CN105957715B - 一种能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池及其制备方法和应用。本发明具体是将石墨通过改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，并冷冻干燥制备三维氧化石墨烯，将三维氧化石墨烯压片并进行结构极化处理，再与硅太阳能电池的铝背电极集成形成新型太阳能电池。本发明充分利用三维氧化石墨烯在不同相对湿度条件下产生较高的化学电势和电流密度的特点，赋予硅太阳能电池在潮湿环境下全天候发电的性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，涉及一种能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池及其制备方法和应用。
背景技术
目前，太阳能作为一种清洁能源在能源构成比例中比重越来越大，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的全天候太阳能电池是当前人类亟待解决的重要问题。开发可在潮湿环境发电的全天候硅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太阳能电池使用条件的局限性的缺点，提供了一种能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池及其制备方法和应用，首先是制备三维氧化石墨烯，并将其组装在硅太阳能电池的铝背电极上，在其表面组装多孔金属电极并经密封后，最终制备得到能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种能在潮湿环境下发电的全天候硅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；
(2)、移除冰浴，将混合溶液加热并搅拌，加入去离子水及双氧水直至气泡消失；
(3)、将所述混合溶液离心并清洗至上清液pH=3～4，将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)、将步骤(3)获得的均匀悬浮液冷冻干燥，得到蓬松的固体氧化石墨烯；
(5)、取所述蓬松的固体氧化石墨烯进行压片处理，制得三维氧化石墨烯；
(6)、将所述三维氧化石墨烯与两个铂电极组装成铂电极|三维氧化石墨烯|铂电极结构，并进行结构极化处理，之后进行消除电容效应处理，最后真空干燥；
(7)、将所述经过结构极化处理的三维氧化石墨烯组装在硅太阳能电池的铝背电极上，并在硅太阳能电池的另一侧组装多孔电极，并密封处理，制得能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池。
进一步的：所述步骤（2）中将混合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）冷冻干燥时间为60～72h。
进一步的：所述步骤（5）中压片压强为20～40MPa，保压时间为2～4min，得到三维氧化石墨烯片。
进一步的：所述步骤（6）中结构极化处理是在相对湿度为75～85%的环境下直流电压8～12V处理3min；设置回路参数电压U=0V、时间t=2000s、取样间隔为0.1s进行消除电容效应处理。
进一步的：所述步骤（7）中的多孔电极为多孔铝电极或钛网电极。
进一步的：所述步骤（7）用乙烯-醋酸乙烯共聚物热封胶密封。
本发明还提供了利用所述的制备方法制得的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池。
进一步的：所述全天候硅太阳能电池在光照强度100mW/cm2下的开路电压为700~750mV、短路电流密度为15~18mA/cm2、填充因子为65~75%、光电转换效率为10~20%；
所述全天候硅太阳能电池在潮湿无光环境的输出电压为100~200mV、电流密度为0.8~1.5mA/cm2。
本发明还提供了所述的全天候硅太阳能电池在制备电池组件、电站中的应用。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点和技术效果：
(1)、应用范围广。可在潮湿环境发电的全天候硅太阳能电池可以在沿江、沿湖、沿海陆地、海面及中国南部等潮湿地区广泛应用。
(2)、全天候发电。按照上述技术方案制备的硅太阳能电池除可以在白天日光光照下发电，还可以实现在潮湿环境中的全天候发电。
(3)、制备方法简单。氧化石墨烯是由Hummers法制备，制备方法简单。
本发明充分利用三维氧化石墨烯在不同相对湿度条件下产生较高的化学电势和电流密度的特点，将其与硅太阳能电池耦合可以克服了阴雨天不能发电的问题，本发明突破了传统太阳能电池只能在白天光照条件下发电的局限，赋予了太阳能电池在潮湿环境发电的性能，实现了硅太阳能电池的全天候发电。
附图说明
图1为本发明所制备的能在潮湿环境发电的全天候硅太阳能电池的结构示意图。
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、本发明所述的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
