本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，具体为一种基于垂直取向碳纳米管/聚合物复合薄膜作为对电极的染料敏化太阳能电池的制备方法。本发明专利技术采用渗透的方法，使聚合物单体渗入阵列内部，然后加热固化形成复合材料；最后通过切片机对样品切片得到碳纳米管/聚合物复合薄膜。该薄膜中碳纳米管为垂直于薄膜表面，并且均匀分布，使薄膜的上下表面具有很好的导电性，而且薄膜表面有大量的碳纳米管末端开口便于修饰或催化等其他应用。以此种薄膜取代铂作为对电极构建染料敏化太阳能电池，取得不错的效果，从而大大降低了成本。因此本发明专利技术开辟了一系列以取向碳纳米管作为电极的太阳能电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种染料敏化太阳能电池。
技术介绍
碳纳米管的发现是世界科学史上的一个里程碑。1991年日本Iijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)以来，碳纳米管以其特有的高拉伸强摄氏度、高弹性、从金属到半导体的电学特性、高电流载荷量和高热导体性以及独特的准一维管状分子结构，在未来高科技领域中具有许多潜在的应用价值，成为人们所关注的焦点。1994年Ajayan等将CNTs作为无机填料加入到聚合物基体中制备聚合物-CNT复合材料以来，人们开展了大量研究工作。一般碳纳米管在填充聚合物的时候被认为是短纤维，而其分布和取向是任意的。其大长径比和比表面积使其管间范德华作用力显著增强，导致易聚集、缠绕成束或团，在聚合物基体中形成缺陷和应力集中点而使材料力学性能的下降，并降低功能化效果。随着碳纳米管阵列(ACNT)的深入研究，纳米管阵列的宏观长度已经足够使单根碳管在复合材料中贯穿整个材料。利用碳纳米管阵列的有序性制备分散均勻，各向异性具有特殊功能性的聚合物-碳纳米管复合材料成为了新的研究热点。目前制备聚合物-碳纳米管阵列复合材料的方法主要有原位聚合和聚合物渗入法两种。原位聚合法，热固性聚合物预聚物或热塑性聚合物单体由于分子量较小，流动性好，比较容易渗入ACNT空隙，再经过原位聚合，形成聚合物-ACNT复合材料。聚合物渗入法，一些与ACNT相容性相对较好、熔融状态或在溶液中粘度较小的聚合物也可以再加热熔融或者在溶剂中分散后，通过渗透的方法，浸入阵列内部，冷却固化或挥发溶剂后，形成复合材料。同样，碳纳米管被广泛应用于构建高效的有机太阳能电池W-13]，比如，碳纳米管在染料敏化太阳能电池中被用来替代钼来催化三碘化物的还原，同时也可以把碳纳米管分散于二氧化钛浆料中来促进电子的扩散，也可以把碳纳米管分散于电解液汇总来促进电子的传输及催化效果。有课题组把碳纳米管分散后旋涂在FTO玻璃表面，形成对电极，得到不错的效果；有课题组通过分散碳纳米管，并使用喷墨打印法形成对电极，也取得不错的效率。但是由于碳纳米管的无规分散降低了电荷的分离和传输，为了进一步提高基于碳纳米管对电极的有机太阳能电池的效率，急需要得到拥有取向碳纳米管薄膜的对电极，从而进而提高电池的性能。而高度取向的碳纳米管薄膜由于其显著的机械和电学性能，被广泛深入的研究，比如它在室温下具有IO2 S/cm的电导率，因此基于取向碳纳米管薄膜，我们制备了高效率，低成本的染料敏化太阳能电池。目前，聚合物-碳纳米管阵列的研究主要集中在高性能结构材料和光电器件等领域。如何扩展其应用范围、提高功能化效果已经成为其发展的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种效率高、成本低的染料敏化太阳能电池。本专利技术提供的染料敏化太阳能电池，是在染料敏化太阳能电池中以碳纳米管/聚合物复合薄膜钼作为对电极而获得。本专利技术中，作为染料敏化太阳能电池的对电极的碳纳米管/聚合物复合薄膜，其中碳纳米管垂直于薄膜表面，并且均勻分布，使薄膜的上下表面具有很好的导电性，而且薄膜表面有大量的碳纳米管末端开口，便于修饰或催化等其他应用。本专利技术以此种薄膜取代钼作为对电极构建染料敏化太阳能电池，使转化效率提高，成本降低。本专利技术还提出染料敏化太阳能电池制备方法，具体步骤如下(1)对电极的制备，在附有碳纳米管/聚合物复合薄膜的FTO玻璃基板表面滴加溶剂， 待挥发掉后，复合薄膜和FTO玻璃之间通过范德华力紧密地连接在一起，并在120-200摄氏度下退火，最后得到含有碳纳米管/聚合物复合薄膜的对电极。