基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池及其制作方法，其對電致變色器件的結構和制作工藝都進行了改進，使其具有自供能的特點，制得光電能量轉換效率極高，壽命延長，耐凍性能好的基于電致變色器件的高轉換效率的太陽能電池，而且本發(fā)明的方法簡單易操作，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。在室溫下，使用1000W模擬太陽光光源氙燈(Oriel 91192,USA)，Keithly 2400 source meter，輻照強度為100W/cm2，電池受光照面積為0.25cm2條件下測量光電能量轉換效率為8.28?10.58％，循環(huán)5000次后測量光電能量轉換效率為8.01?10.56％。
【專利說明】
基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池及其制作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能發(fā)電領域，更具體涉及基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池及其制作方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學上稱為太陽能光伏(Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，縮寫為PV)，簡稱光伏。
[0003]太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的實施太陽能電池則還處于萌芽階段。
[0004]然而現(xiàn)有的光伏電池的發(fā)電效率還比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對【背景技術】存在的問題，提供基于電致變色器件的高轉換效率太陽能電池及其制作方法，其對電致變色器件的結構和制作工藝都進行了改進，使其具有自供能的特點，制得光電能量轉換效率極高，壽命延長，耐凍性能好的基于電致變色器件的高轉換效率的太陽能電池，而且本發(fā)明的方法簡單易操作，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]—種基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池的制作方法，包括:制作太陽能電池和電控端:
[0008]一、電控端的制作步驟如下:
[0009](I)制作可調開關，用于連接控制電路和電致變色器件；
[0010](2)制作控制電路，用于實現(xiàn)利用太陽能電池產(chǎn)生的電流施加在電致變色器件上，通過改變電流大小可以控制電致變色器件的顏色深淺:
[0011 ] 二、基于電致變色器件的太陽能電池的制作步驟如下:
[0012](I )W03納米薄膜材料電致變色電極制備:
[0013]a.對特定尺寸的鋼化玻璃表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為320-360nm；
[0014]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為200-220nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0015]c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在400-420 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0016]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至400-420°C，保溫4-4.5小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜，即得到電致變色電極；
[0017]其中納米棒長度為0.5-0.6μπι，納米棒密度約lOVcm2。
[0018](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0019]a.對特定尺寸的鋼化玻璃表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為500-525nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0020]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為l-2nm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0021]c.采用二水合醋酸鋅(Zn(CH3C00)2-2H20)和乙醇胺(Monoethanolamine)以乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，然后再緩慢滴入0.02-0.03倍體積的10g/L的海藻糖水溶液，并攪拌均勻形成均勻混合狀態(tài)，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中385°C退火半小時，形成大面積均勻分布的ZnO納米粒子種子層，所述種子層的厚度為22-28nm;
[0022]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到1，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；
[0023]e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極；
[0024](3)電解液制備:
[0025]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液。
[0026](4)器件組裝:
[0027]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0028]—種基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池的制作方法，包括:制作太陽能電池和電控端:
[0029]一、電控端的制作步驟如下:
[0030](I)制作可調開關，用于連接控制電路和電致變色器件；
[0031](2)制作控制電路，用于實現(xiàn)利用太陽能電池產(chǎn)生的電流施加在電致變色器件上，通過改變電流大小可以控制電致變色器件的顏色深淺:
[0032]二、基于電致變色器件的太陽能電池的制作步驟如下:
[0033](I )W03納米薄膜材料電致變色電極制備:
[0034]a.對特定尺寸的鋼化玻璃表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(F T O)薄膜，厚度約為360nm；
