的染料溶液，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化24-72h；
4)回收染料溶液，取出玻璃管平放，滴入UV胶覆盖具有银镜的管壁一侧，100-130℃下干燥15-20min，后在紫外灯下照射1-5min；
5)取棒状金属丝，经过磷酸浸泡、去离子水清洗后烘干，蘸涂一层铂电极浆料，然后进行烧结，烧结温度为450-470℃，保温20-30min，得到备用的对电极；
6)将步骤5)得到的对电极装入到步骤4)中的玻璃管中，注入电解质后，盖上玻璃管的玻璃塞，并涂上密封胶，得到封装好的染料敏化太阳能电池。
上述步骤5)中，所述的棒状金属丝为Fe、Al或Cu金属棒。
上述玻璃管内壁的银镜面积为玻璃管管状区域的1％-50％。
本发明与现在通常采用平板玻璃制作的液态染料敏化太阳能电池相比，本发明中制作的新型管状的染料敏化太阳能电池，原材料价格低廉，采用制作银镜的化学实验方法制作银栅辅助电极，采用离心和涂覆的方法制作二氧化钛薄膜层，浸泡染料用量少，电解液灌注方便，制备工艺更简单，采用玻璃塞封装电池，封装更为简易，大大降低了制作的成本。
附图说明
图1为本发明的银镜制作过程玻璃管的截面结构示意图；
图2为本发明的二氧化钛薄膜层制作过程玻璃管的截面结构示意图；
图3为本发明的管状染料敏化太阳能电池的截面结构示意图。
其中：1为玻璃管；2为胶带；3为银镜；4为二氧化钛薄膜层；5为UV胶；6为对电极；7为铂电极层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本实施例的管状染料敏化太阳能电池制备方法的具体步骤如下：
1)将内壁带有透明导电层的玻璃管1，依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后烘干备用；按照设计的图形在玻璃管1内壁粘上一层胶带2(如图1a)，后向里加入质量比为2％的硝酸银溶液，同时滴入4％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液加入体积为硝酸银溶液体积的1/20，然后一边摇动玻璃管，一边逐滴滴入质量比为2％的稀氨水，直到最初产生的沉淀恰好溶解为止，然后再滴入几滴质量比为6％的葡萄糖溶液，振荡后把玻璃管放在60℃水浴中加热30s，至银镜3产生(如图1b)；
2)揭掉粘在玻璃管壁的胶带2，玻璃管1内壁剩下半边银镜3(如图1c)，用去离子水反复冲洗10min后在干燥箱中烘干，后在在玻璃管1内壁的半边银镜3的两边缘粘贴两条胶带2(如图2a)；
3)然后在玻璃管1内滴入二氧化钛的浆料，在离心机中500r/min条件下离心2min，在玻璃管1内壁形成一层二氧化钛薄膜层4(如图2b)，揭掉粘在银镜边缘的两条胶带2(如图2c)，后放入干燥箱中在85℃下干燥20min，500℃下进行烧结，保温25min；
4)待玻璃管1内的二氧化钛烧结温度降至80℃后，在玻璃管1内装满二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)钌(II)的染料溶液，使二氧化钛薄膜层4进行染料敏化24h；
5)回收染料溶液，取出玻璃管平放，滴入UV胶5覆盖在具有银镜的管壁一侧(如图3a所示)，130℃下干燥15min，后在紫外灯下照射3min固化；
6)取一条铝丝，用磷酸浸泡3min，并用去离子水清洗后烘干，蘸涂一层铂电极浆料，然后进行烧结，烧结温度为470℃，保温20min，制得到备用的对电极6；
7)将步骤6)得到的对电极6按照设计的位置装入到步骤5)的玻璃管1中(如图3b所示)，注入电解质后，盖上玻璃管1的玻璃塞，并涂上密封胶，得到封装好的染料敏化太阳能电池。
实施例2
本实施例的管状染料敏化太阳能电池制备方法的具体步骤如下：
1)将内壁带有透明导电层的玻璃管1，依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后烘干备用；按照设计的图形在玻璃管内壁粘上一层胶带(如图1a所示)，后向里加入质量比为1％的硝酸银溶液，同时滴入质量比为4％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液加入体积为硝酸银溶液体积的1/20，然后一边摇动玻璃管，一边逐滴滴入质量比为2％的稀氨水，直到最初产生的沉淀恰好溶解为止，然后再滴入几滴质量比为3％的葡萄糖溶液，振荡后把玻璃管放在25℃水浴中加热4min，至银镜产生(如图1b所示)；
