CN105869894A - 一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用 - Google Patents
一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用，本发明具体是将染料敏化太阳能电池与长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy结合形成可在白天和夜晚发电的全天候太阳能电池，本发明充分利用长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy在白天吸收太阳光，在夜晚激发绿光的特点以及发光时间长、发光强度高的优势，克服了传统太阳能电池在暗环境条件下无法发电的缺点，赋予染料敏化太阳能电池在暗环境中发电的性能，真正实现太阳能电池的全天候发电。同时，所述全天候染料敏化太阳能电池在夜晚激发绿光时还具有照明和观赏的用途，本发明制备方法简便易行、成本低廉、适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池制备方法和应用。
背景技术
目前，染料敏化太阳能电池因其稳定性好、制备工艺简单、成本低、清洁无污染等特性，在国民生活中占据重要地位，具有良好的发展前景。但因其只能在白天且光照充足的条件下使用，又限制了使用范围，因此寻找一种可以可在夜晚发电的新型染料敏化太阳能电池是当前社会急需解决的问题。全天候染料敏化太阳能电池是传统染料敏化太阳能电池与长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy的结合，充分利用了长余辉材料在白天吸收太阳光，在夜晚激发绿光的特点以及发光时间长、发光强度高的优势结合，克服普通染料敏化太阳能电池夜晚不能发电的问题，同时具有照明与观赏性，因此具有较大的理论意义和使用价值。
发明内容
本发明的目的是针对传统染料敏化太阳能电池不能在暗环境中发电的缺点，提供了一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法和应用。本发明首先是制备具有高催化活性和高稳定性的透明MxSe对电极，然后将长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy沉积在透明MxSe对电极背面，本发明充分利用长余辉材料的低成本、良好的吸光−发光性和稳定性，使染料敏化太阳能电池在黑暗环境发电成为可能，具有重要的实用价值和经济价值。
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白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤：
(1)、配置浓度为1~3mmol/L的金属氯化物水溶液、浓度为80~120mmol/L氯化锂水溶液和浓度为1~3mmol/L的亚硒酸水溶液；
(2)、按摩尔浓度比为金属氯化物：氯化锂：二氧化硒=1：40~60：1，配置成均匀的反应溶液；
(3)、在步骤(2)中的反应溶液中放入清洗干净的FTO或ITO导电玻璃基体作为工作电极、以Ag/AgCl电极为参比电极、以Pt电极为对电极组装成三电极体系，采用电化学沉积法在导电玻璃基体表面沉积均匀的MxSe对电极，经水洗、真空干燥，得到干燥的透明MxSe对电极；
(4)、在步骤(3)制备的MxSe对电极的不导电一面沉积长余辉材料薄膜，制备成MxSe/导电玻璃/长余辉材料电极；
(5)、采用溶胶-水热法制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO或ITO导电玻璃基体上，控制膜厚度5~15微米，经煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；
(6)、将步骤(5)制备的二氧化钛薄膜浸入0.2~0.5mmol/L的N719染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极；
(7)、将步骤(4)制备的MxSe/导电玻璃/长余辉材料电极与步骤(6)制备的染料敏化二氧化钛光阳极组合成导电玻璃/二氧化钛/MxSe/导电玻璃/长余辉材料的叠层结构，并经热压密封，在二氧化钛/MxSe之间的空隙中注入氧化还原电解质组装成所述全天候染料敏化太阳能电池。
进一步的：所述步骤(1)金属氯化物水溶液中的金属为铁、钴、镍、铜、钯、钼或钌中的一种。
进一步的：所述步骤(3)中采用的电化学沉积方法为恒电压法、恒电流法或循环伏安法。
进一步的：所述步骤(4)中的长余辉材料为SrAl2O4:Eu,Dy。
进一步的：所述步骤(4)中采用的SrAl2O4:Eu,Dy粒径为1~5微米，绿光激发强度为20~60μW/cm2。
本发明还提供了利用所述的制备方法制得的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池。
进一步的：所述染料敏化太阳能电池在白天光照强度下的开路电压为700~750mW、短路电流密度为16~19mA/cm2、填充因子为0.65~0.75、光电转换效率7~10%。
进一步的：所述染料敏化太阳能电池在夜晚下的开路电压为0.12~0.25mW、短路电流密度为0.8~1.5mA/cm2、填充因子为13~20、光电转换效率1.5~3%。
本发明还提供了所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池在制备电池组件、电站和路灯中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：
