本发明专利技术提供了一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用，本发明专利技术具体是将氧化石墨烯通过电泳在ITO导电玻璃基体沉积并通过还原形成石墨烯电极，并在FTO导电玻璃基体沉积对电极或者使用铂片做对电极，与染料敏化太阳能电池结合形成新型太阳能电池。本发明专利技术充分利用石墨烯的稳定性高、导电性好以及对阳离子的吸附性强，并进行创造性设计，赋予染料敏化太阳能电池在雨天发电的性能。本发明专利技术提供的在雨天发电的太阳能电池的制备方法简单、性能稳定、成本低廉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能电池领域，涉及一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，太阳能电池在经济发展中依然占据重要地位，但因其使用条件有限，只能在晴天且光照充足条件下使用，因此寻找一种新型高效率且能适应不同天气的太阳能电池是当前人类亟待解决的重要问题。石墨烯对雨水中的阳离子具有良好的吸附性，与石墨烯复合的染料敏化太阳能电池克服了雨天不能发电的问题，因此，开发能在雨天发电的染料敏化太阳能电池具有重要的理论意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的太阳能电池使用条件的局限性的缺点，提供了一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用，本专利技术首先是制备石墨烯电极，然后制备染料敏化太阳能电池，最后将其复合得到能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。本专利技术充分利用石墨烯制备方法简单，且稳定性高、吸附性好，导电率高，离域电子丰富的优点，提供了能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术提供了一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤：(1)、在冰浴条件下将石墨粉：硝酸钠：高锰酸钾按照质量比为1～2：1：5～8分散在浓硫酸中，搅拌制得混合溶液；(2)、移除冰浴，将所述混合溶液加热并搅拌，再加入去离子水及双氧水直至气泡消失；(3)、再将溶液离心并清洗至上清液pH=3～4，将得到的混合物再次分散到水中并超声分散，离心去除黑色残渣获得均匀悬浮液；(4)、将硝酸铟溶解在乙酰丙酮中，并滴加二乙醇胺，配制浓度为0.1～0.2mol/L的硝酸铟乙酰丙酮溶液，在60ºC～65ºC下回流、搅拌；(5)、将氯化锡溶解在乙醇中，配制饱和氯化锡乙醇溶液；(6)、按铟/锡摩尔比为8～12：1将所述硝酸铟乙酰丙酮溶液与所述饱和氯化锡乙醇溶液混合，制备ITO溶胶；(7)、将步骤(6)中的ITO溶胶旋涂至FTO导电玻璃的玻璃面，经煅烧，制备得到沉积ITO/玻璃/FTO导电玻璃；(8)、在步骤（3）的均匀悬浮液中放入步骤（7）的ITO/玻璃/FTO导电玻璃，采用电泳法在ITO层沉积氧化石墨烯；(9)、将步骤（8）中负载氧化石墨烯的ITO/玻璃/FTO导电玻璃放入碘化氢中浸泡10～15小时还原，得到负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极；(10)、在步骤（9）中的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极的FTO层上沉积对电极；(11)、制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；(12)、将步骤（11）制备的二氧化钛薄膜浸入0.2～0.5mmol/L的染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极；(13)、所述步骤（10）制备的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO对电极和步骤（12）制备的染料敏化二氧化钛光阳极组合，并在中间注入液体电解质组装成所述能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。进一步的：所述步骤（2）中将所述溶液通过水浴加热至30～40ºC，并搅拌30～40分钟。进一步的：所述步骤（4）中二乙醇胺加入1～3滴。进一步的：所述步骤（8）中采用的电泳法沉积电压为5V，时间为2小时。进一步的：所述步骤（10）中的对电极为铂、合金、导电聚合物、碳、化合物中的一种。