[发明专利]富勒烯蓄能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种能将所吸收的太阳能、机械能或静电能转换成直流电能的富勒烯蓄能电池。

背景技术

有机/聚合物异质结太阳能电池，由于其具有重量轻、制备简单、成本低、可制成柔性器件(可卷曲或折叠型)等优点，近年来受到了国内外研究者的广泛重视。1993年N.S.Sariciftci(Synth.Met，1993.59：333-352)提出了共轭聚合物/富勒烯(C₆₀)异质结太阳能电池中共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象，C₆₀分子具有的超快速电子转移功能，引起了全世界的关注，人们开始了研发C₆₀/聚合物电池的新方向。1994-1995年G.Yu等人制备了电子给体-受体互穿网络型的聚合物/富勒烯(C₆₀)本体异质结型太阳能电池，把聚合物太阳能电池的光电转换效率η提高到了2.91％(Science，1995.270：1789-1791)。C₆₀/聚合物型太阳能电池按电池结构成份(形态)可分为：C₆₀/聚合物双层膜(异质结)，和C₆₀/聚合物或高聚物的单层膜(同质结)。在C₆₀型的电池中，电子给体材料一般为共轭聚合物，如聚噻吩和聚苯亚乙烯衍生物等；而电子受体材料一般为C₆₀的衍生物PCBM，其中研究最多的是聚3-烷基噻吩(P3HT)/PCBM和MEH-PPV/PCBM两类“本体-异质结”太阳能电池。W.Ma等(Adv.Funct.Mater.，2005，15：1617-1622)采用优化电池结构，对P3HT/PCBM的聚合物太阳能电池通过热处理，光电转换效率提高到了4-5％，开路电压V_oc＝0.607V，短路电流I_sc＝10.631mA/C m²，填充系数FF＝0.617，这是目前P3HT/PCBM体系最高的光电转换效率；但与传统硅基板太阳能电池的光电转换效率η＝12％相比还比较低，通常认为η＝8％的光电转换效率是可实现商业化应用的最低值。所以，进一步提高此类太阳能电池的转换效率是当前聚合物太阳能电池研究的重点。椐国外最新的研究报道(太阳能，2007.5：64)，WaKe ForestUniversity的研究人员最近宣称通过使用类似于树叶纹理的光吸收塑料，制成了“纳米灯丝”(nano filaments)使电池具有更厚的吸收层，可捕捉更多的太阳光，已将塑料太阳能电池的光电转换效率提高到了6％以上。2007年7月13日出版的美国“科学”杂志上刊登了美国加洲大学圣芭芭拉分校的Alan Heeger教授(2000年诺贝尔化学奖得主)和韩国科学家李光熙等人利用植物光合作用原理研制出的塑料太阳能电池，其光电转换效率已达到6.5％，Heeger认为该技术可在三年后进入市场。

目前影响和决定C₆₀/聚合物型太阳能电池光电转换效率偏低的主要原因是：(1)吸收光谱与太阳光谱不匹配，使太阳光利用率低；(2)载流子迁移率低，致使电荷传输效率低；(3)共轭聚合物给体和受体C₆₀的聚集态及它们之间的相分离会严重影响给体/受体互穿网的形成，从而影响到电荷的分离与传输；(4)C₆₀的溶解性极大地制约了它的优良的电子受体功能的发挥和和应用范围；(5)C₆₀经共价改性后的衍生物极大地削弱了C₆₀分子特有的可逆还原氧化的优异性能，也使原本游离态C₆₀分子具有高速转动(10⁵～10⁶Hz)效应在能量交换和吸收过程中的“天性”完全丧失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术目前存在的主要不足之处，经发明人长期从事催化剂探索研究和工业实践，特别是对富勒烯材料基础研究的积累，深深地洞察到富勒烯分子本身蕴藏着“质量、能量和信息”，在分子体系中表现出多电子受体的功能和可逆还原氧化特性；又根据绿色植物光合作用原理和机制，开发成功了能将所吸收的太阳光能、机械能和静电能转化为直流电能的富勒烯蓄能电池。

本发明的另一目的是提供一种富勒烯蓄能电池液及其制备方法。

本发明提供的富勒烯蓄能电池包括下列结构电池：

阳极(+)/富勒烯蓄能电池液的芯/阴极(-)；