CN204946727U - 柔性染料敏化太阳电池 - Google Patents

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Abstract

一种柔性染料敏化太阳电池，包括依次层叠的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层、光阳极层、电解质层、对电极层；所述柔性聚合物复合导电衬底包括：银纳米线薄膜层以及覆盖在所述银纳米线薄膜层上的聚合物层。其优点是：1、由银纳米线薄膜层取代现有的ITO薄膜，具有环境友好、节约成本等特点；2、柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层是通过在银纳米线薄膜层上原位聚合大分子预聚物，一次成型获得，导电薄膜与聚合物基板的结合更加紧密，且具有低电阻率和高透光率，有利于提高太阳电池的光电转换效率；3、由于银纳米线薄膜层可采用丝网印刷的方式制备，可实现大面积、工业化生产，易对制备工艺进行调控。

Description

柔性染料敏化太阳电池
技术领域
本实用新型涉及太阳电池制作技术领域，具体地说是一种柔性染料敏化太阳电池。
背景技术
染料敏化太阳电池(DSSC)因其成本低廉和制备工艺简单的特点而受到科技界的密切关注，被誉为第三代太阳电池；而柔性太阳电池在柔性衬底上制备，具有质量轻、便携及抗弯折的特点，可用于太阳能汽车、太阳能帆船、太阳能背包上等，且对于光伏建筑一体化的实现尤为重要。
目前DSSC柔性光电极材料中，聚合物柔性基板因采用的聚合物衬底价格低廉、机械性能优良且与传统的制备工艺相兼容，同时具有较高的光透过率，被认为最具有实用化和商业化潜力；但是传统的DSSC大多采用覆盖透明导电氧化物层氧化铟锡(ITO)或氧化氟锡(FTO)的导电玻璃为衬底电极，其坚硬、易碎、质量重等缺点限制了DSSC的应用。
市场上有些聚合物柔性基板的衬底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亚胺(PI)，然后在衬底上制备ITO薄膜。由于聚合物衬底可耐受温度不超过180℃，因此器件各层及ITO薄膜均要求在低温条件下制备，对制备仪器的要求较高，工艺复杂，成本高；由于铟是稀有贵金属，使得ITO价格昂贵；再者铟有剧毒，铟和锡在制备和应用过程中容易渗入到周围材料中，对器件效率和寿命产生不利影响；ITO废旧电子产品回收成本高昂，不利于环保。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于通过在银纳米线上原位聚合大分子预聚物一次成型得到低电阻率、高透光率的柔性导电衬底层，并以此为衬底制备柔性太阳电池，从而获得环保、成本低的柔性染料敏化太阳电池。
按照本实用新型提供的一种柔性染料敏化太阳电池，包括依次层叠的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层、光阳极层、电解质层、对电极层；
所述柔性聚合物复合导电衬底包括：银纳米线薄膜层以及覆盖在所述银纳米线薄膜层上的聚合物层。
本实用新型一种柔性染料敏化太阳电池，其优点是：
1、由银纳米线薄膜层取代现有的ITO薄膜，具有环境友好、节约成本等特点；
2、柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层是通过在银纳米线薄膜层上原位聚合大分子预聚物，一次成型获得，导电薄膜与聚合物基板的结合更加紧密，且具有低电阻率和高透光率，有利于提高太阳电池的光电转换效率；
3、由于银纳米线薄膜层可采用丝网印刷的方式制备，可实现大面积、工业化生产，易对制备工艺进行调控。
附图说明
图1为本实用新型的柔性染料敏化太阳电池结构示意图；
上述图中：
1、柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层，11、银纳米线薄膜层，12、聚合物层；
2、光阳极层，21、氧化物多孔膜层，22、染料层；
3、电解质层；
4、对电极层。
具体实施方式
一种柔性染料敏化太阳电池，包括依次层叠的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1、光阳极层2、电解质层3、对电极层4；
优选地，所述柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1包括：银纳米线薄膜层11以及覆盖在所述银纳米线薄膜层11上的聚合物层12。所述银纳米线薄膜层11由直径为25-50nm、长度为10μm-30μm的银纳米线构成，且其厚度为0.025μm～1μm；所述聚合物层12的厚度为10μm～1000μm，是通过光或化学引发的聚合物单体聚合而成；进一步地所述聚合物单体为有聚合能力的低分子原料，如丙烯酸酯单体；所述银纳米线薄膜层11与所述聚合物层12作为一次性成型的导电衬底层的设计，增强了太阳电池的透光率，同时降低了电阻率。
