一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器，屬于新能源節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，光陽極的導(dǎo)電玻璃層一面與光陽極的納米多孔半導(dǎo)體層一面形成電氣接觸，所述的導(dǎo)電玻璃層的下表面為納米多孔半導(dǎo)體層，納米多孔半導(dǎo)體層的下表面為敏化染料層，敏化染料層的下表面為氧化還原電解質(zhì)層，氧化還原電解質(zhì)層的下表面為對電極。本發(fā)明專利技術(shù)利用石墨烯強(qiáng)度高和載流能力強(qiáng)的優(yōu)勢，使石墨烯與TiO

A new type of environmental solar energy collector based on sensitizing dyes

The invention relates to a novel dye-sensitized solar energy collector based on the environment, which belongs to the technical field of new energy saving, light anode side conductive glass layer with nano porous semiconductor layer is formed on the other side of the light anode electrical contact, the surface layer of the conductive glass of the nano porous semiconductor layer, the nano porous semiconductor layer under the surface for dye sensitized dye layer layer, the lower surface of the redox electrolyte layer, redox electrolyte layer on the surface of electrode. The invention utilizes the advantages of high strength of graphene and strong current carrying capacity to make graphene and TiO

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器
本專利技術(shù)涉及一種新能源節(jié)能
，特別涉及一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器。
技術(shù)介紹
如何開發(fā)利用太陽能，是解決目前能源問題的行之有效的手段之一。目前太陽能電池是能較好的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，而較被看好的太陽能電池有兩個系統(tǒng)。一個為硅質(zhì)多晶硅半導(dǎo)體固態(tài)電池模塊，另一為含有液態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池。目前發(fā)展最成熟的太陽能電池是硅基太陽能電池，單晶硅太陽能電池的效率已達(dá)到25％以上，但是它對材料的純度要求高、制作工藝復(fù)雜、成本昂貴，這極大地限制了它的廣泛應(yīng)用。另一種染料敏化納米晶太陽能電池，其使用的原料成本低，且制造容易，僅需簡單的制造設(shè)備，故可大幅地降低太陽能電池的制作成本，目前被公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ脑偕茉粗唬瞧涔怆娹D(zhuǎn)化效率僅為7.1％。典型的染料敏化納米晶太陽能電池由光陽極、電解質(zhì)、敏化劑和對電極四部分組成，其中光陽極一般為TiO2薄膜電極，對電極一般為鉑對電極。其中對電極主要起催化還原電解質(zhì)的作用，為了保證對電極具有足夠的催化活性，典型的做法是引入鉑作為催化材料。但是，鉑作為貴金屬，不僅增加了材料的成本，而且因長時間浸泡在電解質(zhì)中，存在易被腐蝕的現(xiàn)象(生成PtI4)。因此，研制成本低、高穩(wěn)定性的催化材料成為迫切需要解決的問題。DSSC光陽極上的半導(dǎo)體材料多采用多孔TiO2，它是染料分子的載體，同時分離并傳輸電荷。而目前，為了提高染料電池的光電轉(zhuǎn)化效率，主要采用兩個方法，一是增大TiO2比表面積和改善TiO2表面活性；二是尋找替代TiO2的其它半導(dǎo)體材料。針對增大TiO2比表面積和改善TiO2表面活性的解決方式，專利技術(shù)名稱一種染料敏化太陽能電池，申請?zhí)枮?01610123180.1，給出相似的解決方式在光電極遠(yuǎn)離導(dǎo)電媒介的一側(cè)設(shè)光吸收層，增加光的吸收量，在對電極遠(yuǎn)離導(dǎo)電媒介的一側(cè)設(shè)有光反射層，可以使透過對電極中第二透明基板的沒有被吸收的光反射回到太陽能電池中，重而解決光利用率不高的問題，但是其沒有從根本上解決光的反應(yīng)效率的問題。