进一步的：所述步骤（11）控制膜厚为5～15 µm，经450°C煅烧30分钟制备介孔二氧化钛薄膜。进一步的：所述步骤（13）中的液体电解质是含有I-/I3-氧化还原电对的乙腈溶液。本专利技术还提供了所述的制备方法制得的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。本专利技术还提供了所述的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池在光照条件下发电的应用，所述染料敏化太阳能电池的开路电压为650～800 mV、短路电流为8～18mA·cm-2、填充因子为0.5～0.8、光电转换效率为5.0～11.0%。本专利技术还提供了所述的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池在下雨条件下发电的应用，所述染料敏化太阳能电池的电流为0.9～4.9μA/滴雨、电压为30～60μV/滴雨、功率为30～300pW/滴雨。本专利技术采用上述技术方案后，主要有以下优点：(1)、应用范围广。所述能在雨天发电的染料敏化太阳能电池对雨水中阳离子具有良好的吸附性，使雨天发电具备条件。(2)、稳定性好。按照所述技术方案制备的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池，1000s内电流电压基本无衰减现象。 (3)、制备方法简单。石墨烯是Hummers法制备，制备方法简单。本专利技术方法简便易行、成本低廉，采用本专利技术制备的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池稳定性高、电导率好、阳离子吸附性好。不仅可以用于白天发电，还可以更广泛应用于雨水发电等。附图说明图1为本专利技术所制备的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池结构示意图。图2为本专利技术所制备的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池在不同模拟雨水滴速下的电流、电压、功率输出图，其中图a是电流图，图b是电压图，图c是功率图，图d是雨滴在石墨烯电极上的接触角以及滴加纯水的电流和电压输出图。图3为本专利技术所制备能在雨天发电的染料敏化太阳能电池在不同浓度模拟雨水下的电流、电压、功率输出图，其中图a是电流图，图b是电压图，图c是功率输出图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。实施例1一、本专利技术所述具有高吸附性和高稳定性的能在雨天发电的染料敏化太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：1、将天然石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾在冰浴条件下按照质量比1：1：5溶解在质量分数为98%的浓硫酸中，搅拌5～10分钟。2、移除冰浴，将所述溶液加热至35℃，搅拌30～40分钟后，加入60～100mL去离子水及10～20mL质量分数为30%的双氧水直至气泡消失。3、将所述溶液在转速7200rpm下离心30分钟，并清洗至上清液pH=3～4，得到的混合物再次分散到水中并超声15～20分钟，然后在转速3000rpm下离心3分钟后去除黑色残渣获得均匀悬浮液。4、将硝酸铟溶解在乙酰丙酮中，并滴加2滴二乙醇胺，配制浓度为0.1～0.2mol/L的硝酸铟溶液在60ºC～65ºC下回流、搅拌。5、将氯化锡溶解在乙醇中，配制饱和氯化锡乙醇溶液。6、按铟/锡摩尔比为8：1将所述硝酸铟乙酰丙酮溶液与所述饱和氯化锡乙醇溶液混合，制备ITO溶胶。7、将步骤6中的ITO溶胶旋涂至FTO导电玻璃的玻璃面，并经550ºC煅烧30分钟，制备得到沉积ITO/玻璃/FTO导电玻璃。8、将ITO/玻璃/FTO导电玻璃浸于去离子水、丙酮、乙醇中超声清洗，最后用去离子水冲洗，吸干水分并晾干。在步骤（3）的所述均匀悬浮液中放入所述步骤7的干净的ITO/玻璃/FTO导电玻璃，采用电泳法在ITO一侧沉积氧化石墨烯。采用的电泳法沉积电压为5V，时间为2小时。9、将步骤8的负载氧化石墨烯的ITO/玻璃/FTO导电玻璃放入碘化氢中浸泡10小时，用乙醇清洗后得到负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极。10、在ITO/玻璃/FTO导电玻璃基体的FTO一侧沉积对电极。所述对电极为铂、合金、导电聚合物、碳、化合物中的一种。