2)揭掉粘在玻璃管壁的胶带，玻璃管内壁剩下半边银镜(如图1c)，用去离子水反复冲洗10min并烘干，后在在玻璃管内壁的半边银镜的两边缘粘贴两条胶带(如图2a)；
3)然后在玻璃管内壁手动涂覆一层二氧化钛薄膜层，揭掉粘在银镜边缘的两条胶带(如图2c所示)，后放入干燥箱中在100℃下干燥15min，500℃下进行烧结，保温25min；
4)待二氧化钛烧结温度降至80℃后，在玻璃管内装满二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)钌(II)的染料溶液，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化48h；
5)回收染料溶液，取出玻璃管平放，滴入UV胶覆盖在具有银镜的管壁一侧(如图3a所示)，100℃下干燥20min，后在紫外灯下照射4min固化；
6)取一条铁丝，用磷酸浸泡3min，并用去离子水清洗后烘干，蘸涂一层铂电极浆料，然后进行烧结，烧结温度为470℃，保温20min，得到备用的对电极；
7)将步骤6)得到的对电极按照设计的位置装入到步骤5)的玻璃管中(如图3b所示)，注入电解质后，盖上玻璃管的玻璃塞，并涂上密封胶，得到封装好的染料敏化太阳能电池。
实施例3
本实施例的管状染料敏化太阳能电池制备方法的具体步骤如下：
1)将内壁带有透明导电层的玻璃管1，依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后烘干备用；按照设计的图形在玻璃管1内壁粘上一层胶带(如图1a)，后向里加入质量比为2％的硝酸银溶液，同时滴入质量比为4％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液加入体积为硝酸银溶液体积的1/20，然后一边摇动玻璃管，一边逐滴滴入质量比为1％的稀氨水，直到最初产生的沉淀恰好溶解为止，然后再滴入几滴质量比为1％的葡萄糖溶液，振荡后把玻璃管放在20℃水浴中加热3min，至银镜产生(如图1b)；
2)揭掉粘在玻璃管壁的胶带，玻璃管内壁剩下半边银镜(如图1c)，用去离子水反复冲洗5min后在干燥箱中烘干，后在在玻璃管内壁的半边银镜的两边缘粘贴两条胶带(如图2a)；
3)然后在玻璃管内滴入二氧化钛的浆料，在离心机中2000r/min条件下离心1min，在玻璃管内壁形成一层二氧化钛薄膜层(如图2b)，揭掉粘在银镜边缘的两条胶带(如图2c)，后放入干燥箱中在70℃下干燥20min，450℃下进行烧结，保温10min；
4)待玻璃管内的二氧化钛烧结温度降至80℃后，在玻璃管内装满二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)钌(II)的染料溶液，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化24h；
5)回收染料溶液，取出玻璃管平放，滴入UV胶覆盖在具有银镜的管壁一侧(如图3a所示)，130℃下干燥15min，后在紫外灯下照射5min固化；
6)取一条铝丝，用磷酸浸泡3min，并用去离子水清洗后烘干，蘸涂一层铂电极浆料，然后进行烧结，烧结温度为450℃，保温30min，制得到备用的对电极；
7)将步骤6)得到的对电极按照设计的位置装入到步骤5)的玻璃管中(如图3b所示)，注入电解质后，盖上玻璃管的玻璃塞，并涂上密封胶，得到封装好的染料敏化太阳能电池。
实施例4
本实施例的管状染料敏化太阳能电池制备方法的具体步骤如下：
1)将内壁带有透明导电层的玻璃管1，依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后烘干备用；按照设计的图形在玻璃管1内壁粘上一层胶带(如图1a)，后向里加入质量比为2％的硝酸银溶液，同时滴入质量比为4％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液加入体积为硝酸银溶液体积的1/20，然后一边摇动玻璃管，一边逐滴滴入质量比为1％的稀氨水，直到最初产生的沉淀恰好溶解为止，然后再滴入几滴质量比为1％的葡萄糖溶液，振荡后把玻璃管放在100℃水浴中加热10s，至银镜产生(如图1b)；
2)揭掉粘在玻璃管壁的胶带，玻璃管内壁剩下半边银镜(如图1c)，用去离子水反复冲洗5min后在干燥箱中烘干，后在在玻璃管内壁的半边银镜的两边缘粘贴两条胶带(如图2a)；
