一種立體采光式全固態(tài)太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種立體采光式全固態(tài)太陽能電池及其制備方法，所述的太陽能電池包括透明玻璃殼體和封裝在殼體內(nèi)的電池芯，所述的電池芯由內(nèi)至外依次由鈦絲、二氧化鈦納米管陣列薄膜、硫氰酸亞銅薄膜及碳纖維構(gòu)成。本發(fā)明電池是先采用陽極氧化法在鈦絲表面制備二氧化鈦納米管陣列薄膜，并作退火處理；再采用計(jì)時(shí)電位法在二氧化鈦納米管陣列薄膜表面電沉積硫氰酸亞銅薄膜；然后將碳纖維纏繞在硫氰酸亞銅薄膜表面，得到結(jié)構(gòu)為Ti/TiO2/CuSCN/碳纖維的全固態(tài)電池芯；最后將所得電池芯置入透明玻璃管中進(jìn)行封裝制備得到。本發(fā)明提高了太陽能電池對太陽光的利用率和長期工作的穩(wěn)定性，且具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】 一種立體采光式全固態(tài)太陽能電池及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種立體采光式全固態(tài)太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界，能源消耗的絕大部分來源于煤、石油和天然氣。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，人們對能源的需求日益增長，而化石能源儲量的日趨減少、資源瀕臨枯竭、以及業(yè)已造成的環(huán)境污染問題，迫使人們尋找利用清潔可再生的新能源。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，備受世人的關(guān)注，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。
[0003]太陽能電池的開發(fā)利用可以為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題提供有效途徑。目前，太陽能電池的種類已有很多，如硅太陽電池、薄膜太陽電池、有機(jī)太陽電池和染料敏化太陽能電池等等。
[0004]傳統(tǒng)太陽能電池大多采用平板結(jié)構(gòu)，平板結(jié)構(gòu)的太陽能電池主要存在如下缺點(diǎn):除正午時(shí)分太陽光能垂直照射到太陽能電池上外，其余時(shí)間太陽光都是斜射到太陽能電池上，導(dǎo)致對太陽光的利用率不高。
[0005]近年來，3D結(jié)構(gòu)的立體式采光太陽能電池因能從各個(gè)方向吸收太陽光，提高了電池對太陽光的利用率，因而引起科研工作者的極大關(guān)注。但是，目前報(bào)道的3D結(jié)構(gòu)立體采光式太陽能電池主要為液態(tài)電池，其液態(tài)電解質(zhì)含有易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，對電池的長期穩(wěn)定性有不利影響，影響了太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種立體采光式全固態(tài)太陽能電池及其制備方法，以克服平板結(jié)構(gòu)太陽能電池所存在的對太陽光的利用率不高的缺陷及液態(tài)立體采光式太陽能電池所存在的長期工作穩(wěn)定性不好的缺陷，以更好地滿足太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用要求。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種立體采光式全固態(tài)太陽能電池，包括透明玻璃殼體和封裝在殼體內(nèi)的電池芯，其特征在于:所述的電池芯由內(nèi)至外依次由鈦絲、二氧化鈦(T12)納米管陣列薄膜、硫氰酸亞銅(CuSCN)薄膜及碳纖維構(gòu)成，簡記為:Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維。
[0009]作為優(yōu)選方案，在二氧化鈦納米管陣列薄膜與硫氰酸亞銅薄膜間形成p-n異質(zhì)結(jié)。
[0010]本發(fā)明所述的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
[0011]a)用陽極氧化法在鈦絲表面制備二氧化鈦(T12)納米管陣列薄膜，并作退火處理；
[0012]b)用計(jì)時(shí)電位法在二氧化鈦納米管陣列薄膜表面電沉積硫氰酸亞銅(CuSCN)薄膜；
[0013]c)將碳纖維纏繞在硫氰酸亞銅薄膜表面，得到結(jié)構(gòu)為Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維的全固態(tài)電池芯；
[0014]d)將所得電池芯置入透明玻璃管中進(jìn)行封裝。
[0015]作為優(yōu)選方案，步驟a)包括如下操作:
[0016]al)對鈦絲進(jìn)行表面預(yù)處理并清洗、吹干；
[0017]a2)以處理后的鈦絲作為陽極，石墨片作為陰極，以含0.6wt% NH4F和3.5v% H2O的乙二醇溶液作為電解液，利用直流穩(wěn)壓電源控制60V電壓，在室溫及磁力攪拌下進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)0.5?1.5小時(shí)；
