一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种染料敏化太阳能电池的光阳极，该新型光阳极不含ITO等透明导电氧化物，其以表面镀镍纤维为导电基底，以氧化钛及氧化锌为半导体氧化物。其制备过程，包括：金属丝或非金属丝表面沉积金属镍层，接着在其表面制备氧化钛及氧化锌半导体薄膜，烘干后将其浸泡于染料中敏化20h，即得染料敏化的光阳极。本发明专利技术通过简单的全湿法工艺即可制得低成本的金属镍纤维光阳极，该方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉；并首次将其应用于纤维DSSC电池，获得较好的光电性能。类似技术可以应用在其它导电基底上，从而实现一大类廉价光阳极基底材料。

【技术实现步骤摘要】
一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
本专利技术属于染料敏化太阳能电池及其制备领域，特别涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(DSSC)与其它太阳能电池相比，制造成本低、制造设备简单，因而迅速引起了人们的关注。但由于传统平板形态电池结构和工艺的限制，现在的平板式传统光伏电池的制造成本中，透明导电基板等占的比例还相当高，导致单位发电量的成本还居高不下，难以达到民用级商品的成本水平，限制了染料敏化太阳能电池的大规模应用。柔性染料敏化太阳能电池因重量轻，成本低、可进行辊到辊的大规模生产和具有相对更宽的使用领域等优势已成为流行。当前柔性染料敏化太阳能电池的研究大多集中在聚合物/ITO基板上，且相应电池的效率已与传统光伏电池相当。不过脆性ITO膜的使用，大大限制了器件的灵活性；且大多数聚合物又存在耐热性和耐疲劳较差等缺陷。因此Kang等提出了用不锈钢箔作工作电极基底的染料敏化太阳能电池，电池效率可达4.2％。但是金属基材存在沉重和不透明的缺陷。近期，研究通过改变光电极的结构来克服这个问题。具有三维捕光能力的纤维型光伏器件用来替代传统平板光伏器件极具发展潜力，由于低成本，无ITO，重量轻，柔性好和可与当前纺织技术混合使用等优势，已引起外界极大的兴趣。本专利技术的专利技术人范兴等早期申请的中国专利200610114454.7公开了一种染料敏化太阳能电池及其工作电极，该工作电极包括导电性丝状基体和敏化半导体薄膜，敏化半导体薄膜为由吸附有敏化染料分子的大小各异的半导体离子构成的多孔薄膜结构，敏化半导体薄膜包覆在导电性丝状基体外表面。在该专利技术中，采用不锈钢丝或合金丝等作为导电丝状基体，其中不锈钢丝不易加工，难做成复合材料，合金丝成本高，重量重。在该文件中还提到，也可以使用非金属导电丝线，如碳纤维等，还可以在非导电性材料制成的丝状芯外包裹导电性材料皮，但是并没有给出具体适合的导电性材料，也没有给出如何制备该种光阳极及染料敏化太阳能电池。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种敏化太阳能电池光阳极，原材料来源广泛、成本低，质量轻、可以自由变形、易于串并联的廉价的光阳极，特别适合用于要求特定驱动电源的狭小异形空间。本专利技术的另一目的在于提供了该种光阳极的制备方法，该方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉，不会产生有毒气体，对环境友好。本专利技术的第一目的是这样实现的：一种染料敏化太阳能电池光阳极，其特征在于：该光阳极的导电基底为表面镀镍的纤维丝，在导电基底的表面覆盖氧化半导体膜层，然后经吸附光敏染料后得到。作为优选：所述导电基底为表面镀镍的金属纤维丝或不导电纤维丝。所述不导电纤维丝为碳纤维丝或涤纶纤维丝或棉纤维丝或玻璃纤维丝。作为优选：所述纤维丝的直径为10μm-1mm，所述镀镍层的厚度为10nm-10μm。作为优选：所述氧化半导体膜层为纳米氧化锌或纳米氧化钛膜层，所述氧化半导体膜层的厚度为0.5-50μm。本专利技术采用表面镀镍的纤维丝作为导电基底，不含透明导电氧化物，原材料来源广泛、成本低，质量轻、可以自由变形、易于串并联的廉价的光阳极，特别适合用于要求特定驱动电源的狭小异形空间。本专利技术的第二目的是这样实现的：染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，按照如下步骤完成：(1)、在纤维丝表现镀镍，将表面镀镍的纤维丝用乙醇超声洗净，自然晾干；(2)、将镀镍的纤维丝浸泡在0.1-1.0mol/L乙酸锌溶液和0.1-1.0mol/L六亚甲基四胺等体积混合的混合溶液中2-6min，取出干燥，烧结得到表面覆有氧化锌纳米颗粒层的镀镍复合纤维；(3)将步骤(2)得到的复合纤维悬挂于水热反应釜中，釜内含浓度均为0.01-0.07mol/L的乙酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液，再将反应釜置于70-140℃环境中反应8-12h，洗净、干燥，得到表面覆有半导体氧化锌的镀镍复合纤维；(4)再将得到的样品浸入染料溶液中，室温浸泡15-30h后取出，晾干得到染料敏化的光阳极。