优选地，所述光阳极层2包括：氧化物多孔膜层21以及吸附在所述氧化物多孔膜层21表面的染料层22，所述氧化物多孔膜层21覆盖在所述银纳米线薄膜层11上；优选地，所述氧化物多孔膜层21由导电氧化物浆料制得，且所述氧化物多孔膜层21的厚度为5μm-30μm；优选地，所述导电氧化物浆料中使用的氧化物为氧化钛、氧化锌或者氧化锡；所述染料层22由染料溶液组成，当染料溶液为无机类的染料敏化剂时，所选用材料为钌的金属多吡啶配合物二-四丁铵-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶-4，4'-二羧基)钌(II)的乙醇溶液，或为无机量子点，如硫化镉、硒化镉量子点；当染料溶液为有机染料敏化剂时，所选用材料如天然染料叶绿素。
优选地，所述电解质层3由乙腈溶液形成，其中，乙腈溶液的含量配比为0.6M1-丙基-3-甲基碘化咪唑盐、0.5M3-叔丁基吡啶、0.3MLiI和0.05MI2；具有氧化-还原对的作用，完成氧化态染料分子的循环再生；添加离子液体丙基-3-甲基碘化咪唑盐和3-叔丁基吡啶以抑制暗电流，提高电池的光电转换效率；优选地，所述电解质层3的厚度30μm-100μm。
优选地，所述电解质层3在电荷交换中起媒介作用，且其种类可为液态、固态或准固态；
优选地，所述对电极层4的厚度为0.4μm～30μm，由金属材料层，金属材料层选用金、铂、石墨烯等金属材料制成。
一种柔性染料敏化太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
S1、选取刚性衬底，在刚性衬底上制备柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1；
S2、在步骤S1制备的所述柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1上制备所述氧化物多孔膜层21，然后将所述氧化物多孔膜层21浸泡在染料溶液中，经清洗后晾干获得光阳极层2；
S3、在所述柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1表面制作对电极层4；
S4、在所述光阳极层2与所述对电极层4间灌注电解质染料，形成所述电解质层3。
所述步骤S1中，柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1的制备过程包括：①、将配置的银纳米线分散溶液制备在刚性衬底表面，制作银纳米线薄膜层11；②、将步骤①获得的银纳米线薄膜层11晾干后覆盖一层聚合物单体，形成聚合物层12后去除刚性衬底，获得柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1。
优选地，所述刚性衬底可选用玻璃基片。
步骤S2中，光阳极层2的制备过程中，是将导电氧化物浆料，在低温条件下，采用刮涂法、或旋转涂布法、或丝网印刷法在柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1上制备氧化物多孔膜层21；
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明：
实施例一：
S1、柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1的制备：选取玻璃基片清洗干净，在室温下配置银纳米线的异丙醇分散溶液，其中异丙醇的质量浓度为0.1％-1％，用刮墨棒涂布于洁净后的玻璃基片表面，制得厚度为0.7μm的银纳米线薄膜层11，所述银纳米线薄膜层11的透过率高达83％；将加入了质量浓度为1～5％的光引发剂的丙烯酸酯单体旋转涂布于银纳米线薄膜层11的表面，随后将涂有丙烯酸酯单体的银纳米线薄膜层11置于紫外灯下，引发丙烯酸酯单体聚合，获得厚度为300μm的聚合物层12，冷却后去除玻璃基片，获得柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1；
S2、光阳极层2的制备：将市场上购得的TiO2胶体溶液，室温下采用丝网印刷法制备在步骤1制得的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1上，待干燥后，用压样机施加100Mpa的压强，制备厚度为15μm的氧化物多孔膜层21，然后将制得的氧化物多孔膜层21浸泡在0.5mm的二-四丁铵-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶-4，4'-二羧基)钌(II)乙醇溶液中，形成染料层22，避光静置2h后取出晾干，即得到光阳极层2；
S3、对电极层4的制备：在光阳极层2上刮涂铂浆、干燥后得到厚度为13μm的对电极层4；
