本发明专利技术公开了一种以不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法，电池为七层复合结构，由底层向上依次为柔性不锈钢基体层、绝缘薄膜层、钛膜层、二氧化钛自然层、二氧化钛纳米管阵列层、电解质层、柔性对电极组成，染料分子嵌入二氧化钛纳米管阵列层的二氧化钛纳米管中。在柔性不锈钢基体层上制备绝缘薄膜层，然后在绝缘薄膜层表面制备钛薄膜层，再通过在含Ｆ↑［－］的水基或有机电解液中阳极氧化得到具有不锈钢基体层／绝缘膜层／Ｔｉ膜层／ＴｉＯ↓［２］自然层／ＴｉＯ↓［２］纳米管阵列层的不锈钢柔性光阳极，经热处理后，对得到的不锈钢柔性光阳极进行染料敏化并滴加电解液，封装后得到以不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池。具有制备工艺相对简单且电池转化效率高、成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种太阳能电池，特别涉及到一种柔性染料敏化太阳能电池。
技术介绍
太阳能作为一种清洁的可再生能源，被认为是传统能源的最佳替代者。目前， 太阳能电池产业发展十分迅猛，但是由于常用硅电池板重量大、易碎、高成本且 不能折叠，在携带及运输过程中极其不便，严重限制了它的适用范围和领域。随 着科技的不断跃进，太阳能电池不断出现新的突破，而柔性染料敏化Ti02太阳能电池(简称染料电池)价格低廉以及制备工艺简单，为我们指出一条可行之 路，使其成为随时随处可使用的高效、便携式节能电池。目前，研究的柔性染料电池多数采用聚合物PET等为导电衬底，耐高温性 能差、容易老化，且ITO导电层热稳定性及化学稳定性都较差，高温或化学腐 蚀极易被破坏，而采用不锈钢为导电基体的柔性Ti02光阳极在克服上述不足， 可以在高温条件下制备出稳定性好、性能优异的混晶结构Ti02薄膜，确保半导 体膜中的粒子间及基底与粒子间有较好的物理接触和电接触。其次，其价格低廉 且寿命长，机械强度高，能满足不同工作条件下长期使用的要求。目前国外对于 不锈钢的柔性染料敏化太阳电池的研究开始起步，其研究的进展如下2004年， 日本的研究学者Tingli Ma等人(①Journal of Electroanalytical Chemistry, 2004， 574,77—83;②Thin Solid Films, 2005, 472, 242—245)报道了以不锈钢(StSt)、 掺铟二氧化锡的聚萘二甲酸乙二醇酯(ITO/PEN)、导电玻璃(FTO)和聚酯薄膜 为基底的染料电池，研究发现，以不锈钢为基底的染料电池的比上述其它基底的 电池的性能优异，其结构为StSt/染料敏化Ti02/电解液/对电极；2007年，日本 的S. Yoshikawa研究小组(Solar Energy Materials & Solar Cells, 2007, 91, 1176-1181)报道了以导电玻璃、带有金属衬片的导电玻璃、不锈钢和钛片为基 底的染料电池，其电池的结构与上述的电池结构相同，他们研究发现，以钛片为基底的染料电池的性能要比不锈钢或导电玻璃为基底的染料电池的性能优异，这 是因为光电子在不锈钢基体上传输会发生光电流的损失从而导致电池效率的降 低，而以导电玻璃为基底的电池的内阻比较大，因而染料电池的填充因子(FF) 较低，这比带有金属衬片导电玻璃或钛片为基底的染料电池的FF小的多，所以，以钛片为基底的染料电池因其内阻较小，因而具有较高的电池效率；韩国研究学 者Man Gu Kang及其合作者(①Chemistry Letters, 2005, 34(6):804-805;②Solar Energy Materials & Solar Cells, 2006, 90, 574-581;③Solar Energy Materials & Solar Cells, 2007, 91, 779-784;④Journal of The Electrochemical Society, 1557, 2008, F145-F149)对太阳能电池的结构进行了改进，最终得到以不锈钢基底的柔性染 料电池其最优的结构为StSt/SiOx层/ITO层/Ti02自然层/染料敏化的Ti02颗粒膜 /对电极，其制备的方法为①通过磁控溅射法在不锈钢基底上沉积SiOx薄膜；②通过磁控溅射法在SiOx表面再沉积掺铟二氧化锡(ITO)薄膜；③通过反复旋 转涂覆的方法在其表面形成非常薄的Ti02阻挡层；④通过溶胶凝胶法或水热反应法制备二氧化钛浆料，⑤用刀刮法在涂覆二氧化钛颗粒膜，⑥进行高温热处理， ⑦通过滴加电解液并组装后得到太阳能电池。该电池制备的方法比较复杂，但是 其电池的效率比前面两个研究学者的电池的效率高很多，这是因为在不锈钢基底表面引入了绝缘层SiOx层，这样可以有效防止产生的光电子在不锈钢基底上传 输引起的光电流损失，而是直接通过导电膜ITO层实现电子的传输，大大提高电池的效率。综上所述，以金属为基底的染料敏化电池，以钛片为基底的染料电 池要比不锈钢的电池效率高，但是其钛片的成本较高，而以不锈钢基底的价格相对低廉；其次，上述以不锈钢为基底的染料电池，都是以Ti02颗粒膜/不锈钢为 光阳极，电子的传输途径较长，不利于提高电子空穴对的有效分离，而且电池的 制备工艺比较复杂(StSt/SiOx层/ ITO层/ Ti02阻挡层/染料敏化的Ti02颗粒膜/ 对电极)。
