一種立體採光式全固態太陽能電池及其製備方法
2023-06-04 02:19:21 3
一種立體採光式全固態太陽能電池及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種立體採光式全固態太陽能電池及其製備方法，所述的太陽能電池包括透明玻璃殼體和封裝在殼體內的電池芯，所述的電池芯由內至外依次由鈦絲、二氧化鈦納米管陣列薄膜、硫氰酸亞銅薄膜及碳纖維構成。本發明電池是先採用陽極氧化法在鈦絲表面製備二氧化鈦納米管陣列薄膜，並作退火處理；再採用計時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；然後將碳纖維纏繞在硫氰酸亞銅薄膜表面，得到結構為Ti/TiO2/CuSCN/碳纖維的全固態電池芯；最後將所得電池芯置入透明玻璃管中進行封裝製備得到。本發明提高了太陽能電池對太陽光的利用率和長期工作的穩定性，且具有結構簡單、緊湊，製作方便、成本低廉等優點。
【專利說明】 一種立體採光式全固態太陽能電池及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明是涉及一種立體採光式全固態太陽能電池及其製備方法，屬於太陽能電池【技術領域】。
【背景技術】
[0002]當今世界，能源消耗的絕大部分來源於煤、石油和天然氣。隨著經濟和社會的發展，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、以及業已造成的環境汙染問題，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，備受世人的關注，世界上許多國家掀起了開發利用太陽能的熱潮。
[0003]太陽能電池的開發利用可以為解決能源危機和環境汙染問題提供有效途徑。目前，太陽能電池的種類已有很多，如矽太陽電池、薄膜太陽電池、有機太陽電池和染料敏化太陽能電池等等。
[0004]傳統太陽能電池大多採用平板結構，平板結構的太陽能電池主要存在如下缺點:除正午時分太陽光能垂直照射到太陽能電池上外，其餘時間太陽光都是斜射到太陽能電池上，導致對太陽光的利用率不高。
[0005]近年來，3D結構的立體式採光太陽能電池因能從各個方向吸收太陽光，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注。但是，目前報導的3D結構立體採光式太陽能電池主要為液態電池，其液態電解質含有易揮發的有機溶劑，對電池的長期穩定性有不利影響，影響了太陽能電池的商業化應用。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種立體採光式全固態太陽能電池及其製備方法，以克服平板結構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立體採光式太陽能電池所存在的長期工作穩定性不好的缺陷，以更好地滿足太陽能電池的商業化應用要求。
[0007]為達上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0008]一種立體採光式全固態太陽能電池，包括透明玻璃殼體和封裝在殼體內的電池芯，其特徵在於:所述的電池芯由內至外依次由鈦絲、二氧化鈦(T12)納米管陣列薄膜、硫氰酸亞銅(CuSCN)薄膜及碳纖維構成，簡記為:Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維。
[0009]作為優選方案，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異質結。
[0010]本發明所述的立體採光式全固態太陽能電池的製備方法，包括如下步驟:
[0011]a)用陽極氧化法在鈦絲表面製備二氧化鈦(T12)納米管陣列薄膜，並作退火處理；
[0012]b)用計時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，得到結構為Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維的全固態電池芯；
[0014]d)將所得電池芯置入透明玻璃管中進行封裝。
[0015]作為優選方案，步驟a)包括如下操作:
[0016]al)對鈦絲進行表面預處理並清洗、吹乾；
[0017]a2)以處理後的鈦絲作為陽極，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，利用直流穩壓電源控制60V電壓，在室溫及磁力攪拌下進行陽極氧化反應0.5?1.5小時；
[0018]a3)陽極氧化反應結束，用去離子水清洗、空氣流吹乾，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小時後自然冷卻至室溫。
[0020]作為進一步優選方案，採用由硝酸與氫氟酸形成的混合水溶液對鈦絲進行表面預處理。
[0021]作為優選方案，步驟b)包括如下操作:以步驟a)得到的經退火處理後的鈦絲/ 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，利用電化學工作站在恆電流為0.0002A進行電沉積2100?9000秒。
[0022]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0023]本發明提供的立體採光式全固態太陽能電池，可克服平板結構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立體採光式太陽能電池所存在的長期工作穩定性不好的缺陷，提高了太陽能電池對太陽光的利用率和長期工作的穩定性，且具有結構簡單、緊湊，製作方便、成本低廉等優點，有利於促進太陽能電池的商業化應用，具有顯著性應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明用陽極氧化法在鈦絲表面製得的二氧化鈦納米管陣列薄膜的SM圖；
