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    重庆时时彩怎样下载: 基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池及其制备方法.pdf

    关 键 词:
    基于 氧化 纳米 阵列 薄膜 柔性 染料 太阳电池 及其 制备 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110079537.8

    申请日:

    2011.03.31

    公开号:

    CN102231332A

    公开日:

    2011.11.02

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01G 9/04申请日:20110331|||公开
    IPC分类号: H01G9/04; H01G9/20; H01M14/00; H01L51/46; H01L51/44; H01L51/48 主分类号: H01G9/04
    申请人: 中国科学院安徽光学精密机械研究所
    发明人: 王时茂; 邵景珍; 陶汝华; 董伟伟; 邓赞红; 周曙; 朱新波; 刘凤娟; 方晓东
    地址: 230031 安徽省合肥市蜀山区蜀山湖路350号
    优先权:
    专利代理机构: 安徽合肥华信知识产权代理有限公司 34112 代理人: 余成俊
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110079537.8

    授权公告号:

    102231332B||||||

    法律状态公告日:

    2013.06.12|||2011.12.14|||2011.11.02

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池,由柔性准一维光阳极、染料敏化剂、电解质和柔性对电极组成,所述的柔性准一维光阳极由外到内依次叠加着柔性透明导电基底、TiO2纳米颗粒薄膜层、TiO2纳米棒阵列薄膜层;所述的TiO2纳米颗粒薄膜层和柔性透明导电基底紧密接触;所述的TiO2纳米棒阵列薄膜层生长于TiO2纳米颗粒薄膜层上;染料吸附于所述的TiO2纳米棒阵列上。本发明的柔性染料敏化太阳电池具有提高电子传输速度,减少电子复合等优点,电池轻便、可折叠。

    权利要求书

    1.一种基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池,由柔性准
    一维光阳极、染料敏化剂、电解质和柔性对电极组成,其特征在于:所述的柔性
    准一维光阳极由外到内依次叠加着柔性透明导电基底、TiO2纳米颗粒薄膜层、
    TiO2纳米棒阵列薄膜层;所述的TiO2纳米颗粒薄膜层和柔性透明导电基底紧密
    接触;所述的TiO2纳米棒阵列薄膜层生长于TiO2纳米颗粒薄膜层上;染料吸附
    于所述的TiO2纳米棒阵列上。
    2.根据权利要求1所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太
    阳电池,其特征在于:所述的柔性透明导电基底材料为表面有导电层的透明高分
    子塑料膜,其中导电层为ITO、FTO、AZO中的任意一种,透明高分子塑料膜为
    PEN、PET、PI中的任意一种。
    3.如权利要求1所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳
    电池的制备方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
    (1)TiO2纳米颗粒薄膜层的制备:在柔性透明导电基底上制备一层与所述
    的导电基底紧密接触的致密TiO2纳米颗粒薄膜层,作为种子层;
    (2)过氧钛酸溶液的配制:使用TiOSO4、TiCl4、TiCl3、H2TiO3中的任意一
    种,配以NH3·H2O、H2O2和去离子水配制接近中性的浓度为0.05~0.4mol/L
    的过氧钛酸溶液;
    (3)柔性准一维光阳极的生长:将步骤(1)中制备好的带有种子层的柔性
    透明导电基底置于步骤(2)得到的过氧钛酸溶液中,在高压釜中在80~150
    ℃下水热反应4~24小时,反应后在柔性透明导电基底上生成TiO2纳米棒
    阵列薄膜,制得柔性准一维光阳极;
    (4)光阳极敏化:将经过步骤(3)制得的柔性准一维光阳极浸入染料中进
    行敏化,敏化结束后用无水乙醇冲洗并干燥,得到染料敏化柔性准一维光
    阳极;
    (5)电池组装:将敏化后的柔性准一维光阳极与镀有催化剂的柔性对电极封
    装在一起,并灌注电解质,制得柔性染料敏化太阳电池。
    4.根据权利要求3所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太
    阳电池的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的在柔性透明导电基底上制备
    一层致密TiO2纳米颗粒薄膜层的方法选自磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶
    法中的任一种。
    5.根据权利要求3所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太
    阳电池的制备方法,其特征在于:整个制备过程均在柔性透明导电基底所能承受
    的温度之下进行,即不高于150℃。

    说明书

    基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池及其制备方法

    技术领域

    本发明属于染料敏化太阳电池技术领域,涉及一种柔性染料敏化太阳电池的
    制备方法,尤其涉及一种柔性准一维光阳极的制备方法。

    背景技术

    太阳能发电技术在科学研究和社会生活中应用广泛,是解决环境污染和能源
    ?;目赡芡揪吨?。太阳能电池为太空实验室、宇宙飞船、人造卫星等人造太
    空飞行器提供长期稳定的能量来源,日常生活中的太阳能发电站、太阳能路灯、
    太阳能交通信号灯正在迅速的建造和推广。目前大规模生产和应用的太阳能电池
    多为晶体硅太阳能电池,虽然此类太阳能电池在使用过程中是环保的,不会对环
    境造成污染,但是它的制造成本高、工艺复杂,并且在制造和报废回收过程中会
    污染环境。染料敏化太阳电池(Dye-sensitized?Solar?Cells,DSSCs)是近20年来
    发展起来的新型太阳能电池,和晶体硅太阳电池相比它的制造成本低,制造工艺
    相对简单,并且制造、使用和回收过程都不会产生污染。目前,实验室中小面积
    DSSCs的光电转换效率已经接近12%[Accounts?of?Chemical?Research,
    42(2009):1788-1798],但和硅太阳能电池23%以上的光电转换效率相比仍然过
    低。偏低的光电转换效率阻碍了DSSCs的实用化进程,改进DSSCs光阳极是提高
    其光电转换效率的重要途径之一。

