CN102751107A - 一种储能光电有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种储能光电有机太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种储能光电有机太阳能电池及其制备方法，本太阳能电池自上而下依次设置有：顶面导电玻璃衬底(1)、CuPc储电层(2)、第一电解液层(3)、隔膜(4)、第二电解液层(5)、储电层(6)和底面导电玻璃衬底(7)；所述CuPc储电层(2)是在顶面导电玻璃衬底(1)的导电面上蒸镀CuPc后再喷涂储能材料得到的，CuPc和储能材料的质量比为5:10-24；所述储电层(6)是在底面导电玻璃衬底(7)的导电面上沉积Al后再喷涂或沉积储能材料得到的储电层(6)。本发明无需外加储电器件的、集光能转化电能和电能储存双功能于同一结构中，具有非光能的充电功能。

Description

一种储能光电有机太阳能电池及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，具体地说是一种储能光电有机太阳能电池及其制备方法，属于能源技术领域。
二、背景技术
能源成为当今世界各国经济发展遇到的首要问题，而太阳能则是未来最有希望的能源之一，太阳能取之不尽用之不竭，而且绿色可再生。聚合物太阳能电池由于有着能够自行设计合成分子结构、材料可选择余地大、毒性较小、加工容易、成本较低等特点，现在越来越受到人们的重视。但是现有的太阳能电池仅仅是光能转换器，将太阳能转化为电能输出，目前对太阳能的研究也仅仅只是如何提高转化率，对于电能的储存仅仅是在外部附加一个单一功能的储能器件，由于外加器件不易携带，直接限制了太阳能电池小型化的发展。
三、发明内容
本发明旨在提供一种同时具有光电转换和能量储存两种功能于一体的储能光电有机太阳能电池及制备方法，使储能光电有机太阳能电池将光能转化为电能的同时，可以将一部分电能储存起来，另外一部分电能用于输出。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明储能光电有机太阳能电池，其特征是本太阳能电池自上而下依次设置有：顶面导电玻璃衬底1、CuPc储电层2、第一电解液层3、隔膜4、第二电解液层5、储电层6和底面导电玻璃衬底7；以含有CuPc储电层2的顶面导电玻璃衬底1和含有储电层6底面导电玻璃衬底7作为对电极；
所述CuPc储电层2是在顶面导电玻璃衬底1的导电面上蒸镀CuPc后再喷涂储能材料得到的，CuPc和储能材料的质量比为5:10-24，所述储能材料选自碳材料或聚苯胺类材料；
所述储电层6是在底面导电玻璃衬底7的导电面上电化学沉积Al后再喷涂或沉积储能材料得到的储电层6，Al的厚度控制在0.3-0.7mm，所述储能材料选自金属氧化物或聚苯胺类材料。
所述碳材料是通过炭气凝胶制备的纳米球形碳材料；
所述金属氧化物选自MnO2、NiO或Ni2O3；
所述聚苯胺类材料为聚苯胺。
所述CuPc储电层2的厚度为500-2000μm。
所述第一电解液层3和第二电解液层5由液态电解质构成，所述液态电解质是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的一种与一甲基三乙基四氟硼酸铵、四乙基四氟硼酸铵中的一种按体积比1:1的比例形成的混合物。
所述隔膜4选自聚丙烯膜、隔膜纸或高分子半透膜。
本发明储能光电有机太阳能电池的制备方法，其特征是按如下步骤操作：
a、在400℃、真空度10-3的条件下采用真空蒸发法将纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂储能材料，随后升温至500℃保温1小时形成CuPc储电层2；
b、在底面导电玻璃衬底7的导电面上沉积Al，随后在300℃下喷涂或沉积储能材料形成储电层6；
c、在CuPc储电层2与储电层6之间插入隔膜4，压合后注入液态电解质，分别在CuPc储电层2与隔膜4之间形成第一电解液层3，在储电层6与隔膜4之间形成第二电解液层5；将由所述顶面导电玻璃衬底1、CuPc储电层2、第一电解液层3、隔膜4、第二电解液层5、储电层6和底面导电玻璃衬底7构成的层结构在外周进行密封形成储能光电有机太阳能电池。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过真空蒸发法制备的储能材料有机层，其中储能材料和CuPc产生了特殊的结构，同时增加了储能材料本身的导电性，同时在太阳能电池中加入了电解液和隔膜，解决了储能过程中电子传导的问题，基于以上结构，本发明的储能光电有机太阳能电池可以在将光能转化为电能的同时，可以将一部分电能储存起来，另外一部分电能用于输出。
2、本发明方法制备的完整的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射下1-4个小时，其开路电压为0.5-0.7V，和只具有光电转换的有机太阳能电池相比，储能光电有机太阳能电池的开路电压并没有降低，将太阳光模拟器照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置200-400小时，其开路电压为0.2-0.3V。
四、附图说明
图1为本发明储能光电有机太阳能电池的结构示意图；
图中标号：1顶面导电玻璃衬底；2CuPc储电层；3第一电解液层；4隔膜；5第二电解液层；6储电层；7底面导电玻璃衬底。
五、具体实施方式
实施例1：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂1g碳微球，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2。
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂金属氧化物NiO，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入聚丙烯隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入四乙基四氟硼酸铵和碳酸二甲酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射2个小时后，其开路电压为0.67V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置400小时，其开路电压为0.23V。太阳光模拟器照射下快速模拟充放电5000次后衰减了9.6%，测量其开路电压为0.60V。
实施例2：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底(1)的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂1.2g碳微球，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂聚苯胺，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入聚丙烯隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入一甲基三乙基四氟硼酸铵和碳酸二甲酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射2个小时后，其开路电压为0.70V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置380小时，其开路电压为0.26V。
实施例3：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂1.4g碳微球，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂金属氧化物MnO2，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入聚丙烯隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入四乙基四氟硼酸铵和碳酸二乙酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射2.5个小时后，其开路电压为0.69V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置350小时，其开路电压为0.22V。
实施例4：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂1.6g碳微球，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂金属氧化物Ni2O3，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入高分子半透膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入一甲基三乙基四氟硼酸铵和碳酸二乙酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射2.5个小时后，其开路电压为0.67V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置400小时，其开路电压为0.23V。
实施例5：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂1.8g聚苯胺，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂金属氧化物NiO，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入高分子半透膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入四乙基四氟硼酸铵和碳酸丙烯酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射3个小时后，其开路电压为0.70V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置370小时，其开路电压为0.21V。
实施例6：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂2.0g聚苯胺，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂金属氧化物Ni2O，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入高分子半透膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入一甲基三乙基四氟硼酸铵和碳酸丙烯酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射3个小时后，其开路电压为0.67V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置360小时，其开路电压为0.25V。
实施例7：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂2.2g聚苯胺，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂金属氧化物NiO，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入隔膜纸4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入四乙基四氟硼酸铵和碳酸乙烯酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射3.5个小时后，其开路电压为0.68V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置370小时，其开路电压为0.23V。
实施例8：
在400℃真空度10-3数量级下，采用真空蒸发法将0.5g纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底1的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂2.4g聚苯胺，之后温度升高到500℃下保温1小时形成CuPc储电层2；
在底面导电玻璃衬底7的导电面上，电化学沉积Al使其厚度为0.5mm，之后喷涂聚苯胺，以300℃烧结形成储电层6，在CuPc储电层2和储电层6之间插入隔膜纸4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为1∶1注入一甲基三乙基四氟硼酸铵和碳酸乙烯酯的混合物，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电有机太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电有机太阳能电池在太阳光模拟器照射4个小时后，其开路电压为0.70V；将照射后的储能光电有机太阳能电池暗处放置350小时，其开路电压为0.25V。