11、通过溶胶-水热法制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，控制膜厚为5～15 µm，经45本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)、在冰浴条件下将石墨粉：硝酸钠：高锰酸钾按照质量比为1～2：1：5～8分散在浓硫酸中，搅拌制得混合溶液；(2)、移除冰浴，将所述混合溶液加热并搅拌，再加入去离子水及双氧水直至气泡消失；(3)、再将溶液离心并清洗至上清液pH=3～4，将得到的混合物再次分散到水中并超声分散，离心去除黑色残渣获得均匀悬浮液；(4)、将硝酸铟溶解在乙酰丙酮中，并滴加二乙醇胺，配制浓度为0.1～0.2mol/L的硝酸铟乙酰丙酮溶液，在60ºC～65ºC下回流、搅拌；(5)、将氯化锡溶解在乙醇中，配制饱和氯化锡乙醇溶液；(6)、按铟/锡摩尔比为8～12：1将所述硝酸铟乙酰丙酮溶液与所述饱和氯化锡乙醇溶液混合，制备ITO溶胶；(7)、将步骤(6)中的ITO溶胶旋涂至FTO导电玻璃的玻璃面，经煅烧，制备得到沉积ITO/玻璃/FTO导电玻璃；(8)、在步骤(3)的均匀悬浮液中放入步骤（7）的ITO/玻璃/FTO导电玻璃，采用电泳法在ITO层沉积氧化石墨烯；(9)、将步骤(8)中负载氧化石墨烯的ITO/玻璃/FTO导电玻璃放入碘化氢中浸泡10～15小时还原，得到负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极；(10)、在步骤(9)中的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极的FTO层上沉积对电极；(11)、制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；(12)、将步骤(11)制备的二氧化钛薄膜浸入0.2～0.5mmol/L的染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极；(13)、所述步骤(10)制备的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO对电极和步骤(12)制备的染料敏化二氧化钛光阳极组合，并在中间注入液体电解质组装成所述能在雨天发电的染料敏化太阳能电池。...
【技术特征摘要】
1.一种能在雨天发电的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)、在冰浴条件下将石墨粉：硝酸钠：高锰酸钾按照质量比为1～2：1：5～8分散在浓硫酸中，搅拌制得混合溶液；(2)、移除冰浴，将所述混合溶液加热并搅拌，再加入去离子水及双氧水直至气泡消失；(3)、再将溶液离心并清洗至上清液pH=3～4，将得到的混合物再次分散到水中并超声分散，离心去除黑色残渣获得均匀悬浮液；(4)、将硝酸铟溶解在乙酰丙酮中，并滴加二乙醇胺，配制浓度为0.1～0.2mol/L的硝酸铟乙酰丙酮溶液，在60ºC～65ºC下回流、搅拌；(5)、将氯化锡溶解在乙醇中，配制饱和氯化锡乙醇溶液；(6)、按铟/锡摩尔比为8～12：1将所述硝酸铟乙酰丙酮溶液与所述饱和氯化锡乙醇溶液混合，制备ITO溶胶；(7)、将步骤(6)中的ITO溶胶旋涂至FTO导电玻璃的玻璃面，经煅烧，制备得到沉积ITO/玻璃/FTO导电玻璃；(8)、在步骤(3)的均匀悬浮液中放入步骤（7）的ITO/玻璃/FTO导电玻璃，采用电泳法在ITO层沉积氧化石墨烯；(9)、将步骤(8)中负载氧化石墨烯的ITO/玻璃/FTO导电玻璃放入碘化氢中浸泡10～15小时还原，得到负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极；(10)、在步骤(9)中的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO电极的FTO层上沉积对电极；(11)、制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；(12)、将步骤(11)制备的二氧化钛薄膜浸入0.2～0.5mmol/L的染料中形成染料敏化二氧化钛光阳极；(13)、所述步骤(10)制备的负载石墨烯的ITO/玻璃/FTO对电极和步骤(12)制备的染料敏化二氧化钛...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐群委，张悦，杨培志，贺本林，陈海燕，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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