一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用，本發(fā)明具體是將染料敏化太陽能電池與長余輝材料SrAl2O4:Eu,Dy結合形成可在白天和夜晚發(fā)電的全天候太陽能電池，本發(fā)明充分利用長余輝材料SrAl2O4:Eu,Dy在白天吸收太陽光，在夜晚激發(fā)綠光的特點以及發(fā)光時間長、發(fā)光強度高的優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)太陽能電池在暗環(huán)境條件下無法發(fā)電的缺點，賦予染料敏化太陽能電池在暗環(huán)境中發(fā)電的性能，真正實現(xiàn)太陽能電池的全天候發(fā)電。同時，所述全天候染料敏化太陽能電池在夜晚激發(fā)綠光時還具有照明和觀賞的用途，本發(fā)明制備方法簡便易行、成本低廉、適用范圍廣。
【專利說明】
一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池及其制備方法和應用
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領域，特別涉及一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]目前，染料敏化太陽能電池因其穩(wěn)定性好、制備工藝簡單、成本低、清潔無污染等特性，在國民生活中占據重要地位，具有良好的發(fā)展前景。但因其只能在白天且光照充足的條件下使用，又限制了使用范圍，因此尋找一種可以可在夜晚發(fā)電的新型染料敏化太陽能電池是當前社會急需解決的問題。全天候染料敏化太陽能電池是傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池與長余輝材料Sr Al 2Ο4: Eu，Dy的結合，充分利用了長余輝材料在白天吸收太陽光，在夜晚激發(fā)綠光的特點以及發(fā)光時間長、發(fā)光強度高的優(yōu)勢結合，克服普通染料敏化太陽能電池夜晚不能發(fā)電的問題，同時具有照明與觀賞性，因此具有較大的理論意義和使用價值。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池不能在暗環(huán)境中發(fā)電的缺點，提供了一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法和應用。本發(fā)明首先是制備具有高催化活性和高穩(wěn)定性的透明MxSe對電極，然后將長余輝材料SrAl2O4:Eu ,Dy沉積在透明MxSe對電極背面，本發(fā)明充分利用長余輝材料的低成本、良好的吸光-發(fā)光性和穩(wěn)定性，使染料敏化太陽能電池在黑暗環(huán)境發(fā)電成為可能，具有重要的實用價值和經濟價值。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn):
本發(fā)明提供了一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟:
(1)、配置濃度為I?3mmol/L的金屬氯化物水溶液、濃度為80?120mmol/L氯化鋰水溶液和濃度為I?3mmol/L的亞砸酸水溶液；
(2)、按摩爾濃度比為金屬氯化物:氯化鋰:二氧化砸=1:40-60: I，配置成均勻的反應溶液；
(3)、在步驟(2)中的反應溶液中放入清洗干凈的FTO或ITO導電玻璃基體作為工作電極、以Ag/AgCl電極為參比電極、以Pt電極為對電極組裝成三電極體系，采用電化學沉積法在導電玻璃基體表面沉積均勻的MxSe對電極，經水洗、真空干燥，得到干燥的透明MxSe對電極；
(4)、在步驟(3)制備的MxSe對電極的不導電一面沉積長余輝材料薄膜，制備成MxSe/導電玻璃/長余輝材料電極；
(5)、采用溶膠-水熱法制備二氧化鈦膠體，將二氧化鈦膠體涂于FTO或ITO導電玻璃基體上，控制膜厚度5?15微米，經煅燒制備介孔二氧化鈦薄膜；
(6)、將步驟(5)制備的二氧化鈦薄膜浸入0.2?0.5mmoI/L的N719染料中形成染料敏化二氧化鈦光陽極；
(7)、將步驟(4)制備的MxSe/導電玻璃/長余輝材料電極與步驟(6)制備的染料敏化二氧化鈦光陽極組合成導電玻璃/ 二氧化鈦/MxSe/導電玻璃/長余輝材料的疊層結構，并經熱壓密封，在二氧化鈦/MxSe之間的空隙中注入氧化還原電解質組裝成所述全天候染料敏化太陽能電池。
[0005]進一步的:所述步驟(I)金屬氯化物水溶液中的金屬為鐵、鈷、鎳、銅、鈀、鉬或釕中的一種。
[0006]進一步的:所述步驟(3)中采用的電化學沉積方法為恒電壓法、恒電流法或循環(huán)伏安法。
[0007]進一步的:所述步驟(4)中的長余輝材料為SrAh04:Eu，Dy。