Claims (6)

1.一种储能光电有机太阳能电池，其特征是本太阳能电池自上而下依次设置有：顶面导电玻璃衬底(1)、CuPc储电层(2)、第一电解液层(3)、隔膜(4)、第二电解液层(5)、储电层(6)和底面导电玻璃衬底(7)；
所述CuPc储电层(2)是在顶面导电玻璃衬底(1)的导电面上蒸镀CuPc后再喷涂储能材料得到的，CuPc和储能材料的质量比为5:10-24，所述储能材料选自碳材料或聚苯胺类材料；
所述储电层(6)是在底面导电玻璃衬底(7)的导电面上沉积Al后再喷涂或沉积储能材料得到的储电层(6)；所述储能材料选自金属氧化物或聚苯胺类材料。
2.根据权利要求1所述的储能光电有机太阳能电池，其特征在于：
所述碳材料是纳米球形碳材料；
所述金属氧化物选自MnO2、NiO或Ni2O3；
所述聚苯胺类材料为聚苯胺。
3.根据权利要求1或2所述的储能光电有机太阳能电池，其特征在于：
所述CuPc储电层(2)的厚度为500-2000μm。
4.根据权利要求1所述的储能光电有机太阳能电池，其特征在于：
所述第一电解液层(3)和第二电解液层(5)由液态电解质构成，所述液态电解质是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的一种与一甲基三乙基四氟硼酸铵、四乙基四氟硼酸铵中的一种按体积比1:1的比例形成的混合物。
5.根据权利要求1所述的储能光电有机太阳能电池，其特征在于：
所述隔膜(4)选自聚丙烯膜、隔膜纸或高分子半透膜。
6.一种权利要求1所述的储能光电有机太阳能电池的制备方法，其特征是按如下步骤操作：
a、在400℃、真空度10-3的条件下采用真空蒸发法将纯度99.999%的CuPc粉末镀到顶面导电玻璃衬底(1)的导电面上，保温半小时后相同温度喷涂储能材料，随后升温至500℃保温1小时形成CuPc储电层(2)；
b、在底面导电玻璃衬底(7)的导电面上沉积Al，随后在300℃下喷涂或沉积储能材料形成储电层(6)；
c、在CuPc储电层(2)与储电层(6)之间插入隔膜(4)，压合后注入液态电解质，分别在CuPc储电层(2)与隔膜(4)之间形成第一电解液层(3)，在储电层(6)与隔膜(4)之间形成第二电解液层(5)；将由所述顶面导电玻璃衬底(1)、CuPc储电层(2)、第一电解液层(3)、隔膜(4)、第二电解液层(5)、储电层(6)和底面导电玻璃衬底(7)构成的层结构在外周进行密封形成储能光电有机太阳能电池。
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