針對尋找可以替代TiO2的其它半導(dǎo)體材料的解決方法，專利技術(shù)名稱一種基于表面等離子體增強(qiáng)原理的太陽能電池及其制備方法，申請?zhí)枮?01410126280.0，公開了在寬禁帶半導(dǎo)體上面組裝一層光激發(fā)染料，同時在石墨烯片上蒸鍍金屬膜，并通過退火形成金屬納米顆粒；然后將形成有金屬納米顆粒的石墨烯組裝在吸附有染料的半導(dǎo)體上，在光照下，金屬納米顆粒的局域表面等離激元可以極大的增強(qiáng)顆粒周圍的局域電磁場，所匯聚的光場能量可使光激發(fā)染料的電子空穴對得到有效分離，進(jìn)而通過寬禁帶半導(dǎo)體讓光生電子與空穴分開，提高電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率，但是其使用工藝和技術(shù)沒能最大限度的提升電子傳導(dǎo)率和抑制電荷復(fù)合率，提升光電轉(zhuǎn)化效率的作用非常有限。因此，有必要針對上述的問題，改進(jìn)現(xiàn)有的染料敏化太陽能電池，使其能夠克服使用鉑作為對電極的腐蝕問題，和替代TiO2半導(dǎo)體材料時，能更高效的提升染料電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服
技術(shù)介紹
中的問題，本專利技術(shù)提出一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器，其采用石墨烯與TiO2制備納米多孔的半導(dǎo)體，解決采用鍍膜工藝對染料敏化納米晶太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率提升不大的問題，同時使用石墨烯作為催化劑代替鉑作對電極帶來的腐蝕問題。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是按照以下方式實現(xiàn)的：所述的一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器包括光陽極、敏化染料層、氧化還原電解質(zhì)層、對電極，所述的光陽極包括導(dǎo)電玻璃層和納米多孔半導(dǎo)體層，所述的導(dǎo)電玻璃層一面與納米多孔半導(dǎo)體層一面形成電氣接觸；導(dǎo)電玻璃層的下表面為納米多孔半導(dǎo)體層，納米多孔半導(dǎo)體層的下表面為敏化染料層，敏化染料層的下表面為氧化還原電解質(zhì)層，氧化還原電解質(zhì)層的下表面為對電極，所述的納米多孔半導(dǎo)體層由石墨烯與TiO2混合制備；所述的對電極由石墨烯制備。所述的制備對電極的石墨烯為納米片狀。所述的納米多孔半導(dǎo)體層的厚度為40-50um。所述的石墨烯納米片厚度為40-50um。所述的納米多孔半導(dǎo)體層的制造步驟如下：步驟a.將TiO2晶粉及石墨烯粉末分別以60-80℃加熱、烘干10-20min，除去多余的濕氣。步驟b.將2.5-3g重的納米級的TiO2晶粉與0.5g石墨烯粉末放入研缽中，再以研磨杵將產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象的TiO2晶粉與石墨烯粉末均勻研磨開來。步驟c.1-2min后，加入5-6滴經(jīng)稀釋，PH值為3-4的乙酸溶液，繼續(xù)研磨，重復(fù)上述過程直至形成質(zhì)感滑順的膠質(zhì)懸浮物。步驟d.停止研磨，得到石墨烯與TiO2混合制備的納米多孔半導(dǎo)體層材料。進(jìn)一步的，所述的納米多孔半導(dǎo)體層的制造步驟a中的TiO2晶粉加熱的溫度為65℃，加熱時間為15min。進(jìn)一步的，所述的納米多孔半導(dǎo)體層的制造步驟c中的間隔時間為1min，稀釋到PH值為3-4。所述的對電極的制造步驟如下：步驟a.將石墨烯GNs、羧甲基纖維素CMC、乙醇水溶液通過研磨混合直至形成碳漿狀態(tài)，其中石墨烯GNs和羧酸基纖維素CMC的質(zhì)量比為5-10：1。步驟b.使用刮刀將獲得的步驟a中的碳漿狀態(tài)的石墨烯GNs、羧甲基纖維素CMC、乙醇水溶液的混合物涂覆在氟摻雜氧化錫FTO的導(dǎo)電玻璃上，形成厚度為40-50um的碳膜。c.將步驟b中得到的涂覆有碳膜的導(dǎo)電玻璃在100-150℃的條件下，保溫1-2h制得對電極。進(jìn)一步的，所述的對電極的制造步驟中步驟b中將碳漿狀態(tài)的石墨烯GNs、羧甲基纖維素CMC、乙醇水溶液的混合物涂覆在氟摻雜氧化錫FTO的導(dǎo)電玻璃上，使形成碳膜的厚度為45um。