CN109036855A - 石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法 - Google Patents

石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法，石墨烯涂层为多层网状拓扑结构，具有节点并对应节点间隔具有激光孔，可有效保证发电薄片整体透明度，透明采光功能好，利用石墨烯高电子迁移率，可有效提高发电效率，可安装于窗户或者幕墙上，在不改变建筑外貌特征基础上，增加太阳能发电功能，促进新能源的使用，达到建筑节能的效果。

Description

石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法。
背景技术
随着城市化的加速发展，城市的耗电量迅速增加，城市土地资源十分紧张，大面积建造发电站价格高昂，同时不可再生能源的急剧减少引发大量的问题，因此需要有新的能够替代的能源，近年来传统的光伏电池因为占地面积过大，外形固定无法有太大改变，与人类聚集地的条件相冲突导致发展受到了阻碍。窗体和墙面是城市表层与阳光接触最多的建筑材料，有必要针对现有的窗体和墙体，设计一种能在不影响这些建筑材料的正常使用前提下与窗体和墙面有效结合，节约土地资源，又能增大太阳能发电面积的石墨烯复合透明太阳能薄片
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术之不足，本发明提供一种在不影响这些建筑材料的正常使用前提下与窗体和墙面有效结合，既能节约土地资源，又能增大太阳能发电面积的石墨烯复合透明发电薄片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯复合透明发电薄片，包括从上至设置的光阳极基板、光阳极层、电解液层、对电极基板，还包括将光阳极基板与对电极基板之间密封的密封剂，所述的电解液层为透明无色电解液；所述的光阳极层包括喷涂在光阳极基板下表面的石墨烯涂层、旋涂在石墨烯涂层下表面的二氧化钛层和涂覆在二氧化钛层下表面的染料敏化剂层，所述的对电极基板上表面也喷涂有石墨烯涂层，石墨烯涂层由三维多孔石墨烯复合而成多层网状拓扑结构的石墨烯材料构成，所述的石墨烯涂层上对应多层网状拓扑结构具有节点，所述光阳极层的石墨烯涂层对应多层网状拓扑结构的节点处的间隔具有激光孔，且二氧化钛层和染料敏化剂层分布于节点上。
采用上述结构石墨烯涂层制成的石墨烯复合透明发电薄片，相对于传统的太阳能电池，石墨烯涂层对应多层网状拓扑结构的节点处由激光打出激光孔，并在节点上附着二氧化钛层和染料敏化剂层，利用石墨烯的高电子迁移率，可有效提高发电率，且发电薄片具有良好的透明采光功能，耦合太阳光能利用，可达到广电光热综合利用的效果。在建筑领域安装使用此发电薄片，可在不改变原有窗户或者幕墙外貌基础上，增加太阳能发电功能，相对于传统太阳能发电板，价格更为低廉且结构简单安装拆卸方便，便于维护，利用率高。
光阳极基板和对电极基板均为透明钢化玻璃薄片，透明钢化玻璃薄片透明度良好且可承载相对较大的外部压力。
透明无色电解液为乙腈电解液，乙腈电解液无色透明，可保持发电薄片的透明度。
密封剂为聚乙烯醇缩丁醛，在保证密封性的同时可保证发电薄片整体的透明度。
一种石墨烯复合透明发电薄片的制备方法，包括如下制备步骤：
A、通过模板法将普通的氧化石墨转变为具有多孔结构的氧化石墨，利用还原膨胀法制备三维的多孔还原石墨烯，接着用合成技术将制得的三维多孔石墨烯复合为一种多层网状拓扑结构的石墨烯材料；
B、将石墨烯材料分别电喷涂于光阳极基板和对电极基板上；
C、取光阳极基板，并在石墨烯材料上旋涂二氧化钛并附着染料；
D、采用数值模拟的方法定位光阳极基板中石墨烯的节点，并在节点位置处间隔进行激光打孔；
E、将光阳极基板和对电极基板电喷涂石墨烯材料的一面相对，并通过聚乙烯缩丁醛粘合剂半密封，然后向其中注入电解液，最后完全密封。
