CN101567273B - 三极结构的储能型染料敏化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三极结构的储能型染料敏化太阳能电池及其制备方法，包括三电极，对电极、光阳极和储能电极；所述储能型染料敏化太阳能电池的两边部分分别为对电极和光阳极，电池中间充满电解液；所述电解液中设置有储能电极；制备方法包括储能电极的制备、光阳极的制备，将对电极、光阳极和储能电极组装在一起，连接导线、封装，注入电解液，形成三电极结构的染料敏化太阳能电池。本发明的储能电池能在光照工作的同时储存电能，没有光照的时候释放储存的能量，无光照时也可正常工作，制备方法简单，成本低，制备的电池工作性能好，具有有益的经济效益。

Description

三极结构的储能型染料敏化太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种三极结构的储能型染料敏化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池是藉由染料做为吸光材料，染料中价电层电子受光激发，要升至高能阶层，进而传导至纳米二氧化钛半导体的导电层，在经由电极引至外部。失去电子的染料则经由电池中电解质得到电子，电解质一般是由I-/I3 -溶于有机溶剂中形成。自从上世纪90年代初，瑞士科学家以TiO2为阳电极把染料敏化太阳能电池的光电转化效率提高到6-7％以后，在世界上引起了广泛地关注，目前，这一电池的光电转化效率已达到11％的水平。然而，在没有光照的条件下，这种电池是无法正常工作的。因此，开发储能的染料敏化太阳能电池成为解决这一问题的有效方法，但是没有三极结构的储能型染料敏化太阳能电池及其制备方法的研究报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种三极结构的储能型染料敏化太阳能电池及其制备方法，该电池能在光照工作的同时储存电能，没有光照的时候释放储存的能量，无光照时也可正常工作，制备方法简单，成本低，制备的电池工作性能好，具有有益的经济效益。
本发明的三极结构的储能型染料敏化太阳能电池：包括三电极，对电极、光阳极和储能电极；所述储能型染料敏化太阳能电池的两边部分分别为对电极和光阳极，电池中间充满电解液；所述电解液中设置有储能电极；所述的储能电极为表面负载聚吡咯-活性炭的金属网；所述三电极通过导线连接。
本发明的三极结构的储能型染料敏化太阳能电池的制备方法为：
(1)储能电极的制备：在聚吡咯-活性炭中加入其质量5-15％的粘结剂，在研钵中研磨使其混合均匀，然后加入有机溶剂使其成为浆状，将浆料均匀涂覆在金属网上，70℃干燥30分钟，最后将网浸入Nafion溶液，取出放入100-200℃烘箱干燥1-5分钟；制备成储能电极备用；
(2)光阳极的制备：将TiO2纳米晶和粘结剂混合，制得浆料(TiO2与粘结剂的重量比＝6-8∶4-2)，用丝网印刷将制得的浆料印在导电玻璃上，在450-525℃温度下焙烧2h；上述步骤重复1-5次，然后将其浸渍在光敏染料N719中1-7天后取出；制备成光阳极备用；
(3)按照所述结构，将对电极、光阳极和储能电极组装在一起，连接导线、注入电解液，封装，形成三电极结构的染料敏化太阳能电池。
本发明的优点是：本发明将现有的染料敏化太阳能电池进行改造，添加设置表面负载聚吡咯-活性炭的金属网储能电极，制备成可以在无光条件下也可以正常工作的太阳能电池，打破了以往太阳能电池无光条件下不能工作的局限性，具有显著的独创性，并且结构合理紧凑，制备方法简单，成本低，制备的电池工作性能好，具有有益的经济效益。
附图说明
图1是本发明的三极结构的储能型染料敏化太阳能电池结构示意图，其中1导电玻璃，2敏化染料，3TiO2，4封装材料，5电解液，6储能电极，7导电玻璃对电极，8导线。
图2是本发明的三极结构的储能型染料敏化太阳能电池在光照条件下工作状态示意图，其中9太阳光。
图3是本发明的三极结构的储能型染料敏化太阳能电池在没有光照条件下工作状态示意图。
具体实施方式
本发明的储能型染料敏化太阳能电池的两边部分分别为对电极和光阳极，电池中间充满电解液；所述电解液中设置有储能电极；所述的储能电极为表面负载聚吡咯-活性炭的金属网；所述三电极通过导线连接，外部采用封装材料封装。
对电极为镀铂的导电玻璃，光阳极为负载有纳米TiO2和光敏染料的导电玻璃，金属网为不锈钢金属网或钛金属网。
所述的电解液为常规光敏化电池的电解液，如含I-/I3-的有机溶剂。
本发明的储能型染料敏化太阳能电池在光照条件下工作时，工作原理与普通光敏化电池原理基本一致，不同的是，一部分电子会通过导线储存在储能电极中，工作状态如图2中所示；当没有光源的时候，电子从储能电极中释放，使电池可以继续正常的工作，工作状态如图3中所示。
以下通过实施例具体说明本发明的储能型染料敏化太阳能电池的制作过程。
实施例
(1)储能电极的制备：在聚吡咯-活性炭混合原料中加入其质量5-15％的粘结剂，在研钵中研磨使其混合均匀，然后加入适当量的有机溶剂使其成为浆状(有机溶剂的加入量多少不会对浆料性能有影响，只要加入到研磨后的物料呈泥浆状就可以了)，将浆料均匀涂覆在金属网上，70℃干燥30分钟，最后将网浸入Nafion溶液，取出放入100-200℃烘箱干燥1-5分钟；制备成储能电极备用；
(2)光阳极的制备：将TiO2纳米晶和粘结剂混合，制得浆料(TiO2与粘结剂的重量比＝6-8∶4-2请补充TiO2纳米晶和粘结剂的用量比，并注明是体积或重量比等等，可以是一个比值范围)，用丝网印刷将制得的浆料印在导电玻璃上，在450-525℃温度下焙烧2h；上述步骤重复1-5次，然后将其浸渍在光敏染料N719中1-7天后取出；制备成光阳极备用；
(3)按照所述结构，将对电极、光阳极和储能电极组装在一起，连接导线、注入电解液，封装，形成三电极结构的染料敏化太阳能电池。
以上所述步骤(1)和步骤(2)的粘结剂采用cellulose和PVDF粘结剂。所述步骤(1)中的有机溶剂采用N，N-二甲基甲酰胺，电解液为常规光敏化电池的电解液：含I-/I3-的有机溶剂，以上所用的原料均为市售商品。
将该电池在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下光照15分钟后，移走光源，放电量达11.9mC/cm2。
本发明的特征是组装出简单三电极结构的储能型染料敏化太阳能电池，具有光充电和能量储存的特性。

