[发明专利]以碳纳米管/聚合物复合膜为对电极的染料敏化太阳能电池

权利要求书

1.一种以碳纳米管/聚合物复合膜为对电极的染料敏化太阳能电池，其特征在于在染料敏化太阳能电池中以碳纳米管/聚合物复合薄膜替代铂作为对电极而获得；所述碳纳米管/聚合物复合薄膜中碳纳米管垂直于薄膜表面，并且均匀分布，而且薄膜表面有大量的碳纳米管末端开口。

2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）制备对电极，在附有碳纳米管/聚合物复合薄膜的FTO玻璃基板表面滴加溶剂，待挥发掉后，复合薄膜和FTO玻璃之间通过范德华力紧密地连接在一起，并在120-200摄氏度下退火，得到含有碳纳米管/聚合物复合薄膜的对电极；

（2）制备工作电极，在FTO玻璃上使用丝网印刷法印刷上一层4-15微米厚的纳米晶二氧化钛层，然后在450-550摄氏度下煅烧25--35分钟并退火；等温度降到25-150摄氏度时，将其转移到0.5mM/L的N719染料溶液中浸泡 12--18小时，取出，得到吸附了大量染料的工作电极，并用乙腈进行清洗；

（3）最后将工作电极和对电极通过一个环形衬底进行封装，封装压力为0.1-0.5MPa，温度为110-140摄氏度，通过对电极上的小孔注入电解液；然后使用微型盖玻片和衬底封住小孔，得到完整的电池。 

3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于碳纳米管/聚合物复合薄膜的制备步骤为：首先，通过化学气相沉积法得到碳纳米管阵列，阵列中碳纳米管具有高度的取向性；然后，采用渗透法，使聚合物单体渗入碳纳米管阵列内部，再加热固化形成复合材料；最后，通过切片机对样品切片得到碳纳米管/聚合物复合薄膜。

4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于碳纳米管/聚合物复合薄膜制备的具体操作步骤为：

第一，包埋原液的配制

在“EPON 812”配方基础上，增加DT-2型增韧剂；配制的方法为：

首先，配置溶液 A和溶液B：溶液A由环氧树脂和十二烯基丁二酸酐按体积比62：100的比例组成，溶液B由环氧树脂和甲基纳迪克酸酐按体积比100 ：89的比例组成；配好的A液和B液在超声清洗器里面超声10-30分钟，使之均匀分散；

然后，将溶液A和溶液B以2：8的体积比混合，加入溶液A和溶液B总体积10%的增韧剂，最后加入溶液A和溶液B总体积的1％～2％的固化促进剂2、4、6三（二甲氨基甲基）苯酚，超声10-30分钟，充分混合，得到包埋原液；

第二，环氧树脂的渗透

首先，配试剂1、试剂2、试剂3和试剂4，试剂1按照丙酮：包埋原液=10：1至2：1的体积比配制，试剂2按照丙酮：包埋原液=2：1至1：2的体积比配制，试剂3按照丙酮：包埋原液=1：2至1：10的体积比配制，试剂4为纯的包埋原液；然后，将碳纳米管阵列浸入试剂1中，浸泡3-24小时，再转移入试剂2中，浸泡3-24小时，接着转移入试剂3中，浸泡3-24小时，最后转移入试剂4中，浸泡12-36小时；

第三，包埋固化

把在试剂4中浸泡后的样品放入合适的模具中，然后注入包埋原液，在聚合箱中常压下40-100摄氏度固化10-100小时，即得到用环氧树脂包埋的碳纳米管阵列；

第四，对包埋样品进行切片

对包埋好的样品用切片机进行切片，得到碳纳米管/聚合物复合薄膜，复合膜的厚度范围为50纳米到50微米。

5.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于碳纳米管/聚合物复合膜中的碳纳米管阵列的制备步骤为： 

合成碳纳米管阵列的催化剂结构为Si/SiO₂/Al₂O₃/Fe，其中，SiO₂厚度为300-1000 μm，Al₂O₃厚度为10-30 nm，Fe厚度为0.5-1.5 nm，Al₂O₃位于硅片和Fe的中间，作为缓冲层，Fe作为催化剂，它们分别通过电子束蒸发镀膜仪在硅片上沉积一层纳米厚度的膜；采用化学气相沉积法，用乙烯做碳源，以氩气和氢气作为载气，在有氧化层Si基片上合成高度取向的碳纳米管阵列；其中乙烯流量为190-290 sccm，氩气流量为400-620 sccm，氢气流量为20-48 sccm，在管式炉中生长5-20 min。