[0008]進一步的:所述步驟(4)中采用的SrAl204:Eu,Dy粒徑為I?5微米，綠光激發(fā)強度為20~60yff/cm2o
[0009]本發(fā)明還提供了利用所述的制備方法制得的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池。
[0010]進一步的:所述染料敏化太陽能電池在白天光照強度下的開路電壓為700?750mW、短路電流密度為16?19mA/cm2、填充因子為0.65?0.75、光電轉換效率7?10%。
[0011 ]進一步的:所述染料敏化太陽能電池在夜晚下的開路電壓為0.12-0.25mW、短路電流密度為0.8-1.5mA/cm2、填充因子為13?20、光電轉換效率1.5~3%。
[0012]本發(fā)明還提供了所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池在制備電池組件、電站和路燈中的應用。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和技術效果是:
(I)、發(fā)電時間長。按照本發(fā)明技術方案制備的全天候染料敏化太陽能電池，不僅可以在白天發(fā)電，在夜晚也可以通過長余輝材料發(fā)電。發(fā)電時間增加一倍，真正實現(xiàn)染料敏化電池全天候發(fā)電。
[0014](2)、穩(wěn)定性好。長余輝材料光強為1?30yW cm—1，發(fā)光時間在6_ 1小時，穩(wěn)定性好。
[0015](3)、制備方法簡單。染料敏化太陽能電池是通過傳統(tǒng)的制備方法制備的。對電極采用電化學沉積方法為恒電壓法、恒電流法或循環(huán)伏安法。
[0016]本發(fā)明方法簡便易行、成本低廉，采用本發(fā)明全天候染料敏化太陽能電池發(fā)電時間長、穩(wěn)定性高，制備方法簡便易行、成本低廉。不僅可以用于光照下發(fā)電，還可以更廣泛應用于暗環(huán)境等。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所制備的全天候染料敏化太陽能電池示意圖，其中a:全天候染料敏化太陽能電池的結構和在白天的發(fā)光示意圖；b:全天候染料敏化太陽能電池的結構和在夜晚的發(fā)光不意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明所制備的全天候染料敏化太陽能電池的J-V曲線圖。
[0019]圖3為本發(fā)明所用全天候染料敏化太陽能電池在夜晚的觀賞性展示。
【具體實施方式】
[0020]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細的說明。
[0021]實施例1
一、本發(fā)明所述能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法具體包括以下步驟:
1、反應溶液的配置:配置濃度為I?3mmol/L的金屬氯化物水溶液，濃度為80?120mmol/L氯化鋰水溶液和濃度為I?3mmol/L的亞砸酸水溶液，所述金屬氯化物水溶液為鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽、銅鹽、鈀鹽、鉬鹽或釕鹽中的一種。
[0022]2、按摩爾濃度比為金屬氯化物:氯化鋰:二氧化砸=1:40:1,配置成均勻的反應溶液。
[0023 ] 3、在步驟(2)中的反應溶液中放入清洗干凈的FTO或ITO導電玻璃基體作為工作電極、以Ag/AgCl電極為參比電極、以Pt電極為對電極組裝成三電極體系，采用電化學沉積法在導電玻璃基體表面沉積均勻的MxSe對電極，經水洗、真空干燥，得到干燥的透明MxSe對電極。
[0024]4、在上述步驟中制備的MxSe對電極的背面沉積長余輝材料薄膜，制備成MxSe/FT0(ITO)導電玻璃/長余輝材料電極。
[0025]5、采用溶膠-水熱法制備二氧化鈦膠體，將二氧化鈦膠體涂于FTO或ITO導電玻璃基體上，控制膜厚度5?15微米，經450 °C煅燒制備介孔二氧化鈦薄膜。
[0026]6、將上述方法制備的二氧化鈦薄膜浸入0.2-0.5mmol/L的N719染料中形成染料敏化二氧化鈦光陽極。
[0027]7、將已制備好的MxSe/FTO (I TO)導電玻璃/長余輝材料電極與已制備好的染料敏化二氧化鈦光陽極組合成FTO(ITO)導電玻璃/ 二氧化鈦/MxSe/FT0(IT0)導電玻璃/長余輝材料疊層結構，并采用Surlyn膜經熱壓密封，在二氧化鈦/MxSe之間的空隙中注入氧化還原電解質組裝成新型全天候染料敏化太陽能電池。
[0028]通過上述制備方法獲得的染料敏化太陽能電池在模擬太陽光照(光照強度:1001^/0112)下的開路電壓為700~7501111、短路電流密度為16~1911^/0112、填充因子為0.65~