本发明的有益效果是，本发明提供的石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法，利用石墨烯高电子迁移率，可有效提高发电效率，且石墨烯涂层为多层网状拓扑结构，具有节点并对应节点间隔具有激光孔，可有效保证发电薄片整体透明度，透明采光功能好，可安装于窗户或者幕墙上，在不改变建筑外貌特征基础上，增加太阳能发电功能，促进新能源的使用，达到建筑节能的效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明用于发电窗处的结构示意图。
图3是本发明用于发电幕墙处的结构示意图。
图4是本发明发电薄片的安装连接示意图。
图中1、光阳极基板 2、电解液层 3、对电极基板 4、石墨烯涂层 5、二氧化钛层 6、染料敏化剂层 7、石墨烯复合透明发电薄片 8、窗户框架 9、幕墙玻璃 10、幕墙框架 11、发电薄片 12、正极导线 13、负极导线 14、安装框架 15、蓄电池。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种石墨烯复合透明发电薄片，包括从上至设置的光阳极基板1、光阳极层、电解液层2、对电极基板3，还包括将光阳极基板1与对电极基板3之间密封的密封剂。
光阳极基板1和对电极基板3均为透明钢化玻璃薄片，透明钢化玻璃薄片透明度良好且可承载相对较大的外部压力，在使用过程中可以在一定程度上保护内部的发电结构，使用过程中不易被损坏。
光阳极层包括喷涂在光阳极基板1下表面的石墨烯涂层4、旋涂在石墨烯涂层4下表面的二氧化钛层5和涂覆在二氧化钛层5下表面的染料敏化剂层6，所述的对电极基板3上表面也喷涂有石墨烯涂层4，附着在对电极基板3上的石墨烯涂层4为对电极层。
光阳极层和对电极层的石墨烯涂层4由三维多孔石墨烯复合而成多层网状拓扑结构的石墨烯材料构成。光阳极层的石墨烯涂层4对应多层网状拓扑结构的节点处的间隔具有激光孔，且二氧化钛层5和染料敏化剂层6分布于节点上。在实际生产中，由于石墨烯的结构一般为六边形组合起来的网状结构，石墨烯涂层4上对应多层网状拓扑结构具有节点，可采用数值模拟的方法定位节点位置，而后间隔式的进行激光打孔。
电解液层2为透明无色电解液。透明无色电解液为乙腈电解液，乙腈电解液无色透明，可保持发电薄片的透明度。密封剂为聚乙烯醇缩丁醛，在保证密封性的同时可保证发电薄片整体的透明度。
石墨烯复合透明发电薄片的制备方法，包括如下制备步骤：
A、通过模板法将普通的氧化石墨转变为具有多孔结构的氧化石墨，利用还原膨胀法制备三维的多孔还原石墨烯，接着用合成技术将制得的三维多孔石墨烯复合为一种多层网状拓扑结构的石墨烯材料；
B、将石墨烯材料分别电喷涂于光阳极基板1和对电极基板3上；
C、取光阳极基板1，并在石墨烯材料上旋涂二氧化钛并附着染料；
D、采用数值模拟的方法定位光阳极基板1中石墨烯的节点，并在节点位置处间隔进行激光打孔；
E、将光阳极基板1和对电极基板3电喷涂石墨烯材料的一面相对，并通过聚乙烯缩丁醛粘合剂半密封，然后向其中注入电解液，最后完全密封。
采用上述制备方法制成的石墨烯复合透明发电薄片，具有如下优势：
1、该石墨烯复合透明发电薄片，在具有透明采光功能基础上，耦合太阳光能利用，达到光电光热综合利用的效果。
2、该石墨烯复合透明发电薄片，可广泛应用于建筑领域，安装该薄片后使得传统的窗户或幕墙在不改变原有外貌特征的基础上，增加太阳能发电的功能，同时促进新能源的使用，达到了建筑节能的效果。
3、该石墨烯复合透明发电薄片，利用石墨烯高电子迁移率，提高发电效率。
4、该石墨烯复合透明发电薄片跟传统太阳能发电板相比，能与建筑设施有效结合，节约大量昂贵的土地资源，且价格低廉，对装配工人专业技术的水准要求降低，更易于规模化发展。
5、该石墨烯复合透明发电薄片的结构简单，具有可拆卸的特点，在后期的安装、维修和更换上具有更为方便、安全和快捷的效果，能极大的提高利用率，减少使用者的顾虑。