(1)、发电时间长。按照本发明技术方案制备的全天候染料敏化太阳能电池，不仅可以在白天发电，在夜晚也可以通过长余辉材料发电。发电时间增加一倍，真正实现染料敏化电池全天候发电。
(2)、稳定性好。长余辉材料光强为10~30μW
cm-1，发光时间在6-10小时，稳定性好。
(3)、制备方法简单。染料敏化太阳能电池是通过传统的制备方法制备的。对电极采用电化学沉积方法为恒电压法、恒电流法或循环伏安法。
本发明方法简便易行、成本低廉，采用本发明全天候染料敏化太阳能电池发电时间长、稳定性高，制备方法简便易行、成本低廉。不仅可以用于光照下发电，还可以更广泛应用于暗环境等。
附图说明
图1为本发明所制备的全天候染料敏化太阳能电池示意图，其中a：全天候染料敏化太阳能电池的结构和在白天的发光示意图；b：全天候染料敏化太阳能电池的结构和在夜晚的发光示意图。
图2为本发明所制备的全天候染料敏化太阳能电池的J-V曲线图。
图3为本发明所用全天候染料敏化太阳能电池在夜晚的观赏性展示。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
一、本发明所述能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、反应溶液的配置：配置浓度为1~3mmol/L的金属氯化物水溶液，浓度为80~120mmol/L氯化锂水溶液和浓度为1~3mmol/L的亚硒酸水溶液，所述金属氯化物水溶液为铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、钯盐、钼盐或钌盐中的一种。
2、按摩尔浓度比为金属氯化物：氯化锂：二氧化硒=1：40：1，配置成均匀的反应溶液。
3、在步骤(2)中的反应溶液中放入清洗干净的FTO或ITO导电玻璃基体作为工作电极、以Ag/AgCl电极为参比电极、以Pt电极为对电极组装成三电极体系，采用电化学沉积法在导电玻璃基体表面沉积均匀的MxSe对电极，经水洗、真空干燥，得到干燥的透明MxSe对电极。
4、在上述步骤中制备的MxSe对电极的背面沉积长余辉材料薄膜，制备成MxSe/FTO(ITO)导电玻璃/长余辉材料电极。
5、采用溶胶-水热法制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO或ITO导电玻璃基体上，控制膜厚度5~15微米，经450ºC煅烧制备介孔二氧化钛薄膜。
6、将上述方法制备的二氧化钛薄膜浸入0.2~0.5mmol/L的N719染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极。
7、将已制备好的MxSe/FTO(ITO)导电玻璃/长余辉材料电极与已制备好的染料敏化二氧化钛光阳极组合成FTO(ITO)导电玻璃/二氧化钛/MxSe/FTO(ITO)导电玻璃/长余辉材料叠层结构，并采用Surlyn膜经热压密封，在二氧化钛/MxSe之间的空隙中注入氧化还原电解质组装成新型全天候染料敏化太阳能电池。
通过上述制备方法获得的染料敏化太阳能电池在模拟太阳光照(光照强度：100mW/cm2)下的开路电压为700~750mW、短路电流密度为16~19mA/cm2、填充因子为0.65~0.75、光电转换效率7~10%；在夜晚下的开路电压为0.12~0.25mW、短路电流密度为0.8~1.5mA/cm2、填充因子为13~20、光电转换效率1.5~3%。
图1为新型全天候染料敏化太阳能在(a)白天和(b)夜晚发电时的示意图。
图2本发明所制备的全天候染料敏化太阳能电池的J-V曲线图。大图为染料敏化太阳能电池在白天模拟光照下以及在夜晚荧光照射下的J-V曲线图，插图为染料敏化太阳能电池在夜晚荧光照射下的J-V曲线放大图。从图2中可以看到虽然长余辉材料照射下电流密度较小，但长余辉材料本身光强较弱，所以计算出的效率仍然可达1.5~3%。
图3是本发明所用全天候染料敏化太阳能电池在夜晚的观赏性展示。大面积使用长余辉材料时制备的染料敏化太阳能电池有观赏性的同时，可以当做照明使用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)、配置浓度为1~3mmol/L的金属氯化物水溶液、浓度为80~120mmol/L氯化锂水溶液和浓度为1~3mmol/L的亚硒酸水溶液；
(2)、按摩尔浓度比为金属氯化物：氯化锂：二氧化硒=1：40~60：1，配置成均匀的反应溶液；
(3)、在步骤(2)中的反应溶液中放入清洗干净的FTO或ITO导电玻璃基体作为工作电极、以Ag/AgCl电极为参比电极、以Pt电极为对电极组装成三电极体系，采用电化学沉积法在导电玻璃基体表面沉积均匀的MxSe对电极，经水洗、真空干燥，得到干燥的透明MxSe对电极；
(4)、在步骤(3)制备的MxSe对电极的不导电一面沉积长余辉材料薄膜，制备成MxSe/导电玻璃/长余辉材料电极；
(5)、采用溶胶-水热法制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO或ITO导电玻璃基体上，控制膜厚度5~15微米，经煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；
(6)、将步骤(5)制备的二氧化钛薄膜浸入0.2~0.5mmol/L的N719染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极；