3)然后在玻璃管内滴入二氧化钛的浆料，在离心机中100r/min条件下离心5min，在玻璃管内壁形成一层二氧化钛薄膜层(如图2b)，揭掉粘在银镜边缘的两条胶带(如图2c)，后放入干燥箱中在70℃下干燥20min，450℃下进行烧结，保温10min；
4)待玻璃管内的二氧化钛烧结温度降至80℃后，在玻璃管内装满二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)钌(II)的染料溶液，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化72h；
5)回收染料溶液，取出玻璃管平放，滴入UV胶覆盖在具有银镜的管壁一侧(如图3a所示)，130℃下干燥20min，后在紫外灯下照射1min固化；
6)取一条铝丝，用磷酸浸泡3min，并用去离子水清洗后烘干，蘸涂一层铂电极浆料，然后进行烧结，烧结温度为450℃，保温30min，制得到备用的对电极；
7)将步骤6)得到的对电极按照设计的位置装入到步骤5)的玻璃管中(如图3b所示)，注入电解质后，盖上玻璃管的玻璃塞，并涂上密封胶，得到封装好的染料敏化太阳能电池。
综上所述，本发明采用离心或涂覆的方法制作二氧化钛薄膜层，在辅助电极的制作上采用简单的化学方法银镜反应来实现银栅电极的制作，成本较低；同时管状电池的封装简易，只需要采用筛子封盖，拆装方便，易于回收和重复利用。

Claims (5)

1.一种管状染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在内壁带有透明导电层的玻璃管的半边粘上一层胶带，然后向里加入质量比为1％-2％的硝酸银溶液，同时滴入质量比为4％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液加入体积为硝酸银溶液体积的1/20，然后一边摇动玻璃管，一边逐滴滴入质量比为1％-2％的稀氨水，直到产生的沉淀恰好溶解为止，再滴入几滴质量比为1％-6％的葡萄糖溶液，振荡后把玻璃管放在20-100℃水浴中温热10s-3min，至银镜产生；
2)揭掉粘在玻璃管内壁的胶带，玻璃管内壁剩下半边银镜，用去离子水反复冲洗玻璃管5-10min后在干燥箱中烘干，后在玻璃管内壁上的半边银镜的两边缘粘贴两条胶带；
3)然后在玻璃管内壁涂覆一层二氧化钛薄膜层，再揭掉粘在银镜边缘的两条胶带，将玻璃管放入干燥箱中在70-100℃下干燥15-20min，450-500℃下进行烧结，保温10-25min；
4)待玻璃管内的二氧化钛烧结温度降至80℃后，在玻璃管内装满二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)钌(II)的染料溶液，使二氧化钛薄膜层进行染料敏化24-72h；
5)回收染料溶液，取出玻璃管平放，滴入UV胶覆盖在具有银镜的管壁一侧，在100-130℃下干燥15-20min，后在紫外灯下照射1-5min；
6)取棒状金属丝，经过磷酸浸泡、去离子水清洗后烘干，在金属丝上蘸涂一层铂电极浆料，然后进行烧结，烧结温度为450-470℃，保温20-30min，得到备用的对电极；
7)将步骤6)得到的对电极装入到步骤5)中的玻璃管中，注入电解质后，盖上玻璃管的玻璃塞，并涂上密封胶，得到封装好的管状染料敏化太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的管状染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述的棒状金属丝为Fe、Al或Cu金属丝。
3.根据权利要求1所述的管状染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述玻璃管内壁的银镜面积为玻璃管管状区域的1％-50％。
4.根据权利要求1所述的管状染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3)中，在玻璃管内壁涂覆二氧化钛薄膜层的方法是：先在玻璃管内滴入二氧化钛浆料，然后将玻璃管在离心机中以100-2000r/min离心1-5min。
5.根据权利要求1所述的管状染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，直接手动在玻璃管内壁涂覆一层二氧化钛薄膜层。
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