[0035]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為200nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0036]c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在420 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0037]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至400°C，保溫4.5小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜，SP得到電致變色電極；
[0038]其中納米棒長度為0.5μπι，納米棒密度約1fVcm2。
[0039](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0040]a.對特定尺寸的鋼化玻璃表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為525nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0041]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為Inm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0042]c.采用二水合醋酸鋅和乙醇胺以乙二醇甲醚為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，然后再緩慢滴入0.03倍體積的10g/L的海藻糖水溶液，并攪拌均勻形成均勻混合狀態(tài)，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中385°C退火半小時，形成大面積均勻分布的ZnO納米粒子種子層，所述種子層的厚度為22nm;
[0043]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到10，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；
[0044]e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極；
[0045](3)電解液制備:
[0046]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液。
[0047](4)器件組裝:
[0048]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0049]采用上述制作方法制備得到的太陽能電池。
[0050]選用無機的WO3納米棒陣列薄膜的好處:
[0051]I)有機電致變色材料存在化學性質不穩(wěn)定、與襯底粘合不夠緊密、抗紫外輻射能力不強等缺點；
[0052 ] 2)無機電致變色材料(三氧化鎢、五氧化二釩、氧化鎳等)研究較早，技術已經(jīng)比較成熟，在商業(yè)上應用已見有報道。
[0053]采用Au作催化劑，在低溫下長有ZnO納米粒子的種子層上進行水熱法生長ZnO納米線。該種方法生長ZnO納米工藝條件簡單、效率高、能夠大面積生長、并且催化劑可以對納米線的長度和直徑等參數(shù)進行調控。
[°°54] 選用ZnO納米線的好處:
[0055]ZnO為寬禁帶N型半導體材料，在染料敏化太陽電池中有廣泛的應用；
[0056]ZnO載流子迀移率較高，有望進一步提高電池的電流特性；
[0057]ZnO可以通過簡單工藝制備成多種納米結構，比如納米線、納米管、納米粒子薄膜等;
[0058]ZnO納米線具有較高的比表面積，能夠吸附更多的染料。
[0059]而本發(fā)明進一步通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出性能更優(yōu)異的W03納米薄膜以及ZnO納米線，并配合其他結構的優(yōu)化，制備出整體光電能量轉換效率極高，壽命延長的新型電致變色器件。
[0060]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的方法簡單易操作，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，此外制得的新型電致變色器件光電能量轉換效率極高，而且壽命延長。
【附圖說明】
[0061]此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0062]圖1為本申請的太陽能電池的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0063]為使本申請的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本申請作進一步詳細的說明。
[0064]電致變色(Electrochronism/EC)是指在電流或電場的作用下，材料的光學屬性(透射率、反射率或吸收率)發(fā)生穩(wěn)定的可逆變化的現(xiàn)象，那么在外觀上就表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化，繼而可以調節(jié)太陽光透過的多少。具有電致變色性能的材料稱為電致變色材料。自從1969年Deb.S.K.首次發(fā)現(xiàn)W03薄膜的電致變色現(xiàn)象以來，人們就發(fā)現(xiàn)了很多具有電致變色性能的物質。電致變色材料按材料類型大致可以分為無機電致變色材料和有機電致變色材料。無機電致變色材料的性能穩(wěn)定，其光吸收變化是由于離子和電子的雙注入和雙抽出引起的。有機電致變色材料的光吸收變化來自氧化還原反應，其色彩豐富，易進行分子設計，從而受到青睞。
[0065]電致變色器件主要分為三個部分:工作電極，對電極，電解液。其結構如下圖所示。工作電極一般為覆蓋有電致變色薄膜的導電玻璃構成，對電極則是由配合工作電極工作的薄膜(多數(shù)起到儲存離子的作用)覆蓋的導電玻璃組成，電解液中有支持工作電極工作的電解質。整個器件類似于三明治結構，工作電極和對電極將電解液夾在中問，四周用密封膠密封。在兩個電極間加上不同驅動電壓時，器件的透過率會發(fā)生變化，一般是在透明態(tài)和著色態(tài)間轉換。即:加上某一特定工作電壓時，器件會處于透明狀態(tài)；當加上另一特定工作電壓時，器件會變?yōu)橹珷顟B(tài)。通過改變兩電極間的電壓，實現(xiàn)器件透過率的改變。
[0066]電致變色材料之所以能在不同的驅動電壓下表現(xiàn)出不同的顏色，是由于在不同電壓下其所處氧化還原態(tài)不同，進而表現(xiàn)出不同的能帶隙，導致顏色的變化。
[0067]實施例1:
[0068]組裝太陽能電池部件10和電控端20
[0069]制作太陽能部件10包括:
[0070](I )W03納米薄膜5材料電致變色電極制備:
[0071]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為320nm；