如图2所示，在实际使用中，可将石墨烯复合透明发电薄片应用于石墨烯太阳能发电窗，将石墨烯复合透明发电薄片与窗户框架8粘连，窗体框架内隐藏导线，与负载连接后构成回路进行发电。该薄片在实际运用中可夹在双层玻璃间，留有一定空隙，使得在应用过程达到散热维持发电效率的作用，并具有一定隔音作用。既能够满足日常的采光需求，又能够利用太阳光发电，且当发电薄片产生故障时，可以直接替换，对装配工人专业技术的水准要求低，造价低廉，便于广泛运用。
如图3所示，在实际使用中，也可将石墨烯复合透明发电薄片应用于石墨烯太阳能发电幕墙，将石墨烯复合透明发电薄片与幕墙玻璃9及幕墙框架10分别粘连，导线隐藏在框架中。其优点在于既能够利用太阳能发电，又不影响幕墙的美观度，同时又能起到一定的保护作用。
无论将石墨烯透明复合发电薄片应用于发电窗还是发电幕墙，都需要先将石墨烯复合透明发电薄片引出正负极而后与蓄电池相连，从而将发电薄片11的电能存储起来用于日常的部分用电。如图4所示，在安装框架14上设计正极导线12、负极导线13，正极导线12和负极导线13则线路连接有蓄电池15。在安装时，将发电薄片11的正负极分别对应正极导线12和负极导线13对应安装即可完成安装。
窗体和墙面是城市表层与阳光接触最多的建筑材料，传统的光伏电池因为占地面积过大，外形固定无法有太大改变，与人类聚集地的条件相冲突导致发展受到了阻碍，而石墨烯复合透明太阳能薄片能在不影响这些建筑材料的正常使用前提下与窗体和墙面有效结合，既能节约土地资源，又能增大太阳能发电面积，在不改变建筑外貌特征基础上，增加太阳能发电功能，促进新能源的使用，达到建筑节能的效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯复合透明发电薄片，其特征在于：包括从上至设置的光阳极基板(1)、光阳极层、电解液层(2)、对电极基板(3)，还包括将光阳极基板(1)与对电极基板(3)之间密封的密封剂，所述的电解液层(2)为透明无色电解液；所述的光阳极层包括喷涂在光阳极基板(1)下表面的石墨烯涂层(4)、旋涂在石墨烯涂层(4)下表面的二氧化钛层(5)和涂覆在二氧化钛层(5)下表面的染料敏化剂层(6)，所述的对电极基板(3)上表面也喷涂有石墨烯涂层(4)，所述的石墨烯涂层(4)由三维多孔石墨烯复合而成多层网状拓扑结构的石墨烯材料构成，石墨烯涂层(4)上对应多层网状拓扑结构具有节点，光阳极层的石墨烯涂层(4)对应多层网状拓扑结构的节点处的间隔具有激光孔，且二氧化钛层(5)和染料敏化剂层(6)分布于节点上。
2.如权利要求1所述的石墨烯复合透明发电薄片，其特征在于：所述的光阳极基板(1)和对电极基板(3)均为透明钢化玻璃薄片。
3.如权利要求1所述的石墨烯复合透明发电薄片，其特征在于：所述的透明无色电解液为乙腈电解液。
4.如权利要求1所述的石墨烯复合透明发电薄片，其特征在于：所述的密封剂为聚乙烯醇缩丁醛。
5.一种石墨烯复合透明发电薄片的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
A、通过模板法将普通的氧化石墨转变为具有多孔结构的氧化石墨，利用还原膨胀法制备三维的多孔还原石墨烯，接着用合成技术将制得的三维多孔石墨烯复合为一种多层网状拓扑结构的石墨烯材料；
B、将石墨烯材料分别电喷涂于光阳极基板(1)和对电极基板(3)上；
C、取光阳极基板(1)，并在石墨烯材料上旋涂二氧化钛并附着染料；
D、采用数值模拟的方法定位光阳极基板中石墨烯的节点，并在节点位置处间隔进行激光打孔；
E、将光阳极基板(1)和对电极基板(3)电喷涂石墨烯材料的一面相对，并通过聚乙烯缩丁醛粘合剂半密封，然后向其中注入电解液，最后完全密封。
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