[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池及其制备领域，特别涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)与其它太阳能电池相比，制造成本低、制造设备简单，因而迅速引起了人们的关注。但由于传统平板形态电池结构和工艺的限制，现在的平板式传统光伏电池的制造成本中，透明导电基板等占的比例还相当高，导致单位发电量的成本还居高不下，难以达到民用级商品的成本水平，限制了染料敏化太阳能电池的大规模应用。

柔性染料敏化太阳能电池因重量轻，成本低、可进行辊到辊的大规模生产和具有相对更宽的使用领域等优势已成为流行。当前柔性染料敏化太阳能电池的研究大多集中在聚合物/ITO基板上，且相应电池的效率已与传统光伏电池相当。不过脆性ITO膜的使用，大大限制了器件的灵活性；且大多数聚合物又存在耐热性和耐疲劳较差等缺陷。因此Kang等提出了用不锈钢箔作工作电极基底的染料敏化太阳能电池，电池效率可达4.2％。但是金属基材存在沉重和不透明的缺陷。近期，研究通过改变光电极的结构来克服这个问题。具有三维捕光能力的纤维型光伏器件用来替代传统平板光伏器件极具发展潜力，由于低成本，无ITO，重量轻，柔性好和可与当前纺织技术混合使用等优势，已引起外界极大的兴趣。

本发明的发明人范兴等早期申请的中国专利200610114454.7公开了一种染料敏化太阳能电池及其工作电极，该工作电极包括导电性丝状基体和敏化半导体薄膜，敏化半导体薄膜为由吸附有敏化染料分子的大小各异的半导体离子构成的多孔薄膜结构，敏化半导体薄膜包覆在导电性丝状基体外表面。在该发明中，采用不锈钢丝或合金丝等作为导电丝状基体，其中不锈钢丝不易加工，难做成复合材料，合金丝成本高，重量重。在该文件中还提到，也可以使用非金属导电丝线，如碳纤维等，还可以在非导电性材料制成的丝状芯外包裹导电性材料皮，但是并没有给出具体适合的导电性材料，也没有给出如何制备该种光阳极及染料敏化太阳能电池。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种敏化太阳能电池光阳极，原材料来源广泛、成本低，质量轻、可以自由变形、易于串并联的廉价的光阳极，特别适合用于要求特定驱动电源的狭小异形空间。本发明的另一目的在于提供了该种光阳极的制备方法，该方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉，不会产生有毒气体，对环境友好。

本发明的第一目的是这样实现的：一种染料敏化太阳能电池光阳极，其特征在于：该光阳极的导电基底为表面镀镍的纤维丝，在导电基底的表面覆盖氧化半导体膜层，然后经吸附光敏染料后得到。

作为优选：所述导电基底为表面镀镍的金属纤维丝或不导电纤维丝。

所述不导电纤维丝为碳纤维丝或涤纶纤维丝或棉纤维丝或玻璃纤维丝。

作为优选：所述纤维丝的直径为10um-1mm，所述镀镍层的厚度为10nm-10um。

作为优选：所述氧化半导体膜层为纳米氧化锌或纳米氧化钛膜层，所述氧化半导体膜层的厚度为0.5-50um。

本发明采用表面镀镍的纤维丝作为导电基底，不含透明导电氧化物，原材料来源广泛、成本低，质量轻、可以自由变形、易于串并联的廉价的光阳极，特别适合用于要求特定驱动电源的狭小异形空间。

本发明的第二目的是这样实现的：根据权利要求5所述染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，按照如下步骤完成：

（1）、在纤维丝表现镀镍，将表面镀镍的纤维丝用乙醇超声洗净，自然晾干；

（2）、将镀镍的纤维丝浸泡在0.1-1.0mol/L乙酸锌溶液和0.1-1.0mol/L六亚甲基四胺等体积混合的混合溶液中2-6min，取出干燥，烧结得到表面覆有氧化锌纳米颗粒层的镀镍复合纤维；

（3）将步骤（2）得到的复合纤维悬挂于水热反应釜中，釜内含浓度均为0.01-0.07mol/L的乙酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液，再将反应釜置于70-140℃环境中反应8-12h，洗净、干燥，得到表面覆有半导体氧化锌的镀镍复合纤维；

（4）再将得到的样品浸入染料溶液中，室温浸泡15-30h后取出，晾干得到染料敏化的光阳极。

该方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉，不会产生有毒气体，对环境友好。

有益效果：本发明的染料敏化太阳能电池的新型光阳极及电池，不含透明导电氧化物，以表面镀镍的纤维为导电基底，不仅扩大了染料敏化太阳能电池光阳极导电基底的材料范围，同时在DSSC电池中具有极强的应用价值。制备方法操作简单，对设备的要求不高，生产成本相对低廉，不会产生有毒气体，对环境友好。