一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法，步骤包括：a、在柔性聚合物导电衬底上制备氧化物多孔膜；b、将氧化物多孔膜干燥后，对氧化物多孔膜于20-30℃下施加0.3MPa-2MPa的压强，施压时长1d-7d；c、将步骤b所得的氧化物多孔膜浸泡在染料溶液中，清洗干燥后获得柔性光阳极层；d、在柔性光阳极层上制备柔性对电极层，并在所述柔性光阳极层与柔性对电极层间灌注电解质，形成电解质层。该方法不同于传统的瞬时施加高压的方式，本发明专利技术中氧化物多孔膜层处在较低的压强下，溶剂逐渐蒸发，形成紧密的结构，具有操作便利、成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法
本专利技术属于太阳电池制作
，特别是涉及一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法。
技术介绍
近年，市场对光伏的需求持续性增长，柔性的染料敏化太阳电池器件成为太阳电池领域的研究热点之一。柔性染料敏化太阳电池的结构包括：在柔性导电衬底上制备的氧化物多孔膜、染料、电解质、柔性对电极。其中，氧化物多孔膜和染料构成光阳极，柔性光阳极的性能对于柔性太阳电池的制备和电池器件的性能具有决定性的影响。柔性光阳极采用的柔性导电衬底中，最具有实用化和经济化前景的是基于聚合物的衬底，目前聚合物衬底最大的问题是可耐受的温度不超过180℃，因此器件各层均要求在低温条件下制备获得。另外，传统染料敏化太阳电池的氧化物多孔膜层需在高温下制备，以获得结晶性能良好的半导体薄膜。受限于低温条件，目前在低温下制备致密连续的氧化物多孔膜薄膜的方法，效果最好的是在20M-200M的压强下用机械加压法制备，但制备工艺相对复杂、成本较高。综上，传统的染料敏化太阳电池器件需在高温下制备，而聚合物衬底的可耐受温度较低，传统的方法难以满足低温的要求，目前在低温下制备染料敏化太阳电池的方法需在较高的压强下完成，但工艺复杂成本高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种在低温低压下制备柔性染料敏化太阳电池的方法，不同于传统的瞬时施加高压的方式，本专利技术中氧化物多孔膜层处在较低的压强下，溶剂逐渐蒸发，形成紧密的结构，具有操作便利、成本低廉的优点。一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法，步骤包括：a、在柔性聚合物导电衬底上制备氧化物多孔膜；b、将氧化物多孔膜干燥后，对氧化物多孔膜于20-60℃下施加0.3MPa-2MPa的压强，施压时长1d-7d；c、将步骤b所得的氧化物多孔膜浸泡在染料溶液中，清洗干燥后获得柔性光阳极层；d、在柔性光阳极层上制备柔性对电极层，并在所述柔性光阳极层与柔性对电极层间灌注电解质，形成电解质层。本专利技术的有益效果是：1、在低温下用低压法制备柔性染料敏化太阳电池，电池器件氧化物多孔膜层处在较低的压强下，溶剂逐渐蒸发，形成的结构紧密，具有操作便利、成本低廉的优点，同时具有操作安全、节约成本和能耗等特点，便于大面积、工业化生产；2、采用低温低压的方法制备柔性电池，便于电池器件与其他设施的集成，更具实用化优势，且制得的柔性染料敏化太阳电池电池各性能优良。附图说明图1为本专利技术的柔性染料敏化太阳电池结构示意图，其中，1为柔性聚合物导电衬底层；2为光阳极层，21为氧化物多孔膜层，22为染料层；3为电解质层；4为对电极层；5为外电路。具体实施方式本专利技术提供了一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法，步骤包括：a、在柔性聚合物导电衬底上制备氧化物多孔膜；b、将氧化物多孔膜干燥后，对氧化物多孔膜于20-30℃下施加0.3MPa-2MPa的压强，施压时长1d-7d；c、将步骤b所得的氧化物多孔膜浸泡在染料溶液中，清洗干燥后获得柔性光阳极层；d、在柔性光阳极层上制备柔性对电极层，并在所述柔性光阳极层与柔性对电极层间灌注电解质，形成电解质层。优选的，步骤a所述柔性聚合物导电衬底包括聚合物/ITO衬底、聚合物/银纳米线衬底。更加优选的，所述聚合物包括聚丙烯酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)。具体的说，聚合物导电衬底优选聚丙烯酸酯/银纳米线衬底、PEN/ITO衬底。优选的，步骤a所述的氧化物多孔膜层采用的氧化物包括氧化钛、氧化锌、氧化锡。氧化物多孔膜层是将导电氧化物浆料，在低温条件下，采用刮涂法、或旋转涂布法、或丝网印刷法在柔性聚合物导电衬底层上制备而成。更加优选的，步骤a所述的氧化物多孔膜层厚度为5μm-30μm。优选的，步骤c所述染料溶液包括钌的多吡啶配合物、酞菁及菁类染料、硫化镉量子点、硒化镉量子点、纳米粒子材料Ⅱ-Ⅵ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅲ-Ⅴ族化合物，如硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅、磷化铟量子点，当染料溶液为有机染料敏化剂时，所选用材料如天然染料叶绿素。