(7)、将步骤(4)制备的MxSe/导电玻璃/长余辉材料电极与步骤(6)制备的染料敏化二氧化钛光阳极组合成导电玻璃/二氧化钛/MxSe/导电玻璃/长余辉材料的叠层结构，并经热压密封，在二氧化钛/MxSe之间的空隙中注入氧化还原电解质组装成所述全天候染料敏化太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)金属氯化物水溶液中的金属为铁、钴、镍、铜、钯、钼或钌中的一种。
3.根据权利要求1所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用的电化学沉积方法为恒电压法、恒电流法或循环伏安法。
4.根据权利要求1所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的长余辉材料为SrAl2O4:Eu,Dy。
5.根据权利要求4所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用的SrAl2O4:Eu,Dy粒径为1~5微米，绿光激发强度为20~60μW/cm2。
6.权利要求1~5任一项所述的制备方法制得的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述染料敏化太阳能电池在白天光照强度下的开路电压为700~750mW、短路电流密度为16~19mA/cm2、填充因子为0.65~0.75、光电转换效率7~10%。
8.根据权利要求6所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述染料敏化太阳能电池在夜晚下的开路电压为0.12~0.25mW、短路电流密度为0.8~1.5mA/cm2、填充因子为13~20、光电转换效率1.5~3%。
9.根据权利要求7所述的能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池在制备电池组件、电站和路灯中的应用。
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| CN201610338169.7A Expired - Fee Related CN105869894B (zh) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | 一种能在白天和夜晚发电的全天候染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用 |
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| CN (1) | CN105869894B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107731540A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-02-23 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 一种昼夜可用长时态染料敏化太阳能电池及其制备方法 |
| US12006460B2 (en) | 2021-12-30 | 2024-06-11 | Industrial Technology Research Institute | Photoelectric conversion compound and photoelectric conversion composition including the same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN1949544A (zh) * | 2006-10-30 | 2007-04-18 | 华中科技大学 | 一种可见光响应型的太阳能电池 |
| CN101436468A (zh) * | 2008-12-09 | 2009-05-20 | 彩虹集团公司 | 一种用于延长染料敏化太阳能电池工作时间的发光板 |
| CN101882634A (zh) * | 2010-07-14 | 2010-11-10 | 西安交通大学 | 可夜间工作的太阳能电池 |
| CN102915851A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-02-06 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种基于硒化物的染料敏化太阳能电池对电极 |
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2016
- 2016-05-23 CN CN201610338169.7A patent/CN105869894B/zh not_active Expired - Fee Related
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| US12006460B2 (en) | 2021-12-30 | 2024-06-11 | Industrial Technology Research Institute | Photoelectric conversion compound and photoelectric conversion composition including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN105869894B (zh) | 2018-06-26 |
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