    DSSCs常用的光阳极是在导电玻璃(用于制备硬质DSSCs)或柔性透明导电
    基底(用于制备柔性DSSCs)上通过刮涂、丝网印刷等方法制备的一层5~20μm
    厚的纳米TiO2颗粒薄膜,使用染料对其敏化后制备DSSCs。电子在此类光阳极中
    传输时没有直接连续的传输路径,不可避免的会发生散射和俘获,增加电子复合
    几率,减小DSSCs的光电转换效率。为了解决此问题,人们提出制备TiO2纳米线、
    纳米棒、纳米管等一维纳米结构阵列薄膜作为光阳极制备DSSCs。一维纳米结构
    阵列可以为电子的传输提供直接的路径,降低电子在传输过程中发生散射和俘获
    的几率,从而提高DSSCs的光电转换效率。

    目前,已经实现在FTO导电玻璃上制备金红石相TiO2纳米棒阵列薄膜,并以
    其为光阳极制备DSSCs。在此方向的研究中,以Liu和Aydil的研究成果[Journal?of?
    The?American?Chemical?Society,131(2009):3985-3990]最具代表性。他们以高压釜
    为反应容器,以钛酸四丁酯为钛源,用浓盐酸控制钛酸四丁酯的水解速度,通过
    水热法在FTO导电玻璃上制备金红石相的TiO2纳米棒阵列薄膜,使用染料对薄膜
    进行敏化,并以其为光阳极制备DSSCs,得到的DSSCs的光电转换效率为3.0%。

    而在柔性透明导电基底上制备准一维TiO2纳米结构阵列薄膜,并作为光阳极
    制备DSSCs依然没有文献报道。

    发明内容

    为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种基于二氧化钛纳米棒阵列薄
    膜的柔性染料敏化太阳电池及其制备方法,本发明方法是在柔性透明导电基底上
    制备准一维TiO2纳米结构阵列薄膜,并将其作为光阳极制备DSSCs。

    为实现上述目的本发明采用的技术方案如下:

    一种基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池,由柔性准一维
    光阳极、染料敏化剂、电解质和柔性对电极组成,其特征在于:所述的柔性准一
    维光阳极由外到内依次叠加着柔性透明导电基底、TiO2纳米颗粒薄膜层、TiO2
    纳米棒阵列薄膜层;所述的TiO2纳米颗粒薄膜层和柔性透明导电基底紧密接触;
    所述的TiO2纳米棒阵列薄膜层生长于TiO2纳米颗粒薄膜层上;染料吸附于所述
    的TiO2纳米棒阵列上。

    所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池,其特征在
    于:所述的柔性透明导电基底材料为表面有导电层的高分子塑料膜,其中导电层
    为ITO、FTO、AZO中的任意一种,透明高分子塑料膜为PEN、PET、PI中的
    任意一种。

    所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池的制备方法,
    其特征在于:具体包括以下步骤:

    (1)TiO2纳米颗粒薄膜层的制备:在柔性透明导电基底上制备一层与所述的
    导电基底紧密接触的致密TiO2纳米颗粒薄膜层,作为种子层;

    (2)过氧钛酸溶液的配制:使用TiOSO4、TiCl4、TiCl3、H2TiO3中的任意一
    种,配以NH3·H2O、H2O2和去离子水配制接近中性的浓度为0.05~0.4mol/L的过
    氧钛酸溶液;

    (3)柔性准一维光阳极的生长:将步骤(1)中制备好的带有种子层的柔性透
    明导电基底置于步骤(2)得到的过氧钛酸溶液中,在高压釜中在80~150℃下水
    热反应4~24小时,反应后在柔性透明导电基底上生成TiO2纳米棒阵列薄膜,制
    得柔性准一维光阳极;

    (4)光阳极敏化:将经过步骤(3)制得的柔性准一维光阳极浸入染料中进行
    敏化,敏化结束后用无水乙醇冲洗并干燥,得到染料敏化柔性准一维光阳极;

    (5)电池组装:将敏化后的柔性准一维光阳极与镀有催化剂(如铂、碳等)
    的柔性对电极封装在一起,并灌注电解质,制得柔性染料敏化太阳电池。

    所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池的制备方法,
    其特征在于:步骤(1)所述的在柔性透明导电基底上制备一层致密TiO2纳米颗
    粒薄膜层的方法选自磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶法中的任一种。