S4、电解质层3的制备：配置0.6M1-丙基-3-甲基碘化咪唑盐、0.5M3-叔丁基吡啶、0.3MLiI和0.05MI2的混合乙腈溶液，然后将乙腈溶液灌注在光阳极层2与对电极层4之间，采用导线与负载连接，形成外回路，所述电解质层3的厚度为50μm。
采用上述方法制得的太阳电池有效面积为0.16cm2的电池在辐射照度为100mW/cm2模拟太阳光下测得的光电转换效率为0.6％。
实施例2：
S1、柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1的制备：选取玻璃基片清洗干净，在室温下配置银纳米线的异丙醇分散溶液，其中异丙醇的质量浓度为0.1％-1％，用丝网印刷法将配置的分散溶液制备在洁净后的玻璃基片表面，制得厚度为0.5μm的银纳米线薄膜层11，所述银纳米线薄膜层11的透过率高达90％；然后将加入了质量浓度为1～5％的光引发剂的丙烯酸酯单体滴涂于银纳米线薄膜层11的表面，随后将涂有丙烯酸酯单体的银纳米线薄膜层11置于紫外灯下，引发丙烯酸酯单体聚合，获得厚度为500μm的聚合物层12，冷却后去除玻璃基片，获得柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1；
S2、光阳极层2的制备：将市场上购得的TiO2胶体溶液，室温下采用刮涂法制备在步骤1制得的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1上，待干燥后，用压样机施加100Mpa的压强，制备厚度为12μm的氧化物多孔膜层21，然后将制得的氧化物多孔膜层21浸泡在0.5mm的二-四丁铵-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶-4，4'-二羧基)钌(II)乙醇溶液中，形成染料层22，避光静置2h后取出晾干，即得到光阳极层2；
S3、对电极层4的制备：在光阳极层2上溅射厚度为1μm的铂，得到对电极层4；
S4、电解质层3的制备步骤同实施例一，配置混合乙腈溶液，然后将乙腈溶液灌注在光阳极层2与对电极层4之间，采用导线与负载连接，形成外回路所述电解质层3的厚度为62μm。
采用上述方法制得的太阳电池有效面积为0.16cm2的电池在辐射照度为100mW/cm2模拟太阳光下测得的光电转换效率为0.4％。
本实用新型一种柔性染料敏化太阳电池，其优点是：
1、由银纳米线薄膜层取代现有的ITO薄膜，具有环境友好、节约成本等特点；
2、柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层是通过在银纳米线薄膜层上原位聚合大分子预聚物，一次成型获得，导电薄膜与聚合物基板的结合更加紧密，且具有低电阻率和高透光率，有利于提高太阳电池的光电转换效率；
3、由于银纳米线薄膜层可采用丝网印刷的方式制备，可实现大面积、工业化生产，易对制备工艺进行调控。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性染料敏化太阳电池，其特征在于：包括依次层叠的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层(1)、光阳极层(2)、电解质层(3)、对电极层(4)；
所述柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层(1)包括：银纳米线薄膜层(11)以及覆盖在所述银纳米线薄膜层(11)上的聚合物层(12)。
2.根据权利要求1所述的柔性染料敏化太阳电池，其特征在于：所述银纳米线薄膜层(11)由银纳米线构成。
3.根据权利要求2所述的柔性染料敏化太阳电池，其特征在于：银纳米线直径为25-50nm、长度为10μm-30μm。
4.根据权利要求1所述的柔性染料敏化太阳电池，其特征在于：所述光阳极层(2)包括：氧化物多孔膜层(21)以及吸附在所述氧化物多孔膜层(21)表面的染料层(22)，所述氧化物多孔膜层(21)覆盖在所述银纳米线薄膜层(11)上。
5.根据权利要求4所述的柔性染料敏化太阳电池，其特征在于：所述氧化物多孔膜层(21)的厚度为5μm-30μm。
6.根据权利要求1所述的柔性染料敏化太阳电池，其特征在于：所述电解质层(3)由乙腈溶液形成。
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CN105070510A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 长江大学 柔性染料敏化太阳电池及其制备方法
CN110136964A (zh) * 2019-04-23 2019-08-16 长江大学 用于染料敏化太阳电池的柔性对电极

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