0.75、光電轉換效率7?10%;在夜晚下的開路電壓為0.12?0.25mW、短路電流密度為0.8?1.5mA/cm2、填充因子為13?20、光電轉換效率1.5?3%。
[0029]圖1為新型全天候染料敏化太陽能在(a)白天和(b)夜晚發(fā)電時的示意圖。
[0030]圖2本發(fā)明所制備的全天候染料敏化太陽能電池的J-V曲線圖。大圖為染料敏化太陽能電池在白天模擬光照下以及在夜晚熒光照射下的J-V曲線圖，插圖為染料敏化太陽能電池在夜晚熒光照射下的J-V曲線放大圖。從圖2中可以看到雖然長余輝材料照射下電流密度較小，但長余輝材料本身光強較弱，所以計算出的效率仍然可達1.5?3%。
[0031]圖3是本發(fā)明所用全天候染料敏化太陽能電池在夜晚的觀賞性展示。大面積使用長余輝材料時制備的染料敏化太陽能電池有觀賞性的同時，可以當做照明使用。
[0032]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明所要求保護的技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于它包括以下步驟: (1)、配置濃度為I?3mmoI/L的金屬氯化物水溶液、濃度為80?120mmo I/L氯化鋰水溶液和濃度為I?3mmol/L的亞砸酸水溶液； (2)、按摩爾濃度比為金屬氯化物:氯化鋰:二氧化砸=1:40?60:1，配置成均勻的反應溶液； (3)、在步驟(2)中的反應溶液中放入清洗干凈的FTO或ITO導電玻璃基體作為工作電極、以Ag/AgCl電極為參比電極、以Pt電極為對電極組裝成三電極體系，采用電化學沉積法在導電玻璃基體表面沉積均勻的MxSe對電極，經水洗、真空干燥，得到干燥的透明MxSe對電極； (4)、在步驟(3)制備的MxSe對電極的不導電一面沉積長余輝材料薄膜，制備成MxSe/導電玻璃/長余輝材料電極； (5)、采用溶膠-水熱法制備二氧化鈦膠體，將二氧化鈦膠體涂于FTO或ITO導電玻璃基體上，控制膜厚度5?15微米，經煅燒制備介孔二氧化鈦薄膜； (6)、將步驟(5)制備的二氧化鈦薄膜浸入0.2-0.5mmo 1/L的N719染料中形成染料敏化二氧化鈦光陽極； (7)、將步驟(4)制備的MxSe/導電玻璃/長余輝材料電極與步驟(6)制備的染料敏化二氧化鈦光陽極組合成導電玻璃/ 二氧化鈦/MxSe/導電玻璃/長余輝材料的疊層結構，并經熱壓密封，在二氧化鈦/MxSe之間的空隙中注入氧化還原電解質組裝成所述全天候染料敏化太陽能電池。2.根據權利要求1所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)金屬氯化物水溶液中的金屬為鐵、鈷、鎳、銅、鈀、鉬或釕中的一種。3.根據權利要求1所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中采用的電化學沉積方法為恒電壓法、恒電流法或循環(huán)伏安法。4.根據權利要求1所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中的長余輝材料為SrAh04: Eu，Dy。5.根據權利要求4所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中采用的SrAl204:Eu，Dy粒徑為I?5微米，綠光激發(fā)強度為20?60yff/cm2o6.權利要求1?5任一項所述的制備方法制得的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池。7.根據權利要求6所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池，其特征在于:所述染料敏化太陽能電池在白天光照強度下的開路電壓為700?750mW、短路電流密度為16?19mA/cm2、填充因子為0.65?0.75、光電轉換效率7?10%。8.根據權利要求6所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池，其特征在于:所述染料敏化太陽能電池在夜晚下的開路電壓為0.12-0.25mW、短路電流密度為0.8?1.5mA/cm2、填充因子為13?20、光電轉換效率1.5?3%。9.根據權利要求7所述的能在白天和夜晚發(fā)電的全天候染料敏化太陽能電池在制備電池組件、電站和路燈中的應用。
【文檔編號】H01G9/20GK105869894SQ201610338169
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】唐群委, 張悅, 楊培志, 賀本林, 陳海燕
【申請人】中國海洋大學