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CN103871751A - 一种新型柔性染料敏化太阳能电池 - Google Patents

一种新型柔性染料敏化太阳能电池 Download PDF

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CN103871751A
CN103871751A CN201410125977.6A CN201410125977A CN103871751A CN 103871751 A CN103871751 A CN 103871751A CN 201410125977 A CN201410125977 A CN 201410125977A CN 103871751 A CN103871751 A CN 103871751A
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metal
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宋旭
曹东旭
战艳虎
黄俊俊
卢灿辉
周晓林
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Abstract

本发明涉及一种新型柔性染料敏化太阳能电池，包括印刷在柔性透明衬底上的金属电极栅线，再通过印刷透明浆料后得到透明导电聚合物层，在透明导电聚合物层上印刷一层纳米晶多孔膜，在纳米晶多孔膜上印刷天然色素染料，得到导电聚合物/金属栅线和染料敏化半导体纳米材料组成的光阳极，在光阳极上印刷环氧树脂构成电解液滴加槽，在电解液滴加槽上方覆盖与光阳极结构相同方向朝下的对电极。本发明制备工艺简单，易于控制，能耗低，可以降低染料敏化电池的成本，实现连续化生产。

Description

一种新型柔性染料敏化太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种新型柔性染料敏化太阳能电池。
背景技术
染料敏化太阳能电（DSC）因其光电转换效率稳定、工艺简单和对温度适应范围更广等优点吸引着众多研究者和企业的眼光。1991年
Figure BDA0000484848050000011
等研制出DSC电池以来，经过多年的发展，其光电转化效率已达到12%。染料敏化太阳能电池是由透明导电衬底、TiO2纳米晶多孔膜、光敏染料、电解质和对电极组成，其中透明导电衬底和对电极衬底为镀有导电膜（如掺氟二氧化锡、掺锡三氧化二铟等）的玻璃或高聚物。然而，在玻璃或高聚物上沉积掺氟二氧化锡或掺锡三氧化二铟等透明导电薄膜的成本较高，占据整个DSC电池生产成本的50～60%，极大限制了DSC电池的商业化开发和应用。透明导电高聚物具有重量轻、挠性好、抗冲击、成本低、可进行各种形状或表面设计等一系列的优点，成为代替掺氟二氧化锡薄膜和掺锡三氧化二铟薄膜作为DSC电池透明导电衬底和对电极衬底的理想材料。但相对于掺氟二氧化锡薄膜或掺锡三氧化二铟透明导电薄膜，透明导电聚合物的表面电阻率比较高，降低DSC电池的效率，故而需设计一种光电极和对电极的结构以提高DSC电池效率。另外，DSC通常是通过刮涂和旋涂工艺生产的，刮涂和旋涂工艺生产电池不仅购置设备费用高，而且不适用于大面积工业化生产，而丝网印刷技术由于其具有大面积制备的可操作性、成膜均匀和生产成本低等特点，是实现以透明导电聚合物/金属栅线为光电极和对电极的柔性染料敏化太阳能电池工业化的优异手段。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种新型柔性染料敏化太阳能电池。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种新型柔性染料敏化太阳能电池，包括印刷在柔性透明衬底上表面的金属电极栅线，在印刷有金属电极栅线一面的柔性透明衬底上印刷一层透明浆料后得到透明导电聚合物层，在透明导电聚合物层的上表面印刷有一层纳米晶多孔膜，在纳米晶多孔膜上表面印刷有一层天然色素染料，得到导电聚合物/金属栅线和染料敏化半导体纳米材料组成的光阳极，在光阳极上表面四周边缘处印刷一层宽0.2－1.0mm，厚为20－100μm的环氧树脂，构成电解液滴加槽，在电解液滴加槽内滴加电解液到光阳极表面，在电解液滴加槽的上方覆盖有与光阳极结构相同，方向朝下的对电极。
而且，所述金属电极栅线中的金属为金、银、铜、锡、镍、铝中的至少一种，上述金属以金属浆料形式采用丝网印刷在柔性透明衬底。
而且，所述柔性透明衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种；透明浆料为聚乙撑二氧噻吩涂布液和聚苯乙烯磺酸盐涂布液中的至少一种；
而且，所述透明导电聚合物层的厚度为20～100μm。
而且，所述纳米晶多孔膜为纳米氧化物浆料采用丝网印刷而得，纳米氧化物浆料为纳米二氧化钛的浆料，形成纳米晶多孔膜的厚度为5－10μm。
而且、天然色素染料为从黑米、草莓、桑椹和番茄中所提纯有机染料中的至少一种。
而且，所述环氧树脂可用聚氨酯或酚醛树脂代替。
而且，所述电解质为碘基（I3-/I-）电解液，电解液滴加在金属栅线/透明导电聚合物和染料敏化纳米氧化物多孔膜组成的光阳极上。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用的制备方法可以降低染料敏化电池的成本。
2.本发明采用的制备方法可以实现连续化生产。
3、制备工艺简单，易于控制，能耗低。
附图说明
图1为本发明构成的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种新型柔性染料敏化太阳能电池，如图1所示，包括印刷在柔性透明衬底上表面的具有一定图案的金属电极栅线5，在印刷有金属电极栅线一面的柔性透明衬底上印刷一层透明浆料后得到透明导电聚合物层4，在透明导电聚合物层的上表面印刷有一层纳米晶多孔膜3，在纳米晶多孔膜上表面印刷有一层天然色素染料，得到导电聚合物/金属栅线和染料敏化半导体纳米材料组成的光阳极，在光阳极上表面四周边缘处印刷一层宽0.2－1.0mm，厚为20－100μm的环氧树脂2，构成电解液滴加槽，在电解液滴加槽内滴加电解液到光阳极表面，在电解液滴加槽的上方覆盖有与光阳极结构相同，方向朝下的对电极1。
在本发明的具体实施中，所述金属电极栅线中的金属为金、银、铜、锡、镍、铝中的至少一种，上述金属以金属浆料形式采用丝网印刷在柔性透明衬底。
在本发明的具体实施中，所述柔性透明衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种；透明浆料为聚乙撑二氧噻吩涂布液和聚苯乙烯磺酸盐涂布液中的至少一种；
在本发明的具体实施中，所述透明导电聚合物层的厚度为20～100μm。
在本发明的具体实施中，纳米晶多孔膜为纳米氧化物浆料采用丝网印刷而得，纳米氧化物浆料为纳米二氧化钛的浆料，形成纳米晶多孔膜的厚度为5－10μm。
在本发明的具体实施中，天然色素染料为从黑米、草莓、桑椹和番茄中所提纯有机染料中的至少一种。
在本发明的具体实施中，所述环氧树脂可用聚氨酯或酚醛树脂代替。
在本发明的具体实施中，所述电解质为碘基（I3-/I-）电解液，电解液滴加在金属栅线/透明导电聚合物和染料敏化纳米氧化物多孔膜组成的光阳极上。
实施例1：
依次利用导电玻璃清洗剂和去离子水超声清洗柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底，然后采用丝网印刷技术在柔性透明衬底上印刷具有一定图案银浆，在100℃烘箱干燥后制得银电极栅线；采用丝网印刷在透明聚合物和银电极栅线上印刷一层透明聚乙撑二氧噻吩浆料，在90℃烘箱干燥后制得厚度为100μm的透明导电聚合物层；采用丝网印刷技术将纳米二氧化钛浆料印刷在导电聚合物上，在130℃烘箱干燥后获得厚度为5μm的二氧化钛纳米晶多孔膜；通过丝网印刷技术在多孔膜上印刷一层桑葚天然色素染料，取出后用乙醇浸泡数分钟，洗去表面物理吸附的染料，在暗处自然晾干并避光敏化10小时，得到导电聚合物/金属栅线和染料敏化半导体纳米材料组成的光阳极；通过丝网印刷技术在光电极周围印刷一层宽0.2mm，厚为20μm的环氧树脂；并将碘基（I3-/I-）电解液滴加至染料敏化的纳米TiO2多孔膜上；以印有银金属栅线的聚乙撑二氧噻吩材料作为对电极，将滴加电解质和印刷密封材料的光阳极和对电极材料进行热压封装。
实施例2：
依次利用导电玻璃清洗剂和去离子水超声清洗柔性透明聚碳酸酯基底，然后采用丝网印刷技术在柔性透明衬底上印刷具有一定图案铜浆，在90℃烘箱干燥后制得铜栅线；通过丝网印刷在透明聚合物和和铜栅线上印刷一层透明聚乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐浆料，在80℃烘箱干燥后制得厚度为20μm的透明导电聚合物层；采用丝网印刷技术将纳米二氧化钛浆料印刷在导电聚合物上，在110℃烘箱干燥后获得厚度为10μm的二氧化钛纳米晶多孔膜；通过丝网印刷技术在多孔膜上印刷一层草莓天然色素染料，取出后用乙醇浸泡数分钟，洗去表面物理吸附的染料，在暗处自然晾干并避光敏化20小时，得到导电聚合物/金属栅线和染料敏化半导体纳米材料组成的光阳极；通过丝网印刷技术在光电极周围印刷一层宽1mm，厚为100μm的聚氨酯；并将碘基（I3-/I-）电解液滴加染料敏化纳米TiO2多孔膜上；以印有铜金属栅线的聚乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐作为对电极，将滴加电解质和印刷密封材料的光阳极和对电极进行热压封装。