优选的，步骤d所述电解质为包含有1-丙基-3-甲基碘化咪唑盐、3-叔丁基吡啶、LiI、I2的乙腈溶液，或Na2SO4/Na2S体系、或Br2/Br-体系、或[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-体系溶液。添加LiI、I2具有氧化-还原对的作用，完成氧化态染料分子的循环再生，添加离子液体丙基-3-甲基碘化咪唑盐和3-叔丁基吡啶以抑制暗电流，提高电池的光电转换效率。电解质层在电荷交换中起媒介作用，且其物质的形态可为液态、固态或准固态。更加优选的，所述1-丙基-3-甲基碘化咪唑盐的浓度为0.6M，3-叔丁基吡啶的浓度为0.5M，LiI的浓度为0.3M，I2的浓度为0.05M。如采用无机量子点染料，步骤d所述电解质宜选用Na2SO4/Na2S体系溶液。优选地，采用电解液溶剂是甲醇与纯水按体积比7:3混合而成，加入了0.5MNa2S、0.125M硫粉及0.2MKCl。进一步优选的，步骤d所述电解质层的厚度为30μm-100μm。优选的，步骤d所述柔性对电极层所用材料包括金、铂、石墨烯，柔性对电极层的厚度为5μm～50μm。下面将结合具体实施例对本专利技术提供的柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法予以进一步说明。实施例一本实施例采用低温低压的方法制备了柔性染料敏化太阳电池，所得电池的结构如附图1所示，具体的制备步骤如下：S1、柔性“聚合物/银纳米线”导电衬底层1的制备：选取玻璃基片清洗干净，在室温25℃下配置银纳米线的异丙醇分散溶液，其中异丙醇的质量浓度为0.1％-1％，用刮墨棒涂布于洁净后的玻璃基片表面，制得厚度为0.7μm的银纳米线薄膜层，所述银纳米线薄膜层的透过率高达83％；将加入了质量浓度为1～5％的光引发剂的丙烯酸酯单体旋转涂布于银纳米线薄膜层的表面，随后将涂有丙烯酸酯单体的银纳米线薄膜层置于紫外灯下，引发丙烯酸酯单体聚合，获得厚度为300μm的聚合物层，冷却后去除玻璃基片，获得柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1；S2、柔性光阳极层2的制备：将市场上购得的TiO2胶体溶液，室温25℃下采用丝网印刷法制备在步骤S1制得的柔性银纳米线聚合物复合导电衬底层1上，待干燥后，用2.5KG的平整铁块压在其上，铁块施加的压强约0.4MPa，待1周后移除，得到15μm厚的氧化物多孔膜层21，然后将制得的氧化物多孔膜层21浸泡在0.5mm的二-四丁铵-双(异硫氰基)双(2，2'-联吡啶-4，4'-二羧基)钌(II)乙醇溶液中，形成染料层22，避光静置12h后取出晾干，即得到柔性光阳极层2；S3、对电极层4的制备：在柔性导电衬底“聚合物/银纳米线”上刮涂铂浆、干燥后得到厚度为43μm的对电极层4；S4、染料电解质层3的制备：配置0.6M1-丙基-3-甲基碘化咪唑盐、0.5M3-叔丁基吡啶、0.3MLiI和0.05MI2的混合乙腈溶液，然后将乙腈溶液灌注在柔性光阳极层2与对电极层4之间，采用导线与负载连接，形成外回路，所述电解质层3的厚度为50μm。采用上述方法制得的太阳电池有效面积为0.16cm2的电池在辐射照度为100mW/cm2模拟太阳光下测得的光电转换效率为0.2％。实施例二本实施例采用低温低压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法，步骤包括：a、在柔性聚合物导电衬底上制备氧化物多孔膜；b、将氧化物多孔膜干燥后，对氧化物多孔膜于20‑30℃下施加0.3MPa‑2MPa的压强，施压时长1d‑7d；c、将步骤b所得的氧化物多孔膜浸泡在染料溶液中，清洗干燥后获得柔性光阳极层；d、在柔性光阳极层上制备柔性对电极层，并在所述柔性光阳极层与柔性对电极层间灌注电解质，形成电解质层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性染料敏化太阳电池的低温低压制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、柔性聚合物/ITO导电衬底层的选取：选取PEN/ITO衬底，所述衬底的方阻值为15ohm/square、透光率为81％；所述PEN为聚萘二甲酸乙二醇酯；所述ITO为铟锡氧化物；S2、光阳极层的制备：将TiO2胶体溶液，室温28℃下采用刮涂法制备在S1的柔性聚合物/ITO导电衬底层上，待干燥后，置于平整的加热装置上，用3.5KG的平整铁块压在其上，铁块施加的压强2MPa，设置温度60℃，保持72小时后移除，制备厚度为12μm的氧化物多孔膜层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊艳，范润洲，邓飞，章晨光，尹细明，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42