多型染料敏化太陽能電池及其製備方法與流程
2023-06-02 00:15:21 1
本發明涉及太陽能電池技術領域，更具體地說，涉及一種多型染料敏化太陽能電池及其製備方法。
背景技術：
太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。
太陽能電池與其說是科技發展的產物，不如說是市場需求催化的產物。地球上的石油、煤炭等不可資源頻頻告急，隨之能源問題成為了國家、民族乃至整個世界的重大問題，探尋可再生資源成為了必然的新方向。目前科學工作者們的目光大都集中在光能和風能上，其中光能穩定性強、持續性高，似乎得到的寵愛更高一些。短短幾十年的時間，天陽能電池已經發展成為了一個成熟的產業，其中以光電效應工作的太陽能電池佔據主流。
染料敏化太陽能電池是將色素附著在活化層上，然後通過電解質形成電流。染料敏化太陽能電池製造成本較低，具有很強的競爭力。在製造染料敏化太陽能電池過程中，敏化染料的優劣起著至關重要的作用。現如今，常用到的敏化染料主要是N19染料，但是其結構中的配位鍵強度弱，使得太陽能電池本身穩定性差、效率低、壽命短，太陽能電池的轉換率遠遠不能滿足人們的需求。另外，雖然說太陽能電池利用的光能是可再生資源，但是在前期太陽能電池生產和安裝的過程是一個很耗資本的過程，如何最大限度的提高太陽能電池的穩定性，增加其使用時間，使其利益最大化也變成了一個極其重要的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的的缺陷，提供一種多型染料敏化太陽能電池及其製備方法。
為實現本發明的目的，所採用的技術方案為：
一種多型染料敏化太陽能電池，包括基板、生長在所述的基板的上端間隔排布的多個被染料敏化的半導體層以及覆蓋在所述所述的半導體層上端的覆蓋層；相鄰的所述的半導體層間設有電解質層；所述的基板的下端設有負電極；所述的覆蓋層的上端設有多個正電極；所述的染料為噁二唑、蒽醌、三芳胺或者卟啉中的一種或者多種混合。
所述的基板的材質為透明玻璃或石英，且為N型多晶矽基板；所述基板上設置有防反射層；所述的半導體層的材質為二氧化矽；所述覆蓋層材質為石墨烯；所述電解質層材料透明且絕緣；所述電極為金屬電極。
所述的半導體層的厚度為200nm-10μm。
所述覆蓋層的厚度為250-350nm。
所述電解質層材料為2,2』,7,7』-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9』-螺二芴或聚噻吩中的一種。
本發明還包括一種製備多型染料敏化太陽能電池的方法，步驟如下:1)所述半導體層在染料溶液中浸泡敏化；2)在所述基板上生長多個間隔排布的半導體層；3)在所述半導體層上旋塗電解質形成電解質層；4)在所述的半導體層上端濺射生長覆蓋層；5)對所述基板和覆蓋層進行層壓；6)鋪設正電極和負電極形成太陽能電池；7)對步驟6)上述生產出的太陽能電池進行毛邊處理；8)對步驟7)處理後的太陽能電池進行高壓測試。
步驟1)中半導體層在染料溶液中浸泡的時間至少為20min。
完成步驟(2)後，冷卻至45℃以下進行步驟(3)的操作。
步驟(5)中採用低壓法進行層壓，壓力的範圍為1.2-1.4MPa。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明提供了一種多型染料敏化太陽能電池，以噁二唑、蒽醌、三芳胺或者卟啉為染料對半導體層進行敏化，得到的太陽能電池穩定性高且轉換效率高。
在其製備工藝中首先將活化層，即半導體層單獨進行染料敏化操作，防止了敏化染料對基板造成汙染，減少了使用過程中電子的複合並有效的加快了電子的收集速度，提高了光電轉換效率。本發明在製備方法中還增加了層壓步驟，通過加壓的方式將覆蓋層、半導體層和基板貼合，進一步增加了太陽能電池本體的穩定性和安全性，優選的，在製備方法中對壓層時的壓力進行了限定，保證了太陽能本體的整體的完整性。
附圖說明
圖1為本發明多型染料敏化太陽能電池的結構示意圖；
圖2為本發明多型染料敏化太陽能電池的俯視圖；
圖3為本發明多型染料敏化太陽能電池的仰視圖；
圖4為本發明多型染料敏化太陽能電池的剖視圖；
圖5為本發明多型染料敏化太陽能電池電流-電壓曲線圖；
