CN202695148U - 一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池 - Google Patents

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李焕
张权
丁狄
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Abstract

本实用新型涉及一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，从下至上依次设有高分子聚合物薄膜、钛网、二氧化钛纳米管、网状二氧化钛纳米纤维微孔膜、染料、电解质层和对电极。本实用新型避免了金属箔片为光阳极基板时须背面照射等缺点，极大地提高了电极的有效表面积，便于染料在二氧化钛上吸附，同时，网状二氧化钛纳米纤维比纳米粒子具有更好的电荷传输性能，这样都将有利于光电转换效率的提高，具有良好的应用前景。

Description

一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及染料敏化太阳能电池领域，特别是涉及一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池。
背景技术
发展可再生能源对国家的经济建设和能源安全有着重要意义，太阳能电池是一种最为重要的可再生能源之一。染料敏化的太阳能电池（DSSC）与其它太阳能电池电池相比，制造成本低、制造设备简单，因而迅速引起了人们的关注。
传统的DSSC以镀有铟锡金属氧化物导电层的玻璃为两个电极的基板,存在易碎、不轻便和价格高的问题。为了解决这些问题,人们开发了柔性DSSC。柔性DSSC以轻质的高分子导电薄膜或金属箔为基板，这不但可以大大降低电池重量，也降低了制备成本，同时因其可弯曲变形，便于电池的卷轴式生产，大大拓宽了DSSC的应用范围。高分子导电薄膜由柔性高分子基板及覆盖其上的氧化铟锡(ITO)或氧氟化锡(FTO)导电层组成，其导电层热稳定性及化学稳定性都较差，高温或化学腐蚀极易破坏ITO导电层，此外，液态电解质对ITO也具有一定的腐蚀，导致电池的效率不高、长期稳定性较差。金属箔片不仅可导电，柔韧性好，也可承受高温烧结，但由于金属本身不透明，光须从对电极面照射到电池，导致铂催化剂层和电解液对光存在一定的吸收，这大大降低了电池对光的利用率。为了解决这个问题，2009年，Mano M等人采用具有一定透光率的钛网作为柔性DSSC的光阳极衬底，利用阳极氧化法在钛网上生长出长度为40μm左右的二氧化钛纳米管，取得了1.4%的转化效率(Mano M.,et al.J.Phys.Chem.C,2009,113,14028~14033)，但是纳米管厚度越大，其与钛网基板的结合力越差，导致效率不到1.5%。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，该电池避免了金属箔片为光阳极基板时须背面照射等缺点，极大地提高了电极的有效表面积，便于染料在二氧化钛上吸附，同时，网状二氧化钛纳米纤维比纳米粒子具有更好的电荷传输性能，这样都将有利于光电转换效率的提高，具有良好的应用前景。
本实用新型的一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，从下至上依次设有高分子聚合物薄膜、钛网、二氧化钛纳米管、网状二氧化钛纳米纤维微孔膜、染料、电解质层和对电极。
所述网状二氧化钛纳米纤维微孔膜的厚度为1~30μm，二氧化钛纳米纤维微孔膜紧密结合在二氧化钛纳米管上，形成复合结构的柔性光阳极。
所述二氧化钛纳米管在钛网上垂直排列，纳米管的长度为0.5~10μm。
所述对电极为镀铂层的不锈钢箔片。
所述铂层的厚度为6-100nm。
所述高分子聚合物为聚苯乙烯、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯二甲酸二乙酯、聚萘二甲酸二乙酯、聚丙烯己二酯、聚四氟乙烯中的一种。
所述的电解质为含碘和碘化锂的液体电解质。
所述的染料溶液为联吡啶钌N719染料的乙醇溶液。
有益效果