[0072]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為220nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0073]c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在400 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0074]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至420°C，保溫4小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜5，即得到電致變色電極；
[0075]其中納米棒長度為0.6μπι，納米棒密度約1fVcm2。
[0076](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0077]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為500nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0078]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為2nm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0079]c.采用二水合醋酸鋅(Zn(CH3C00)2-2H20)和乙醇胺(Monoethanolamine)以乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，然后再緩慢滴入0.02倍體積的10g/L的海藻糖水溶液，并攪拌均勻形成均勻混合狀態(tài)，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中385°C退火半小時，形成大面積均勻分布的ZnO納米粒子種子層，所述種子層的厚度為28nm;
[0080]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到10，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；[0081 ] e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極3;
[0082](3)電解液4制備:
[0083]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液4。
[0084](4)器件組裝:
[0085]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0086]在室溫下，使用1 000W模擬太陽光光源氙燈(Oriel 91192 ,USA),Keithly2400source meter，福照強度為100W/cm2，電池受光照面積為0.25cm2條件下測量光電能量轉換效率為10.28%，循環(huán)5000次后測量光電能量轉換效率為9.56%。-20°(:存放3個月后，恢復常溫，測量光電能量轉換效率未見明顯變化。
[0087]實施例2:
[0088]組裝太陽能電池部件10和電控端20
[0089]制作太陽能部件10包括:
[0090](I )W03納米薄膜5材料電致變色電極制備:
[0091]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為360nm；
[0092]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為200nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0093]c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在420 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0094]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至400 V，保溫4.5小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜5，即得到電致變色電極；
[0095]其中納米棒長度為0.5μπι，納米棒密度約1fVcm2。
[0096](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0097]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為525nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0098]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為Inm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0099]c.采用二水合醋酸鋅(Zn(CH3C00)2-2H20)和乙醇胺(Monoethanolamine)以乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，然后再緩慢滴入0.03倍體積的10g/L的海藻糖水溶液，并攪拌均勻形成均勻混合狀態(tài)，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中385°C退火半小時，形成大面積均勻分布的ZnO納米粒子種子層，所述種子層的厚度為22nm;
[0100]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到1，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；
[0101]e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極3;
[0102](3)電解液4制備:
[0103]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液4。
[0104](4)器件組裝:
[0105]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0106]在室溫下，使用1 000W模擬太陽光光源氙燈(Oriel 91192 ,USA),Keithly2400source meter，福照強度為100W/cm2，電池受光照面積為0.25cm2條件下測量光電能量轉換效率為10.50%，循環(huán)5000次后測量光電能量轉換效率為10.20%。-20°(:存放3個月后，恢復常溫，測量光電能量轉換效率未見明顯變化。
[0107]實施例3:
[0108]組裝太陽能電池部件10和電控端20
[0109]制作太陽能部件10包括:
[0110](I )W03納米薄膜5材料電致變色電極制備:
[0111]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為340nm；