[0018]a3)陽極氧化反應(yīng)結(jié)束，用去離子水清洗、空氣流吹干，得到鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜；
[0019]a4)將得到的鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜在400?500°C下熱處理I?3小時(shí)后自然冷卻至室溫。
[0020]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，采用由硝酸與氫氟酸形成的混合水溶液對鈦絲進(jìn)行表面預(yù)處理。
[0021]作為優(yōu)選方案，步驟b)包括如下操作:以步驟a)得到的經(jīng)退火處理后的鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜作為工作電極,鉬絲作為對電極，以體積比為1:1:1:1的0.lmol/L的CuSO4水溶液、0.2mol/L的檸檬酸水溶液、0.2mol/L的KSCN水溶液和去離子水形成的混合溶液作為電解液，利用電化學(xué)工作站在恒電流為0.0002A進(jìn)行電沉積2100?9000秒。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0023]本發(fā)明提供的立體采光式全固態(tài)太陽能電池，可克服平板結(jié)構(gòu)太陽能電池所存在的對太陽光的利用率不高的缺陷及液態(tài)立體采光式太陽能電池所存在的長期工作穩(wěn)定性不好的缺陷，提高了太陽能電池對太陽光的利用率和長期工作的穩(wěn)定性，且具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，有利于促進(jìn)太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用，具有顯著性應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明用陽極氧化法在鈦絲表面制得的二氧化鈦納米管陣列薄膜的SM圖；
[0025]圖2為本發(fā)明用計(jì)時(shí)電位法在二氧化鈦納米管陣列薄膜表面電沉積制得的硫氰酸亞銅薄膜的SEM圖；
[0026]圖3是構(gòu)成本發(fā)明所述的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的電池芯結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:1、鈦絲；2、二氧化鈦(T12)納米管陣列薄膜；3、硫氰酸亞銅(CuSCN)薄膜；4、碳纖維；
[0027]圖4為實(shí)施例1-4所獲得的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的1-V曲線圖，圖中:曲線a為實(shí)施例1 ;曲線b為實(shí)施例2 ;曲線c為實(shí)施例3 ;曲線d為實(shí)施例4 ；
[0028]圖5為實(shí)施例3獲得的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的效率與工作時(shí)間的關(guān)系曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]采用由V(去離子水):V(濃硝酸):V(氫氟酸)=5:4:1形成的混合水溶液對鈦絲進(jìn)行表面預(yù)處理，處理后再用去離子水清洗潔凈，再在空氣流下吹干；
[0032]以預(yù)處理后的鈦絲作為陽極，石墨片作為陰極，以含0.6wt% NH4F和3.5v% H2O的乙二醇溶液作為電解液，利用直流穩(wěn)壓電源控制60V電壓，在室溫及磁力攪拌下進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)I小時(shí)，得到鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜；用去離子水反復(fù)沖洗干凈，并用空氣流吹干，再在450°C下熱處理2小時(shí)后自然冷卻至室溫，其形貌如圖1所示。
[0033]以上述經(jīng)退火處理的鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜作為工作電極，鉬絲作為對電極，以體積比為1:1:1:1的0.lmol/L的CuSO4水溶液、0.2mol/L的檸檬酸水溶液、0.2mol/L的KSCN水溶液和去離子水形成的混合溶液作為電解液，利用電化學(xué)工作站在恒電流為0.0002A進(jìn)行電沉積2100秒，獲得的硫氰酸亞銅薄膜的表面形貌如圖2所示。
[0034]將碳纖維纏繞在硫氰酸亞銅薄膜的表面，即可得到構(gòu)成本發(fā)明所述的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的電池芯，其結(jié)構(gòu)如圖3所示:由內(nèi)至外依次由鈦絲1、二氧化鈦(T12)納米管陣列薄膜2、硫氰酸亞銅(CuSCN)薄膜3及碳纖維4構(gòu)成，簡記為:Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維。
[0035]將上述電池芯置入透明玻璃管中進(jìn)行封裝，即獲得本發(fā)明所述的立體采光式全固態(tài)太陽能電池。
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于:進(jìn)行電沉積的時(shí)間為3600秒，其余內(nèi)容均與實(shí)施例1中所述相同。
[0038]實(shí)施例3