本实用新型以具有一定透光率的钛网为光阳极基板，避免了金属箔片为光阳极基板时须背面照射等缺点，同时加入与基板垂直排列结构的二氧化钛纳米管层；由于二氧化钛纳米管的毛细管效应，电解液无法渗透接触基板，减少了暗电流，再采用静电纺丝技术，在纳米管上面生长一层网状二氧化钛纳米纤维微孔膜，该微孔膜由于具有大量纤维形成的网眼，这种特殊的形态结构极大地提高了电极的有效表面积，便于染料在二氧化钛上吸附，同时，网状二氧化钛纳米纤维比纳米粒子具有更好的电荷传输性能，这样都将有利于光电转换效率的提高，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；其中，1为高分子聚合物薄膜、2为钛网、3为二氧化钛纳米管、4为网状二氧化钛纳米纤维微孔膜、5为染料、6为电解质层、7为铂层、8为不锈钢箔片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
参见图1，一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池的结构，从下至上依次是高分子聚合物薄膜、钛网、二氧化钛纳米管、网状二氧化钛纳米纤维微孔膜、染料、电解质层、催化铂层和不锈钢箔片；其中高分子聚合物薄膜、钛网、二氧化钛纳米管和网状二氧化钛纳米纤维微孔膜构成光阳极，催化铂层和不锈钢箔片构成对电极。
对于柔性光阳极的具体制备方法为：首先将钛网依次在超声清洗机中用蒸馏水、分析纯丙酮和分析纯无水乙醇浸泡并清洗15min后烘干，称取0.33gNH4F作为电解质，将其溶于2ml超纯水中，再加入100ml乙二醇，形成无色透明电解液。将钛箔套在金属丝上作为阳极，铂丝圈作为阴极，将阳极完全浸入到含电解液中，恒定电压为60V，室温下阳极氧化，反应时间为1h，将得到具有二氧化钛纳米管多孔层的钛箔基底超声清洗30min后烘干。称取0.1g聚乙烯吡咯烷酮，加入0.9g乙醇溶解后，再加入0.8g乙酸和0.5g钛酸四丁酯和一滴曲拉通，溶解得到前驱体溶液，将该溶液进行电纺，调节溶液输送速率0.2mL/min，两电极间距离15cm，施加电压28kV，将前面制备好的二氧化钛纳米管层的钛网置于玻璃上作为接收装置，在其上电纺一层网状纳米纤维微孔膜，经空气充分水解后，在马弗炉中450℃煅烧30min除去纳米纤维中聚合物PVP后，得到具有复合结构的柔性光阳极基板。
将得到的柔性光阳极基板敏化：待煅烧后的光阳极基板冷却到80℃后，将其浸入3×10-5mol/L的联吡啶钌N719染料的无水乙醇溶液中，室温浸泡24h后取出，用无水乙醇冲洗再晾干，为了防止电解液泄漏，将无氧化钛面的钛网与高分子薄膜使用沙林膜加热粘在一起，得到柔性光阳极。
对于柔性对电极的具体制备方法为：将不锈钢箔片作为基片，采用离子溅射法在其表面沉积一层Pt层，溅射电流为20mA，时间为20s，得到柔性对电极。
将上述柔性光阳极与对电极使用沙林膜加热粘在一起，然后用注射器将电解液从柔性对电极预留的小孔处注入到电池中，再将小孔用环氧树脂封住，制得以钛网为光阳极基底，以不锈钢为对电极基底的柔性染料敏化太阳能电池。
以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之类。

Claims (6)

1.一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：从下至上依次设有高分子聚合物薄膜、钛网、二氧化钛纳米管、网状二氧化钛纳米纤维微孔膜、染料、电解质层和对电极。
2.根据权利要求1所述的一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述高分子聚合物为聚苯乙烯、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯二甲酸二乙酯、聚萘二甲酸二乙酯、聚丙烯己二酯、聚四氟乙烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述网状二氧化钛纳米纤维微孔膜的厚度为1~30μm。
4.根据权利要求1所述的一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述二氧化钛纳米管在钛网上垂直排列，纳米管的长度为0.5~10μm。
5.根据权利要求1所述的一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述对电极为镀铂层的不锈钢箔片。
6.根据权利要求5所述的一种以钛网为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述铂层的厚度为6-100nm。
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