(2)工作电极的制备，在FTO玻璃上使用丝网印刷法印刷上一层4-15微米厚的纳米晶二氧化钛层，实验证明10微米厚的纳米晶二氧化钛层效率最好，然后在450-550摄氏度下煅烧25-35分钟并退火。等工作电极温度降到25-150摄氏度时，把他们转移到0. 5mM/ L的N719染料溶液中浸泡，实验证明120摄氏度时转移入染料溶液中效率最好，12-18小时后，取出吸附了大量染料的工作电极并用乙腈进行清洗。(3)最后工作电极和对电极通过一个环形衬底进行封装，封装压力为0. 1-0. 5MPa, 温度为110-140摄氏度，电解液是通过对电极上的小孔中注入。最后使用微型盖玻片和衬底封住小孔，得到完整的电池。本专利技术中，碳纳米管垂直取向碳纳米管/聚合物复合薄膜的制备方法为首先，通过化学气相沉积法得到碳纳米管阵列，阵列中碳纳米管具有高度的取向性；然后，采用渗透法，使聚合物单体渗入碳纳米管阵列内部，再加热固化形成复合材料；最后，通过切片机对样品切片得到碳纳米管/聚合物复合薄膜。下面以环氧树脂包埋好碳纳米管为例，介绍碳纳米管/聚合物复合薄膜制备的具体操作步骤第一，包埋原液的配制在经典的“ΕΡ0Ν 812”配方基础上，增加DT-2型增韧剂；配制的方法为首先，配置溶液A和溶液B 溶液A由环氧树脂和十二烯基丁二酸酐按体积比62 100的比例组成，溶液 B由环氧树脂和甲基纳迪克酸酐按体积比100 89的比例组成；配好的A液和B液在超声清洗器里面超声10-30分钟，使之均勻分散；然后将溶液A和溶液B以2 :8的体积比混合，然后加入溶液A和溶液B总体积10%的增韧剂，最后加入溶液A和溶液B总体积的丨^ ？^的固化促进剂？^^三丨二甲氨基甲基)苯酚，超声10-30分钟，充分混合，得到包埋原液； 第二，环氧树脂的渗透首先，配试剂1、试剂2、试剂3和试剂4，试剂1按照丙酮包埋原液=10 :1至2 :1的体积比配制，试剂2按照丙酮包埋原液=2 :1至1 :2的体积比配制，试剂3按照丙酮包埋原液=1 :2至1 :10的体积比配制，试剂4为纯的包埋原液；然后，将碳纳米管阵列浸入试剂1 中，浸泡3-M小时，再转移入试剂2中，浸泡3-M小时，接着转移入试剂3中，浸泡3-M小时，最后转移入试剂4中，浸泡12-36小时； 第三，包埋固化把在试剂4中浸泡后的样品放入合适的模具中，然后注入包埋原液，在聚合箱中常压下40-100摄氏度固化10-100小时，即得到用环氧树脂包埋的碳纳米管阵列； 第四，对包埋样品进行切片对包埋好的样品用切片机进行切片，得到碳纳米管/聚合物复合薄膜，复合膜的厚度范围为50纳米到50微米。所述碳纳米管/聚合物复合薄膜中使用的碳纳米管阵列采用常规技术制备，具体步骤为合成碳纳米管阵列的催化剂结构为Si/Si02/Al203/Fe，其中，SiO2厚度为300-1000 μ m，Al2O3厚度为10-30 nm, Fe厚度为0. 5-1. 5 nm, Al2O3位于硅片和Fe的中间，作为缓冲层，1 作为催化剂，它们分别通过电子束蒸发镀膜仪在硅片上沉积一层纳米厚度的膜制备； 采用化学气相沉积法，用乙烯做碳源，以氩气和氢气作为载气，在有氧化层Si基片上合成高摄氏度取向的碳纳米管阵列；其中乙烯流量为190190 sccm，氩气流量为400-620 sccm, 氢气流量为20-48 sccm，在管式炉中生长5-20 min。图7是碳纳米管阵列截面的扫描电镜图，其中多壁碳纳米管的直径在7-12纳米之间，如图8所示。图Ia说明了碳纳米管/聚合物复合阵列的示意图，碳纳米管/聚合物复合薄膜是通过使用普通切片机或者超薄切片机进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种以碳纳米管／聚合物复合膜为对电极的染料敏化太阳能电池，其特征在于在染料敏化太阳能电池中以碳纳米管／聚合物复合薄膜替代铂作为对电极而获得；所述碳纳米管／聚合物复合薄膜中碳纳米管垂直于薄膜表面，并且均匀分布，而且薄膜表面有大量的碳纳米管末端开口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭慧胜，仰志斌，陈涛，李立，何瑞璇，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31
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