圖中：1為基板，2為半導體層，3為電解質，4為覆蓋層，5為正電極，6為負電極。
具體實施方式
為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例1，如圖1-4所示提供一種多型染料敏化太陽能電池，包括基板1、生長在所述的基板的上端間隔排布的多個被染料敏化的半導體層2以及覆蓋在所述所述的半導體層上端的覆蓋層4；相鄰的所述的半導體層間設有電解質層3；所述的基板的下端設有負電極6；所述的覆蓋層的上端設有多個正電極4；本實施例中為4個，所述的染料為噁二唑，噁二唑具有良好的熱氧化穩定性；所述半導體層2為二氧化矽，所述半導體層2的敏化染料為噁二唑；所述半導體層2為二氧化矽，所述半導體層2的厚度為800nm；所述基板1為透明玻璃，且為n型多晶矽基板，所述基板1上設置有防反射層；所述覆蓋層4為石墨烯，所述覆蓋層4的厚度為250nm；所述電解質3材料透明且絕緣，所述電解質為2,2』,7,7』-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9』-螺二芴。所述電極為金屬銀電極，依據製備多型染料敏化太陽能電池的方法獲得染料敏化太陽能電池M-1，其所測得的J-V曲線如圖5所示。
實施例2：
實施例2與實施例1的多型染料敏化太陽能電池的結構相同，區別僅在於，
所述半導體層2的敏化染料為噁二唑和蒽醌，且質量濃度比為7:3，混合後的染料具有強烈的不燃性，所述半導體層2的厚度為1μm；所述基板1為透明玻璃，且為n型多晶矽基板，所述覆蓋層4的厚度為350nm；所述電解質層3為聚噻吩；所述電極為金屬銀電極，依據製備多型染料敏化太陽能電池的方法獲得染料敏化太陽能電池M-2，其所測得的J-V曲線如圖5所示。
實施例3：
實施例3與實施例1的多型染料敏化太陽能電池的結構相同，區別僅在於，
所述半導體層2的敏化染料為噁二唑和三芳胺，質量濃度比為8.5:1.5，混合熔點高於500攝氏度，所述半導體層2的厚度為800nm；所述基板1為石英，且為n型多晶矽基板；依據製備多型染料敏化太陽能電池的方法獲得染料敏化太陽能電池M-3，其所測得的J-V曲線如圖5所示。
實施例4：
實施例3與實施例1的多型染料敏化太陽能電池的結構相同，區別僅在於，
所述半導體層2的敏化染料為噁二唑、蒽醌和卟啉，質量濃度比為6.3:1.8:1.9，所述半導體層2的厚度為10μm；所述基板1為透明玻璃，且為n型多晶矽基板；所述覆蓋層4的厚度為300nm；所述電解質3為2,2』,7,7』-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9』-螺二芴；所述電極為金屬銀電極，依據製備多型染料敏化太陽能電池的方法獲得染料敏化太陽能電池M-4，其所測得的J-V曲線如圖5所示。
實施例5：
實施例5與實施例1的多型染料敏化太陽能電池的結構相同，區別僅在於，所述半導體層2的敏化染料為噁二唑、三芳胺和卟啉，質量濃度比為5:2:3，所述半導體層2的厚度為200nm；所述覆蓋層4的厚度為250nm；所述電解質3材料透明且絕緣，所述電解質3為2,2』,7,7』-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9』-螺二芴；所述電極為金屬銀電極，依據製備多型染料敏化太陽能電池的方法獲得染料敏化太陽能電池M-5，其所測得的J-V曲線如圖5所示。
製備實施例1-5所述的多型染料敏化太陽能電池的方法，均採用步驟如下，
1)所述半導體層2在染料溶液中浸泡敏化至少20min，優選的為20-30min；
2)在所述基板1上生長半導體層2；
3)冷卻至45℃後，在所述半導體層2上旋塗電解質3；
4)在所述半導體層2和電解質3上濺射生長覆蓋層4；
5)對所述基板1和覆蓋層4進行層壓，壓力為1.2MPa-1.4MPa；
6)鋪設正電極5和負電極6；
7)對上述生產出的太陽能電池進行毛邊處理；
8)對上述處理後的太陽能電池進行高壓測試。
上述技術方案中未提到的具體方案細節，沒有特別要求，均按照現有技術中成熟的操作進行。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。