[0112]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為210nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0113]c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在415 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0114]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至410°C，保溫4.3小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜5，即得到電致變色電極；
[0115]其中納米棒長度為0.6μπι，納米棒密度約1fVcm2。
[0116](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0117]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為515nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0118]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為2nm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0119]c.采用二水合醋酸鋅(Zn(CH3C00)2-2H20)和乙醇胺(Monoethanolamine)以乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，然后再緩慢滴入0.02倍體積的10g/L的海藻糖水溶液，并攪拌均勻形成均勻混合狀態(tài)，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中385°C退火半小時，形成大面積均勻分布的ZnO納米粒子種子層，所述種子層的厚度為27nm;
[0120]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到10，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；
[0121]e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極3;
[0122](3)電解液4制備:
[0123]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液4。
[0124](4)器件組裝:
[0125]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0126]在室溫下，使用1 000W模擬太陽光光源氙燈(Oriel 91192 ,USA),Keithly2400source meter，福照強度為100W/cm2，電池受光照面積為0.25cm2條件下測量光電能量轉換效率為9.50%，循環(huán)5000次后測量光電能量轉換效率為9.34%。-20°(:存放3個月后，恢復常溫，測量光電能量轉換效率未見明顯變化。
[0127]實施例4對比例:
[0128]組裝太陽能電池部件10和電控端20
[0129]制作太陽能部件10包括:
[0130](I )W03納米薄膜5材料電致變色電極制備:
[0131]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為500nm；
[0132]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為500nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0133]c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在500 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0134]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至500°C，保溫4.1小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜5，即得到電致變色電極；
[0135](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0136]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為520nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0137]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為Inm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0138]c.采用二水合醋酸鋅(Zn(CH3C00)2-2H20)和乙醇胺(Monoethanolamine)以乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中500°C退火半小時，形成大面積均勾分布的ZnO納米粒子種子層；
[0139]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到1，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；
[0140]e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極3;
[0141](3)電解液4制備:
[0142]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液4。
[0143](4)器件組裝:
[0144]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0145]在室溫下，使用1 000W模擬太陽光光源氙燈(Oriel 91192 ,USA),Keithly2400source meter，福照強度為100W/cm2，電池受光照面積為0.25cm2條件下測量光電能量轉換效率為5.98%，循環(huán)5000次后測量光電能量轉換效率為3.98%。-20°(:存放3個月后，恢復常溫，測量光電能量轉換效率降低了 9.7%。
[0146]實施例5對比例:
[0147]組裝太陽能電池部件10和電控端20
[0148]制作太陽能部件10包括:
[0149](I )W03納米薄膜5材料電致變色電極制備:
[0150]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為600nm；
[0151]b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為400nm; W膜用作WO3納米線的生長源；
[0152]c.配制0.3mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在500 °C下煅燒40min得到WO3晶種層；
[0153]d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至600°C，保溫5小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜5，即得到電致變色電極；
