CN110648851A - 一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池及制作方法，在染料敏化太阳电池的光阳极纳米薄膜内部，嵌入一根微米级光纤，并从电池两端引出，接入光信号发射端和接收端。本发明通过在烧结TiO2薄膜时嵌入一根纳米级的光纤，构成新型光阳极，用此光阳极部件封装成染料敏化太阳电池后，就可以在电池进行光电转化的过程中，实时的监测光阳极薄膜的应变数据。同时，还可以利用本发明测试不同环境下，不同电解液的，光电转化过程中光阳极薄膜的应变。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感领域以及染料敏化太阳能电池测试领域，主要涉及一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池及制作方法。
背景技术
染料敏化太阳电池(简称DSC)是主要由光阳极、纳米薄膜以及对电极为主要结构构成的类似“三明治”式结构的新型太阳能电池。其廉价的生产成本、易于工业化生产的工艺技术以及广阔的应用前景吸引了众多科研人员以及企业进行研究和开发。光阳极是染料敏化太阳电池十分重要的组成部分，其对太阳能电池的光电转换效率有不可替代的重要作用，作为染料敏化太阳电池光阳极的材料主要有TiO2、ZnO、SnO2、CuO2等。染料敏化太阳电池在工作状态时，发生光电转换的主要区域就在光阳极上的纳米薄膜区域。但是由于纳米薄膜被封装在电池内部，并且厚度在微米量级，用传统测试方法无法对薄膜内部应力变化进行准确测量。
光纤传感技术是一种新型的利用光作为信息获取以及传递的测试传感技术，利用该技术制备的光纤传感器经过近几年的高速发展，已经实现了对温度、应变、振动、加速度、折射率等多种物理参量的传感。相比于传统电类传感器，光纤传感器具有抗电磁干扰、成本低廉、耐用性好、易于组网等大量优势，因而结合光纤传感技术对染料敏化太阳电池纳米薄膜应变监测是本发明的核心。
发明内容
本发明提供一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池及制作方法，旨在为研究染料敏化太阳电池内部变化提供一种有效的信息获取手段。
本发明是这样实现的，染料敏化太阳电池为典型的三明治结构，由FTO玻璃为基础涂有多孔TiO2纳米薄膜的作为光阳极，另外涂有氯铂酸的FTO玻璃作为光阴极，中间配以标准电解液后封装。在制备染料敏化太阳电池的光阳极部分时，在旋涂并烧结一层纳米薄膜后固定光纤应变传感器的应变感应部分在纳米薄膜中央位置，然后再进行之后的第二层甚至第三层的纳米薄膜旋涂以及烧结，之后再和标准对电极一起通过塑封膜封装成染料敏化太阳电池，在光纤的两端接入光信号输入端和接收端。
其中，本发明制备染料敏化太阳电池，包括如下步骤：
1)在导电玻璃上旋涂一层纳米多孔半导体薄膜。
2)将旋涂好的导电玻璃置于马弗炉中450℃烧结6h。
3)将纳米光纤固定在导电玻璃上，其中中间部分置于烧结好的纳米薄膜中央；
4)重复(1)(2)步骤一至两次，即完成光阳极制备。
5)将制备好的光阳极与沉积了铂原子的对电极封装，注入标准电解液后封装入液口。
进一步的，所述的染料敏化太阳电池内部纳米薄膜包括但不限于TiO2薄膜。
进一步的，嵌入纳米薄膜的光纤纤芯直径为微米级或亚微米级的，并且其整体结构最大直径不得大于薄膜厚度。
进一步的，染料敏化太阳电池内部纳米薄膜嵌入光纤可以测试在不同工作状态以及环境下染料敏化太阳电池纳米薄膜的应变，并且以光信号的形式实时输出信号。
本发明基于光纤传感技术，将光纤传感器应力感应部分的光纤嵌入染料敏化太阳电池的纳米薄膜中，再封装制成染料敏化太阳电池。本发明的特点在于，光纤直径在微米或亚微米量级，其厚度于封装膜是在同一量级，所以在嵌入光纤后，染料敏化太阳电池依然可以无缝封装，不会对染料敏化太阳电池的性能造成影响。并且可以实现实时测量染料敏化太阳电池内部应变，为研究电池内部应力变化提供直接有效的信息获取手段。
与现有的染料敏化太阳电池相比，本发明的最大优势在于提供了一种简单有效的方法来解决现今科研领域对染料敏化太阳电池薄膜应变信息获取的难题。在光纤传感技术的支持下，工作状态下染料敏化太阳电池内部纳米薄膜上发生光电转换效应，纳米多孔薄膜内部发生应变，光纤应变传感器的感应部分便可实时接收应变信息。
附图说明
图1可实时监控纳米薄膜应变的染料敏化太阳电池结构图。
图中，1.对电极、2.光阳极、3.纳米薄膜、4.光纤、5.光源端、6.接收端。
具体实施例
如图1所示，一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池及制作方法，在“三明治”式结构的染料敏化太阳电池光阳极2上的纳米薄膜3内嵌入一根带应变传感的光纤4，与对电极1封装组成可实时监控纳米薄膜应变的染料敏化太阳电池结构。在光纤两端分别接入光源端5以及光信号接收端6，分别进行光信号的发射以及接收工作，再通过计算机处理得到的光信号从而判断染料敏化太阳电池内纳米薄膜的应变，为相关科研提供有力的数据支撑。
Claims (5)
1.一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池及制作方法，其特征在于，是在制备染料敏化太阳电池的光阳极时，嵌入一根光纤，对电极进行封装后在光纤的两端接入光信号输入端和接收端，分别进行光信号的发射以及接收工作，再通过计算机处理得到的光信号从而判断染料敏化太阳电池内纳米薄膜的应变。
2.根据权利要求1所述的可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池，其特征在于：染料敏化太阳电池内部纳米薄膜嵌入光纤测试在不同工作状态以及环境下染料敏化太阳电池纳米薄膜的应变，以光信号的形式实时输出信号。
3.一种可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在导电玻璃上旋涂一层纳米多孔半导体薄膜；
2)将旋涂好的导电玻璃置于马弗炉中450℃烧结6h；
3)将纳米光纤固定在导电玻璃上，其中中间部分置于烧结好的纳米薄膜中央；
4)重复1)、2)步骤一至两次，即完成光阳极制备；
5)将制备好的光阳极与沉积了铂原子的对电极封装，注入标准电解液后封装入液口。
4.根据权利要求3所述的一可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池的制作方法，其特征在于：所述的染料敏化太阳电池内部纳米薄膜包括但不限于TiO2薄膜。
5.根据权利要求3所述的可实时监控内部应变的染料敏化太阳电池的制作方法，其特征在于：嵌入纳米薄膜的光纤纤芯直径为微米级或亚微米级的，并且其整体结构最大直径不得大于薄膜厚度。
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