[0025]圖2為本發明用計時電位法在二氧化鈦納米管陣列薄膜表面電沉積製得的硫氰酸亞銅薄膜的SEM圖；
[0026]圖3是構成本發明所述的立體採光式全固態太陽能電池的電池芯結構示意圖，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為實施例1-4所獲得的立體採光式全固態太陽能電池的1-V曲線圖，圖中:曲線a為實施例1 ;曲線b為實施例2 ;曲線c為實施例3 ;曲線d為實施例4 ；
[0028]圖5為實施例3獲得的立體採光式全固態太陽能電池的效率與工作時間的關係曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明。
[0030]實施例1
[0031]採用由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行表面預處理，處理後再用去離子水清洗潔淨，再在空氣流下吹乾；
[0032]以預處理後的鈦絲作為陽極，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，利用直流穩壓電源控制60V電壓，在室溫及磁力攪拌下進行陽極氧化反應I小時，得到鈦絲/ 二氧化鈦納米管陣列薄膜；用去離子水反覆衝洗乾淨，並用空氣流吹乾，再在450°C下熱處理2小時後自然冷卻至室溫，其形貌如圖1所示。
[0033]以上述經退火處理的鈦絲/ 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，利用電化學工作站在恆電流為0.0002A進行電沉積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，即可得到構成本發明所述的立體採光式全固態太陽能電池的電池芯，其結構如圖3所示:由內至外依次由鈦絲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行封裝，即獲得本發明所述的立體採光式全固態太陽能電池。
[0036]實施例2
[0037]本實施例與實施例1的區別僅在於:進行電沉積的時間為3600秒，其餘內容均與實施例1中所述相同。
[0038]實施例3
[0039]本實施例與實施例1的區別僅在於:進行電沉積的時間為5400秒，其餘內容均與實施例1中所述相同。
[0040]實施例4
[0041]本實施例與實施例1的區別僅在於:進行電沉積的時間為9000秒，其餘內容均與實施例1中所述相同。
[0042]效果測試:
[0043]圖4為實施例1-4所獲得的立體採光式全固態太陽能電池的1-V曲線圖，圖中:曲線a為實施例1 ;曲線b為實施例2 ;曲線c為實施例3 ;曲線d為實施例4 ;由圖4可見:電沉積硫氰酸亞銅薄膜的最佳時間為5400秒(見圖中的曲線C)，此時獲得的立體採光式全固態太陽能電池的效率達最聞。
[0044]圖5為實施例3獲得的立體採光式全固態太陽能電池的效率與工作時間的關係曲線圖，由圖5可見:本發明提供的立體採光式全固態太陽能電池在工作30天後，其能量轉換效率幾乎沒有變化，說明具有相當穩定的電池性能，能夠長時間安全、穩定地工作，具有商業化應用可能。
[0045]最後有必要在此說明的是:
[0046]上述實施例只用於對本發明的技術方案做進一步詳細說明，僅用於幫助理解本發明的技術內容，不能理解為對本發明保護範圍的限制。本領域的技術人員根據本發明的上述內容做出的非本質改進和調整均屬於本發明所要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種立體米光式全固態太陽能電池，包括透明玻璃殼體和封裝在殼體內的電池芯，其特徵在於:所述的電池芯由內至外依次由鈦絲、二氧化鈦納米管陣列薄膜、硫氰酸亞銅薄膜及碳纖維構成，簡記為:Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維。
2.如權利要求1所述的立體採光式全固態太陽能電池，其特徵在於: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異質結。
3.—種權利要求1所述的立體採光式全固態太陽能電池的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: a)用陽極氧化法在鈦絲表面製備二氧化鈦納米管陣列薄膜，並作退火處理； b)用計時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，得到結構為Ti/Ti02/CuSCN/碳纖維的全固態電池芯； d)將所得電池芯置入透明玻璃管中進行封裝。
4.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，步驟a)包括如下操作: al)對鈦絲進行表面預處理並清洗、吹乾； a2)以處理後的鈦絲作為陽極，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，利用直流穩壓電源控制60V電壓，在室溫及磁力攪拌下進行陽極氧化反應0.5?1.5小時； a3)陽極氧化反應結束，用去離子水清洗、空氣流吹乾，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小時後自然冷卻至室溫。
5.如權利要求4所述的製備方法，其特徵在於:採用由硝酸與氫氟酸形成的混合水溶液對鈦絲進行表面預處理。
6.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，步驟b)包括如下操作:以步驟a)得到的經退火處理後的鈦絲/ 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，利用電化學工作站在恆電流為0.0002A進行電沉積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 優先權日:2014年10月23日
【發明者】孫明軒, 方亞林, 王瑩, 孫善富, 何佳, 李偉彬 申請人:上海工程技術大學