[0154](2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備:
[0155]a.對特定尺寸的鋼化玻璃I表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜2，厚度約為600nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干；
[0156]b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為5nm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗；
[0157]c.采用二水合醋酸鋅(Zn(CH3C00)2-2H20)和乙醇胺(Monoethanolamine)以乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中500°C退火半小時，形成大面積均勾分布的ZnO納米粒子種子層；
[0158]d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到1，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線；
[0159]e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極3;
[0160](3)電解液4制備:
[0161]配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液4。
[0162](4)器件組裝:
[0163]將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有ΙΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。
[0164]在室溫下，使用1 000W模擬太陽光光源氙燈(Oriel 91192 ,USA),Keithly2400source meter，福照強度為100W/cm2，電池受光照面積為0.25cm2條件下測量光電能量轉換效率為6.12%，循環(huán)5000次后測量光電能量轉換效率為5.39%。-20°(:存放3個月后，恢復常溫，測量光電能量轉換效率降低了 10.1 %。
[0165]由此可見，本發(fā)明制得的基于電致變色器件的高轉換效率的太陽能電池具有光電能量轉換效率極高，而且壽命延長，耐凍性能也更好。對比例的各參數(shù)明顯低于本發(fā)明的技術方案，這說明本發(fā)明的整體工藝起到了某種協(xié)同效果，整體配方的各個組分以及配比都至關重要，改變?nèi)魏我粋€要素都會導致光電能量轉換效率降低，壽命縮短。
[0166]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于電致變色器件的高發(fā)電效率太陽能電池的制作方法，包括:制作太陽能電池和電控端: 一、電控端的制作步驟如下: (1)制作可調開關，用于連接控制電路和電致變色器件； (2)制作控制電路，用于實現(xiàn)利用太陽能電池產(chǎn)生的電流施加在電致變色器件上，通過改變電流大小可以控制電致變色器件的顏色深淺: 二、基于電致變色器件的太陽能電池的制作步驟如下: (I )W03納米薄膜材料電致變色電極制備: a.對特定尺寸的鋼化玻璃表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為320-360nm； b.對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后按照超純水、丙酮、乙醇的順序將FTO導電玻璃依次超聲清洗15min，烘干備用;然后，利用磁控濺射法在FTO玻璃上鍍W膜，其厚度為200-220nm; W膜用作WO3納米線的生長源； c.配制0.2mol/L的鎢酸鈉水溶液，然后滴加3mol/L的鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀為止，將所得沉淀經(jīng)離心洗滌后溶于雙氧水中得到透明溶膠，將透明溶膠涂于鍍有W膜的ITO導電玻璃表面，在400-420 °C下煅燒40min得到WO3晶種層； d.將上述得到的帶有WO3晶種層的FTO導電玻璃放入箱式高溫爐中，通入Ar保護氣，加熱至400-420°C，保溫4-4.5小時，后自然降溫至室溫，即得到圓柱形WO3納米棒陣列薄膜，即得到電致變色電極； 其中納米棒長度為0.5-0.6μπι，納米棒密度約1fVcm2。 (2)改進的ZnO納米線薄膜光敏電極制備: a.對特定尺寸的鋼化玻璃表面磁控濺射氟摻雜氧化錫(FTO)薄膜，厚度約為500-525nm，然后對其進行高溫退火處理，得到強度較高的FTO導電玻璃，然后用乙醇超聲清洗20分鐘后再用紫外臭氧清洗機清洗10分鐘，取出后在N2氣氛中吹干； b.將FTO玻璃放入噴金儀中，在FTO表面噴鍍一層金膜作為催化劑，金膜厚度約為1-2nm，后對FTO玻璃依照a步驟的方法再次清洗； c.采用二水合醋酸鋅和乙醇胺以乙二醇甲醚為溶劑，配置成50mM等摩爾比的溶膠，然后再緩慢滴入0.02-0.03倍體積的10g/L的海藻糖水溶液，并攪拌均勻形成均勻混合狀態(tài)，旋涂到洗凈的FTO基底上，旋涂3次以獲得連續(xù)的納米粒子薄膜，每次旋涂之間將基板用紅外燈加熱促進溶劑揮發(fā)，最后將基板在大氣中385°C退火半小時，形成大面積均勻分布的ZnO納米粒子種子層，所述種子層的厚度為22-28nm; d.配制0.15M的ZnSO4水溶液，用濃氨水溶液調節(jié)pH值到10，將ITO基板放入溶液中，密封后放入95°C的烘箱，2小時候取出，用去離子水清洗，晾干后即得氧化鋅納米線； e.將純有機吲哚啉染料D102溶解到體積比為1:1的乙睛和叔丁醇的溶液中，濃度為0.5mM，將ZnO納米線浸泡在D102中，避光保存5小時，取出之后，用無水乙醇沖洗D102敏化后的ZnO納米線，以充分去除通過物理吸附方式吸附到ZnO納米線表面的D102分子，得到改進的光敏電極； (3)電解液制備: 配成0.1M LiI和0.0OlM I2的PC溶液，作為自供能電致變色器件的支持電解液。 (4)器件組裝: 將電致變色電極和光敏電極的有效工作面相對，兩端留出5mm左右寬度的空白導電玻璃作為預留接入外電路的電極，四周用直徑為ΙΟΟμπι的玻璃珠混合的雙組份航空膠涂抹壓實，使兩個電極間留有I ΟΟμπι的空間，并在此空間內(nèi)填充電解液，待膠全部固化后得到自供能電致變色器件。2.權利要求1所述的制作方法制備得到的太陽能電池。
【文檔編號】G02F1/15GK106054486SQ201610091727
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年2月18日 公開號201610091727.4, CN 106054486 A, CN 106054486A, CN 201610091727, CN-A-106054486, CN106054486 A, CN106054486A, CN201610091727, CN201610091727.4
【發(fā)明人】楊炳
【申請人】楊炳