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)利用石墨烯的優(yōu)良物理化學(xué)性能制造染料敏化納米晶太陽能電池，充分利用其強(qiáng)度高的性能和載流子遷移率高的特點，一方面使用石墨烯和TiO2經(jīng)過一定的工藝條件制成納米多孔半導(dǎo)體層，提高了染料敏化納米晶太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率，另一方面，使用石墨烯經(jīng)過科學(xué)改進(jìn)替代Pt作為對電極的催化劑，克服了Pt作為對電極易被腐蝕，材料成本高、穩(wěn)定性低的問題，降低了染料敏化納米晶太陽能電池的制造成本。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為染料敏化納米晶太陽能電池工作原理示意圖；圖3為TiO2晶粉及石墨烯質(zhì)量比例不同時的短路電流曲線圖；圖4為石墨烯GNs與羧甲基纖維素CMC的質(zhì)量比例不同時的短路電流曲線圖。圖中，1-導(dǎo)電玻璃層、2-納米多孔半導(dǎo)體層、3-光陽極、4-敏化染料層、5-氧化還原電解質(zhì)層、6-對電極。具體實施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚、明白，下面將結(jié)合附圖，對本專利技術(shù)的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，以方便技術(shù)人員理解。如圖2所示，在太陽能電池中，光電轉(zhuǎn)換過程通常可分為光激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，電子空穴對的分離、向外電路的輸送等三個。其中S3位敏化劑的激發(fā)態(tài)，S0為敏化劑的基態(tài)，S+為敏化劑的氧化態(tài)，和傳統(tǒng)的p-n結(jié)太陽能電池不同，在染料敏化納米晶太陽電池中，光的捕獲和電荷的傳輸是分開進(jìn)行的，光的捕獲是由染料分子完成的，染料分子吸收光子后，處在激發(fā)態(tài)的染料分子產(chǎn)生了中心離子到配體的電荷遷移，電子通過配體注入到TiO2的導(dǎo)帶，再通過多孔的TiO2薄膜傳輸?shù)焦怅枠O，從外電路通過負(fù)載傳輸?shù)椒措姌O，同時染料分子被電解質(zhì)中的I-離子還原，實現(xiàn)了電荷的分離，電解質(zhì)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器，其特征在于：所述的基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器包括光陽極、敏化染料層、氧化還原電解質(zhì)層、對電極，所述的光陽極包括導(dǎo)電玻璃層和納米多孔半導(dǎo)體層，述的導(dǎo)電玻璃層一面與納米多孔半導(dǎo)體層一面形成電氣接觸；導(dǎo)電玻璃層的下表面為納米多孔半導(dǎo)體層，納米多孔半導(dǎo)體層的下表面為敏化染料層，敏化染料層的下表面為氧化還原電解質(zhì)層，氧化還原電解質(zhì)層的下表面為對電極，所述的納米多孔半導(dǎo)體層由石墨烯與TiO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器，其特征在于：所述的基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器包括光陽極、敏化染料層、氧化還原電解質(zhì)層、對電極，所述的光陽極包括導(dǎo)電玻璃層和納米多孔半導(dǎo)體層，述的導(dǎo)電玻璃層一面與納米多孔半導(dǎo)體層一面形成電氣接觸；導(dǎo)電玻璃層的下表面為納米多孔半導(dǎo)體層，納米多孔半導(dǎo)體層的下表面為敏化染料層，敏化染料層的下表面為氧化還原電解質(zhì)層，氧化還原電解質(zhì)層的下表面為對電極，所述的納米多孔半導(dǎo)體層由石墨烯與TiO2混合制備；所述的對電極由石墨烯制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器，其特征在于：所述的納米多孔半導(dǎo)體層的厚度為40-50um。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于敏化染料的新型環(huán)境太陽能量采集器，其特征在于：所述的制備對電極的石墨烯為納米片狀。4.制造如權(quán)利要求1所述的納米多孔半導(dǎo)體層的方法，其特征在于：所述的納米多孔半導(dǎo)體層，其制造步驟如下：步驟a.將TiO2晶粉及石墨烯粉末分別以60-80℃加熱、烘干10-20min，除去多余的濕氣；步驟b.將2.5-3g重的納米級的TiO2晶粉與0.5g石墨烯粉末放入研缽中，再以研磨杵將產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象的TiO2晶粉與石墨烯粉末均勻研磨開來...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李曉寧，吳婷婷，易晶正，宮大為，劉洋，葉小龍，梁巍，陳亮，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51