Claims (8)

1.一种新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：包括印刷在柔性透明衬底上表面的金属电极栅线，在印刷有金属电极栅线一面的柔性透明衬底上印刷一层透明浆料后得到透明导电聚合物层，在透明导电聚合物层的上表面印刷有一层纳米晶多孔膜，在纳米晶多孔膜上表面印刷有一层天然色素染料，得到导电聚合物/金属栅线和染料敏化半导体纳米材料组成的光阳极，在光阳极上表面四周边缘处印刷一层宽0.2－1.0mm，厚为20－100μm的环氧树脂，构成电解液滴加槽，在电解液滴加槽内滴加电解液到光阳极表面，在电解液滴加槽的上方覆盖有与光阳极结构相同，方向朝下的对电极。
2.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述金属电极栅线中的金属为金、银、铜、锡、镍、铝中的至少一种，上述金属以金属浆料形式采用丝网印刷在柔性透明衬底。
3.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述柔性透明衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种；透明浆料为聚乙撑二氧噻吩涂布液和聚苯乙烯磺酸盐涂布液中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述透明导电聚合物层的厚度为20～100μm。
5.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述纳米晶多孔膜为纳米氧化物浆料采用丝网印刷而得，纳米氧化物浆料为纳米二氧化钛的浆料，形成纳米晶多孔膜的厚度为5－10μm。
6.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：天然色素染料为从黑米、草莓、桑椹和番茄中所提纯有机染料中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述环氧树脂可用聚氨酯或酚醛树脂代替。
8.根据权利要求1所述的新型柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述电解质为碘基（I3-/I-）电解液，电解液滴加在金属栅线/透明导电聚合物和染料敏化纳米氧化物多孔膜组成的光阳极上。
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PB01 Publication
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