[发明专利]一种柔性基染料敏化太阳能电池结构及其制备方法

权利要求书

1.一种柔性基染料敏化太阳能电池结构的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)提供透明柔性衬底，对其进行表面清洁处理，然后采用静电吸附自组装技术在透明柔性衬底表面上制备纳米线网状薄膜，制成透明导电电极；所述纳米线网状薄膜是由若干一维纳米线相互交织排列形成的网状结构；

(2)采用吸附技术在步骤(1)所得透明导电电极的纳米线网状薄膜上吸附二氧化钛纳米颗粒；

(3)将步骤(2)所得到的吸附二氧化钛纳米颗粒的透明导电电极在室温条件下干燥，然后置于染料中浸泡，使二氧化钛纳米颗粒上吸附染料，取出后依次经清洗和干燥即得到柔性基染料敏化太阳能电池的光阳极；

(4)提供表面清洁的透明导电电极，在透明导电电极上制备催化层，得到柔性基染料敏化太阳能电池的对电极；

(5)将所述光阳极和对电极进行组装，获得所述柔性基染料敏化太阳能电池结构；

所述透明柔性衬底的材料为混合纤维素膜、聚乙烯醇膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚二甲基硅氧烷膜；所述一维纳米线为银纳米线、金纳米线或铜纳米线；

步骤(1)中，所述静电吸附自组装技术具体包括如下步骤：

(a)在透明柔性衬底表面接枝季铵盐型或胺盐型阳离子表面活性剂；

(b)制备含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液，过程为：将金属纳米线分散在极性溶剂中，并向极性溶剂中加入阴离子表面活性剂，超声分散，即获得含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液；所述阴离子表面活性剂为羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐和磷酸盐类表面活性剂中的一种或几种；所述极性溶剂为甲醇、乙醇或去离子水；

(c)将步骤(a)中接枝阳离子表面活性剂的透明柔性衬底放入步骤(b)得到的含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液中浸渍，利用静电作用在衬底材料上吸附一层金属纳米线，烘干处理后即在透明柔性衬底上制备得到纳米线网状薄膜；

步骤(b)中，将金属纳米线分散在极性溶剂得到的金属纳米线分散液的浓度为1-6mg/ml；所述含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液中阴离子表面活性剂与金属纳米线的重量比例为1:(10-30)；在金属纳米线分散液中加入阴离子表面活性剂后的超声分散时间为10-20min；

步骤(c)浸渍过程中，含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液在20-50℃条件下以200-500r/min持续搅拌，浸渍时间为10-20min；所述烘干处理的温度为50-70℃，烘干时间为1小时。

2.根据权利要求1所述的柔性基染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在透明导电电极的纳米线网状薄膜上吸附二氧化钛纳米颗粒的具体过程为：首先，将粒径为15-100nm的二氧化钛纳米颗粒以及阳离子表面活性剂加入到去离子水中，并超声1-3小时，得到二氧化钛分散液；然后，将透明导电电极放入二氧化钛分散液中，10-20分钟取出，室温干燥；最后在马弗炉中在100-150℃烧结5-15分钟，取出，放入真空箱中保存；所述阳离子表面活性剂为季铵盐型或胺盐型阳离子表面活性剂；所述二氧化钛分散液浓度为3-10mg/ml，阳离子表面活性剂与二氧化钛纳米粒子质量比为1：(20-50)。

3.根据权利要求1所述的柔性基染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述浸泡条件为：染料溶液浓度为0.1-1mmol/L，浸泡时间为12h以上；所述染料为N3、Z907、N719、黑染料或其他无机染料；染料溶液中的溶剂为无水乙醇。

4.根据权利要求1所述的柔性基染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述透明导电电极为步骤(1)制备的透明导电电极；或者所述透明导电电极为石墨烯透明导电电极或碳纳米管透明导电电极；在透明导电电极上制备催化层的方法为旋涂法、喷涂法或磁控溅射法；所述催化层材料为铂或导电炭黑。

5.根据权利要求1所述的柔性基染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，电极结构组装的过程为：将光阳极和对电极正面相对放置并密封，注入电解质溶液后，得到柔性基染料敏化太阳能电池结构。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法制备的柔性基染料敏化太阳能电池结构，其特征在于：该电池结构包括光阳极、染料、电解质和对电极，所述光阳极是由透明导电电极吸附染料后形成；光阳极的透明导电电极包括透明柔性衬底和衬底上的导电层，所述导电层为纳米线网状薄膜，所述纳米线网状薄膜是由若干一维纳米线相互交织排列形成的网状结构，所述纳米线网状薄膜上覆有二氧化钛纳米颗粒；所述对电极是在透明导电电极上制备催化层后形成，对电极中的催化层与光阳极中的导电层相对放置。