Claims (5)

1.一种三极结构的储能型染料敏化太阳能电池的制备方法，所述的储能型染料敏化太阳能电池包括三电极，对电极、光阳极和储能电极；所述储能型染料敏化太阳能电池的两边部分分别为对电极和光阳极，电池中间充满电解液；所述电解液中设置有储能电极；所述的储能电极为表面负载聚吡咯-活性炭的金属网；所述三电极通过导线连接，其特征在于：所述电池的制备过程为：
(1)储能电极的制备：在聚吡咯-活性炭混合原料中加入其质量5-15％的粘结剂，在研钵中研磨使其混合均匀，然后加入有机溶剂使其成为浆状，将浆料均匀涂覆在金属网上，70℃干燥30分钟，最后将网浸入Nafion溶液，取出放入100-200℃烘箱干燥1-5分钟；制备成储能电极备用；
(2)光阳极的制备：将TiO2纳米晶和粘结剂混合，制得浆料，所述TiO2与粘结剂的重量比＝6-8∶4-2，用丝网印刷将制得的浆料印在导电玻璃上，在450-525℃温度下焙烧2h；上述步骤重复1-5次，然后将其浸渍在光敏染料N719中1-7天后取出；制备成光阳极备用；
(3)按照所述结构，将对电极、光阳极和储能电极组装在一起，连接导线、注入电解液，封装，形成三电极结构的染料敏化太阳能电池；所述步骤(1)和步骤(2)的粘结剂采用cellulose和PVDF粘结剂，所述步骤(1)中的有机溶剂采用N，N-二甲基甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的储能型染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的储能型染料敏化太阳能电池还包括封装材料。
3.根据权利要求1所述的储能型染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的对电极为镀铂的导电玻璃。
4.根据权利要求1所述的储能型染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的光阳极为负载有纳米TiO2和光敏染料的导电玻璃。
5.根据权利要求1所述的储能型染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的金属网为不锈钢金属网或钛金属网。 
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