    所述的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池的制备方法,
    其特征在于:整个制备过程均在柔性透明导电基底所能承受的温度之下进行,即
    不高于150℃。

    本发明的有益效果:

    1、本发明实现了全柔性染料敏化太阳电池的制备,柔性染料敏化太阳电池
    具有质量小、可折叠、携带方便等优点。

    2、本发明实现了柔性染料敏化太阳电池准一维光阳极的制备,准一维光阳
    极为电子的传输提供直接的路径,有效提高柔性DSSCs的光电转换效率。

    附图说明

    图1为本发明的基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳电池结
    构示意图。

    图2为柔性准一维光阳极结构示意图。

    具体实施方式

    参见图1、图2,一种基于二氧化钛纳米棒阵列薄膜的柔性染料敏化太阳
    电池,由柔性准一维光阳极、染料敏化剂5、电解质6和柔性对电极组成,所述
    的柔性准一维光阳极由外到内依次叠加着柔性透明导电基底、TiO2纳米颗粒薄膜
    层3、TiO2纳米棒阵列薄膜层4组成;柔性透明导电基底是由带有导电层2的柔
    性透明高分子塑料膜1构成,所述的TiO2纳米颗粒薄膜层3和柔性透明导电基
    底紧密接触;所述的TiO2纳米棒阵列薄膜层4生长于TiO2纳米颗粒薄膜层3上。
    柔性准一维光阳极经过浸渍染料并经冲洗与干燥后染料分子5吸附于所述的
    TiO2纳米棒阵列薄膜层上,与镀有铂或炭层7的柔性对电极封装在一起得到太阳
    电池,内灌注电解质6,柔性对电极由带有导电层8的柔性透明高分子塑料膜9
    组成。其中导电层为ITO、FTO、AZO中的任意一种,透明高分子塑料膜9为
    PEN、PET、PI中的任意一种。本发明的具体制备实例如下:

    实施例1:

    (1)采用脉冲激光沉积方法在ITO/PEN柔性导电基底的导电面制备一层致密
    的厚度为200nm左右的TiO2纳米颗粒薄膜,作为种子层;

    (2)取由去离子水制备的冰水混合物50g,一边用磁力搅拌器搅拌一边将
    1.90g纯度为99%的TiCl4逐滴滴入冰水混合物中,得到0.2mol/L的TiCl4
    溶液;

    (3)边搅拌边将3mol/L的氨水逐滴滴入步骤(2)配制好的TiCl4溶液中,至
    PH值为8.0,形成悬浊液;

    (4)对得到的悬浊液进行离心分离,转速4000转/分,离心时间20分钟,用
    去离子水对离心分离得到的沉淀进行搅拌清洗10分钟,重复离心、清洗操
    作6次。

    (5)将得到的白色沉淀加入45g去离子水中搅拌均匀,然后加入5ml浓度为
    30%的双氧水,搅拌2小时,得到透明浅黄色过氧钛酸溶液;

    (6)将步骤(1)中制备的TiO2种子层的柔性透明导电基底导电面向下置于
    过氧钛酸溶液中,在高压釜中水热反应10小时,反应温度130℃,得到柔
    性准一维光阳极;

    (7)将制得的柔性准一维光阳极浸入N719染料中,避光保存,24小时后取
    出,用无水乙醇冲洗并在氮气流下干燥。

    (8)用热封膜将敏化后的柔性准一维光阳极与镀有铂的柔性对电极封装在一
    起,并通过对电极上预留的小孔将电解质灌入电池中,随后将小孔密封,
    制得柔性染料敏化太阳电池。

    实施例2:

    (1)采用浸渍-提拉法在经过清洗的ITO/PEN柔性导电基底上涂覆一层过氧
    钛酸溶胶,提拉速度5cm/min,之后在150℃下烧结30分钟,重复涂覆、
    烧结操作2次;

    (2)取1.72g纯度为93%的TiOSO4和50ml去离子水,配制0.2mol/L的TiOSO4
    水溶液;

    (3)边搅拌边将3mol/L的氨水逐滴滴入步骤(2)配制好的TiOSO4水溶液中,
    至PH值为7.5,停止滴入氨水,形成悬浊液;

    (4)对得到的悬浊液进行抽滤分离,用去离子水对抽滤得到的沉淀进行搅拌
    洗涤,重复抽滤、洗涤操作6次;

    (5)将后得到的白色沉淀加入50ml去离子水中搅拌均匀,然后加入4.5ml浓
    度为30%的双氧水,搅拌2小时,得到透明浅黄色过氧钛酸溶液;

    (6)将步骤(1)中制备好的TiO2种子层的柔性透明导电基底导电面向下置
    于过氧钛酸溶液中,在高压釜中水热反应8小时,反应温度150℃,得到柔
    性准一维光阳极;

    (7)将制得的柔性准一维光阳极浸入N749染料中,避光保存,24小时后取
    出,用无水乙醇冲洗并用氮气流干燥;

    (8)用热封膜将敏化后的柔性准一维光阳极与镀有铂的柔性对电极封装在一
    起,并通过对电极上预留的小孔将电解质灌入电池中,随后将小孔密封。
    制得柔性染料敏化太阳电池。

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