1、将天然石墨粉：硝酸钠：高锰酸钾在冰浴条件下按照质量比为1.5：1：8溶解在浓硫酸（质量分数为98%）中，搅拌8 min；
2、移除冰浴，将所述混合溶液加热至35℃，搅拌35 min后，加入80mL去离子水及15mL质量分数为30%的双氧水直至气泡消失；
3、将所述混合溶液在转速7200rpm下离心30 min，并清洗至上清液pH=3～4，混合物再次分散到水中并超声15～20 min，然后在转速3000rpm下离心3 min后去除黑色残渣获得均匀悬浮液；
4、将步骤3获得的均匀悬浮液冷冻干燥72h，得到蓬松的氧化石墨烯；
5、取0.5g步骤4制备的蓬松固体氧化石墨烯进行压片处理，压强为30MPa，保压时间为3min，得到尺寸为3cm×3cm×0.1cm的三维氧化石墨烯；
6、将步骤5制备的三维氧化石墨烯与两个铂电极组装成铂电极|三维氧化石墨烯|铂电极结构，进行结构极化处理，在相对湿度为80%的环境下直流电压10V处理3min，之后设置回路参数电压U=0V、时间t=2000s、取样间隔为0.1s消除电容效应，最后30℃真空干燥2h；处理完毕后撤掉铂电极结构；
7、将步骤6制得的经过结构极化处理的三维氧化石墨烯组装在硅太阳能电池的铝背电极上，并在硅太阳能电池的另一侧组装多孔铝电极或钛网电极，组装成多孔铝或钛网电极|三维氧化石墨烯|铝背电极结构，并采用乙烯-醋酸乙烯共聚物密封处理，完成能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备。
二、所述在潮湿环境发电的全天候硅太阳能电池的测试
所述在潮湿环境发电的全天候硅太阳能电池结构如图1所示。由本发明所制备的能在潮湿环境发电的全天候硅太阳能电池（尺寸3cm×3cm，氧化石墨烯部分输出的电压为0.1～0.2V、功率2～4mW）在模拟太阳光照（光照强度：100mW/cm2）下时，开路电压为700~750mV、短路电流密度为15~18mA/cm2、填充因子为65~75%、光电转换效率为10~20%；而在潮湿无光环境的输出电压为100～200mV、电流密度为0.8~1.5mA/cm2。
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 (8)
1.一种能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(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；
(2)、移除冰浴，将混合溶液通过水浴加热至30～40ºC，并搅拌30～40分钟，加入去离子水及双氧水直至气泡消失；
(3)、将所述混合溶液离心并清洗至上清液pH=3～4，将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)、将步骤(3)获得的均匀悬浮液冷冻干燥，得到蓬松的固体氧化石墨烯；
(5)、取所述蓬松的固体氧化石墨烯进行压片处理，制得三维氧化石墨烯；
(6)、将所述三维氧化石墨烯与两个铂电极组装成铂电极|三维氧化石墨烯|铂电极结构，并进行结构极化处理，之后进行消除电容效应处理，最后真空干燥；所述结构极化处理是在相对湿度为75～85%的环境下直流电压8～12V处理3min；设置回路参数电压U=0V、时间t=2000s、取样间隔为0.1s进行消除电容效应处理；
(7)、将所述经过结构极化处理的三维氧化石墨烯组装在硅太阳能电池的铝背电极上，并在硅太阳能电池的另一侧组装多孔电极，并密封处理，制得能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）冷冻干燥时间为60～72h。
3.根据权利要求1所述的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中压片压强为20～40MPa，保压时间为2～4min，得到三维氧化石墨烯片。
4.根据权利要求1所述的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中的多孔电极为多孔铝电极或钛网电极。
5.根据权利要求1所述的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）用乙烯-醋酸乙烯共聚物热封胶密封。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的能在潮湿环境下发电的全天候硅太阳能电池，其特征在于：所述全天候硅太阳能电池在光照强度100mW/cm2下的开路电压为700~750mV、短路电流密度为15~18mA/cm2、填充因子为65~75%、光电转换效率为10~20%；
所述全天候硅太阳能电池在潮湿无光环境的输出电压为100~200mV、电流密度为0.8~1.5mA/cm2。
8.权利要求6所述的全天候硅太阳能电池在制备电池组件、电站中的应用。
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Granted publication date: 20180413 Termination date: 20190607 |
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