技术实现思路
为了解决现有的不锈钢基底的染料电池存在的制备工艺复杂、成本高的缺 点，本专利技术提供了一种以不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池及其制备方 法，具有制备工艺相对简单且电池转化效率高、成本低的优点。本专利技术的技术方案为 一种以不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池，电池为七层复合结构，由底层向上依次为柔性不锈钢基体层、绝缘薄膜层、钛膜层、 二氧化钛自然层、二氧化钛纳米管阵列层、电解质层、柔性对电极组成，染料分 子嵌入二氧化钛纳米管阵列层的二氧化钛纳米管中，柔性不锈钢基体层厚度为 0.1 0.2mm，绝缘薄膜层厚度为50 100nm，钛膜层厚度为50 100nm, 二氧化 钛自然层厚度为40 80nm， 二氧化钛纳米管阵列层厚度为0.5 20nm，柔性对电 极的厚度为0.1 0.2mm，其中，电解质为电解质为含1-和12的电解液，染料为N719 染料，N3染料，Z907染料，N749染料的任意一种，染料的化学式分别为以下结 构。N719 N749 N3 Z術上述的不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，在厚度为 0.1 0.2mm的柔性不锈钢基体层上采用磁控溅射法、化学气相沉积法、旋转涂 敷法、刀刮法中的任意一种制备一层厚50 100nm的绝缘薄膜层，然后通过磁 控溅射方法在绝缘薄膜层表面制备钛薄膜层，再通过在含F的水基或有机电解液 中阳极氧化得到具有不锈钢基体层/绝缘膜层/Ti膜层/1102自然层/Ti02纳米管阵 列层的不锈钢柔性光阳极，经热处理后，对得到的不锈钢柔性光阳极进行染料敏 化并滴加电解液，封装后得到以不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池。所述 的绝缘薄膜可以为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝的任意一种或者两种或多种 复合而成；绝缘薄膜的制备方法可以采用磁控溅射法或化学气相沉积方法制备， 其中氧化硅还可以采用旋转涂敷法或刀刮法在不锈钢上涂覆氧化硅胶体后，再通 过热处理后得到。其次，在沉积钛膜之后，采用阳极氧化法生长纳米管阵列，所述的在含F 的水基或有机电解液中阳极氧化得到具有不锈钢基体层/绝缘膜层/Ti膜层/Ti02 自然层/Ti02纳米管阵列层的不锈钢柔性光阳极的具体方法为将已经制备好钛 薄膜层的试样嵌套在金属夹具上作为阳极，然后将整个试样完全浸入到含F—的水 基或有机电解液中室温下进行阳极氧化；其中铂片作为阴极，两极间的距离为30cm，在含F的水基或有机电解液中阳极氧化，恒定电压为10-60V，反应时间 为0.5-30h，得到具有不锈钢基体层/绝缘膜层/Ti膜层/Ti02自然层/Ti02纳米管阵 列层的不锈钢柔性光阳极，对不锈钢光阳极进行热处理，热处理的温度为 300-550°本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以不锈钢为基底的柔性染料敏化太阳能电池，其特征在于，电池为七层复合结构，由底层向上依次为柔性不锈钢基体层、绝缘薄膜层、钛膜层、二氧化钛自然层、二氧化钛纳米管阵列层、电解质层、柔性对电极组成，染料分子嵌入二氧化钛纳米管阵列层的二氧化钛纳米管中，柔性不锈钢基体层厚度为０．１～０．２ｍｍ，绝缘薄膜层厚度为５０～１００ｎｍ，钛膜厚度为５０～１００ｎｍ，二氧化钛自然层厚度为４０～８０ｎｍ，二氧化钛纳米管阵列层厚度为０．５～２０μｍ，柔性对电极的厚度为０．１～０．２ｍｍ，其中，电解质为含Ｉ－和Ｉ↓［２］的电解液，染料为Ｎ７１９染料、Ｎ３染料、Ｚ９０７染料、Ｎ７４９染料、Ｋ７７染料、Ｃ１０１染料、Ｃ１０２染料、Ｄ１０２染料、Ｄ１４９染料中的任意一种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陶杰，汤育欣，徐娟，邓杰，汪涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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