[0039]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于:進(jìn)行電沉積的時(shí)間為5400秒，其余內(nèi)容均與實(shí)施例1中所述相同。
[0040]實(shí)施例4
[0041]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于:進(jìn)行電沉積的時(shí)間為9000秒，其余內(nèi)容均與實(shí)施例1中所述相同。
[0042]效果測試:
[0043]圖4為實(shí)施例1-4所獲得的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的1-V曲線圖，圖中:曲線a為實(shí)施例1 ;曲線b為實(shí)施例2 ;曲線c為實(shí)施例3 ;曲線d為實(shí)施例4 ;由圖4可見:電沉積硫氰酸亞銅薄膜的最佳時(shí)間為5400秒(見圖中的曲線C)，此時(shí)獲得的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的效率達(dá)最聞。
[0044]圖5為實(shí)施例3獲得的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的效率與工作時(shí)間的關(guān)系曲線圖，由圖5可見:本發(fā)明提供的立體采光式全固態(tài)太陽能電池在工作30天后，其能量轉(zhuǎn)換效率幾乎沒有變化，說明具有相當(dāng)穩(wěn)定的電池性能，能夠長時(shí)間安全、穩(wěn)定地工作，具有商業(yè)化應(yīng)用可能。
[0045]最后有必要在此說明的是:
[0046]上述實(shí)施例只用于對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，僅用于幫助理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容做出的非本質(zhì)改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種立體米光式全固態(tài)太陽能電池，包括透明玻璃殼體和封裝在殼體內(nèi)的電池芯，其特征在于:所述的電池芯由內(nèi)至外依次由鈦絲、二氧化鈦納米管陣列薄膜、硫氰酸亞銅薄膜及碳纖維構(gòu)成，簡記為:Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的立體采光式全固態(tài)太陽能電池，其特征在于:在二氧化鈦納米管陣列薄膜與硫氰酸亞銅薄膜間形成P-η異質(zhì)結(jié)。
3.—種權(quán)利要求1所述的立體采光式全固態(tài)太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a)用陽極氧化法在鈦絲表面制備二氧化鈦納米管陣列薄膜，并作退火處理； b)用計(jì)時(shí)電位法在二氧化鈦納米管陣列薄膜表面電沉積硫氰酸亞銅薄膜； c)將碳纖維纏繞在硫氰酸亞銅薄膜表面，得到結(jié)構(gòu)為Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維的全固態(tài)電池芯； d)將所得電池芯置入透明玻璃管中進(jìn)行封裝。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟a)包括如下操作: al)對鈦絲進(jìn)行表面預(yù)處理并清洗、吹干； a2)以處理后的鈦絲作為陽極，石墨片作為陰極，以含0.6wt% NH4F和3.5v% H2O的乙二醇溶液作為電解液，利用直流穩(wěn)壓電源控制60V電壓，在室溫及磁力攪拌下進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)0.5?1.5小時(shí)； a3)陽極氧化反應(yīng)結(jié)束，用去離子水清洗、空氣流吹干，得到鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜； a4)將得到的鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜在400?500°C下熱處理I?3小時(shí)后自然冷卻至室溫。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:采用由硝酸與氫氟酸形成的混合水溶液對鈦絲進(jìn)行表面預(yù)處理。
6.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟b)包括如下操作:以步驟a)得到的經(jīng)退火處理后的鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜作為工作電極，鉬絲作為對電極，以體積比為1:1:1:1的0.lmol/L的CuSO4水溶液、0.2mol/L的檸檬酸水溶液、0.2mol/L的KSCN水溶液和去離子水形成的混合溶液作為電解液，利用電化學(xué)工作站在恒電流為0.0002A進(jìn)行電沉積2100?9000秒。
【文檔編號】H01L31/0264GK104362197SQ201410571211
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】孫明軒, 方亞林, 王瑩, 孫善富, 何佳, 李偉彬 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)