该方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉，不会产生有毒气体，对环境友好。有益效果：本专利技术的染料敏化太阳能电池的新型光阳极及电池，不含透明导电氧化物，以表面镀镍的纤维为导电基底，不仅扩大了染料敏化太阳能电池光阳极导电基底的材料范围，同时在DSSC电池中具有极强的应用价值。制备方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉，不会产生有毒气体，对环境友好。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明：实施例1-----Cu/Ni/ZnO/液态(1)将导电铜丝(直径200μm)磨净，掰直，置于乙醇中超声洗净，自然晾干。(2)称取50g硫酸镍，10g氯化镍和9.5g硼酸配制成250ml电解液，并用硫酸调节pH至2.0；以Cu丝为阴极，石墨棒为阳极，3.7V电压下进行施镀，时间为4min，得到Cu/Ni复合金属纤维，所述镍层为10nm。(3)配制0.1mol/L乙酸锌溶液和0.1mol/L六亚甲基四胺溶液，等体积混合后将(2)中得到复合金属纤维浸泡于上述混合液中2min，取出吹干，再置于200℃加热板上烧结6min，得到表面覆有氧化锌纳米颗粒层的Cu/Ni复合金属纤维。(4)将步骤(3)得到的复合纤维垂直悬挂于水热反应釜中，釜内含60mL等浓度(0.01mol/L)的乙酸锌和六亚甲基四胺按体积比1:1混合的混合溶液，再将反应釜置于70℃烘箱中反应12h。取出，用去离子水冲洗干净，80℃烘箱中烘2h后得到表面覆有氧化锌纳米棒阵列层的Cu/Ni复合金属纤维。氧化锌纳米棒阵列层的厚度为5μm。(5)再将步骤(4)得到的样品浸入联吡啶钌N719染料的乙醇溶液中，室温浸泡15h后取出，晾干得到染料敏化的光阳极。(6)将步骤(5)得到的敏化的柔性光阳极置于对电极Pt片上，注入电解液，即得以Cu/Ni复合金属纤维为光阳极基底的液态柔性染料敏化太阳能电池。在氙灯光源(光电流强度7.0mA)下进行测试，测得的电池短路电流为7.2mA/cm2，开路电压为0.691mV，填充因子为48.18％。实施例2-----Cu/Ni/ZnO/固态(1)将导电铜丝(直径200μm)磨净，掰直，置于乙醇中超声洗净，自然晾干。(2)称取50g硫酸镍，10g氯化镍和9.5g硼酸配制成250ml电解液，并用硫酸调节pH至2.0；以Cu丝为阴极，石墨棒为阳极，3.7V电压下进行施镀，时间为10min，得到Cu/Ni复合金属纤维。镍层厚度为10μm。(3)配制1.0mol/L乙酸锌溶液和1.0mol/L六亚甲基四胺溶液，等体积混合后将(2)中得到复合金属纤维浸泡于上述混合液中6min，取出吹干，再置于200℃加热板上烧结2min，得到表面覆有氧化锌纳米颗粒层的Cu/Ni复合金属纤维。(4)将步骤(3)得到的复合纤维垂直悬挂于水热反应釜中，釜内含60mL等浓度(0.07mol/L)的乙酸锌和六亚甲基四胺按照体积比1:1的比例混合的混合溶液，再将反应釜置于140℃烘箱中反应8h。取出，用去离子水冲洗干净，80℃烘箱中烘2h后得到表面覆有氧化锌纳米棒阵列层的Cu/Ni复合金属纤维。所述氧化锌纳米棒阵列层的厚度为3μm。(5)再将步骤(4)得到的样品浸入联吡啶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池光阳极，其特征在于：该光阳极的导电基底为表面镀镍的纤维丝，在导电基底的表面覆盖氧化半导体膜层，然后经吸附光敏染料后得到。

【技术特征摘要】
1.一种染料敏化太阳能电池光阳极，其特征在于：按照如下步骤完成：(1)将直径为300μm的不导电涤纶纤维丝进行预处理，包括氢氧化钠除油、氢氟酸粗化及乙醇超声洗净，自然晾干；(2)称取0.3g氯化钯溶于10mL盐酸中，再加入10mL蒸馏水，溶解完全后加入12g氯化亚锡，组成A液；将160g氯化钠溶于1L蒸馏水中为B液；50℃水浴下将A、B液混合，保温活化1h即得胶体钯溶液；(3)将(1)中处理得到的不导电涤纶纤维丝置于胶体钯溶液中，50℃下活化-敏化1h；(4)蒸馏水洗净后，将不导电涤纶纤维丝浸入体积比1∶9的盐酸水溶液中，常温解胶40s；(5)解胶后的不导电涤纶纤维丝用蒸馏水洗净后进行化学镀镍：化学镀镍溶液的组成为：镀镍液A:分别称取硫酸镍3.1g，醋酸钠5.5g，用蒸馏水配制成50mL溶液；镀镍液B：称取次亚磷酸钠1.8g溶解于50mL蒸馏水中即可；将化学镀镍容器放入65℃水浴中，首先倒入2.9g柠檬酸钠和0.9g酒石酸钾钠混合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：范兴，冯海建，刘作华，陶长元，杜军，张晓英，杨花花，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：