一種快速制備大面積染料敏化太陽能電池的裝置及方法。本發明專利技術涉及新能源領域中的染料敏化太陽能電池制造工藝的優化。染敏電池研究中目前亟待解決的一個關鍵問題就是光電轉化效率和電池穩定性都因制備方法不同而明顯不同，這嚴重地制約了它的工業化生產與大規模應用。本發明專利技術提出一種基于靜電霧化原理的噴射沉積方法制備染敏薄膜電池，即利用靜電噴射技術結合計算機自動控制模擬印刷的方式在各種襯底材料上直接堆疊組裝形成薄膜電池模塊，通過優化相關工藝參數可以獲得高質量大面積染料敏化薄膜電池，它能夠克服絲網印刷法制備電極薄膜所導致的柵線斷線、短路和波浪網紋等缺陷，以及磁控濺射鍍膜太致密不均勻的缺點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種快速制備大面積染料敏化太陽能電池的方法，具體涉及將靜電噴鍍技術和伺服電機驅動設備相結合的自動噴鍍加工平臺，并利用其快速制備大面積染料敏化太陽能電池。
技術介紹
自1991年，瑞士洛桑高等工業學院的Gratzel研究小組研制出一種納米晶染料敏化太陽能電池，一舉突破了光電轉化效率7%。染料敏化太陽能電池(Dye-SensitizedSolar Cells,簡稱DSSC)受到各國學者和專家的重視，近年來其研究發展特別迅速。2011年Gratzel研究小組又將太陽能電池的光電轉化效率提高到了 12. 3%，這樣的性能現在可媲美硅礎太陽能電池板，但是至今由于DSC自身的原因，致使很多研究者一直停留在小面 積的電池研究中，使其難以走上工業化。目前，大面積DSSC制備方法主要有絲網印刷法和磁控濺射法，絲網印刷法制備TiO2薄膜的工藝過程中擴散、鈍化、印刷和燒結各個環節還存在很多問題，例如柵線斷線、過刻、堵孔、短路和波浪網紋等問題。而磁控濺射得到的打02薄膜太致密，孔隙率相對較低且分布不均勻，不利于染料分子的吸附。
技術實現思路
專利技術目的為了克服絲網印刷法制備TiO2薄膜所導致的柵線斷線、短路和波浪網紋等缺陷，以及磁控濺射鍍膜太致密不均勻的缺點，本專利技術專利是將靜電噴鍍技術和伺服電機驅動設備相結合的自動噴鍍平臺，不僅能夠噴鍍出均勻的TiO2多孔薄膜，而且可以噴鍍出不同大小形狀薄膜，以便于染料敏化太陽能電池走向工業化。本專利技術提供了，所述的裝置包括靜電噴鍍自組裝裝置和伺服電機驅動裝置。所述的靜電噴鍍自組裝裝置，包括CXD工業攝像機、高壓直流穩壓穩流電源、注射泵、加熱器、霧化噴嘴、環形電極、導管和鐵桿，將霧化噴嘴和環形電極固定在鐵桿上，上下距離為3cm，CXD工業攝像機的鏡頭與霧化噴嘴的不銹鋼毛細管等水平，高壓直流穩壓穩流電源的正極接線頭連接在霧化噴嘴上，負極連接環形電極，中間形成一個穩定的電場，導管一端連接環形電極上面的不銹鋼毛細管，另一端連接注射器，將注射器安裝在注射泵上，力口熱器放在環形電極下方10cm，整個靜電噴鍍自組裝裝置即組裝完成。所述的伺服電機驅動裝置，以MPC08卡軟件和伺服電機驅動為部件，MPC08卡軟件用于編寫要噴鍍薄膜形狀的程序，伺服電機驅動是執行MPC08軟件的輸出命令進行平動。本專利技術的自動噴鍍加工平臺，是以靜電噴鍍自組裝裝置和伺服電機驅動裝置為部件，將靜電噴鍍自組裝裝置固定到，伺服電機驅動裝置的中軸上，在平動時可進行連續噴鍍。本專利技術的圖I和圖2的結合就是自動噴鍍加工平臺，將自動噴鍍加工平臺的縱向軸定義為X軸，橫向軸定義為Y軸，靜電自組裝裝置固定Y軸上，可進行連續噴鍍。本專利技術所述的方法如下I.導電玻璃的清洗對切割好的導電玻璃用蒸餾水、無水乙醇、丙酮依次超聲波清洗30min,晾干備用。2.鉬柵電極用注射器以5 μ Ι/s滴加氯鉬酸溶液滴在清洗好的FTO(100mmX120mm)導電玻璃側邊上，放入馬弗爐中在400°C下加熱30min，取出用無水乙醇清。3. TiO2漿料的制備漿料采用P25、無水乙醇、OP乳化劑、乙酰丙酮、PEG2000以20:1:1:4的比例混合，在磁力攪拌器上磁力攪拌I小時，靜置10分鐘備用。4.靜電噴鍍Ti02薄膜將TiO2I料吸入IOml注射器，并安裝在注射泵上，設置流量為O. 5ml/min,開啟CCD工業攝像機，調節高壓直流穩壓穩流電源，當射流模式由低落模式變為錐-射模式(圖3)，把清洗好的導電玻璃放在環形電極下，調節加熱器的溫度為 70°C，可開啟MPC08卡軟件，打開提前編寫好的程序，開始自動噴鍍鍍膜。隨后將噴鍍好的Ti02薄膜放入馬弗爐，在450 °C下加熱30min。圖4和圖5為經過熱處理之后的TiO2薄膜，圖5中8條TiO2薄膜，被鉬柵電極并聯起來，以提高電流和降低電阻。5. TiO2薄膜在N719染料的浸泡吸附將經過熱處理的TiO2薄膜加熱到80°C，隨后放入摩爾濃度為4X 10-4mol/L的N719的無水乙醇溶液中浸泡24 h，取出，用無水乙醇清洗未浸泡好的染料。鉬對電極用注射器以5 μ Ι/s滴加氯鉬酸溶液在清洗好的FTO (IOOmmX 120mm)導電玻璃上，放入馬弗爐中在400°C下加熱30min，取出用無水乙醇清洗。6.電池的封裝將PE保鮮膜裁剪成凹形，在制備好的光陽極的導電玻璃的三邊上滴加微量的無水乙醇，隨后將裁剪好的PE保鮮膜貼在三邊上，再利用“三明治”的形式對電池進行封裝，將封裝好的電池用夾子夾住，放在恒溫磁力攪拌器上在100°C上加熱30min，電池三邊便封裝密實。7.電解質的灌注用注射器抽取2ml的電解質溶液，在未封裝的一邊注入電解質溶液，當電解質充滿整個電池為止，最后用PE保鮮膜對電池進行封裝。8.電池光電性能測試采用的是日本SAN-EI三永公司的XES-40S1型太陽光模擬器和美國吉時利公司的2400型數字源表，采用兩線法測試電池的光電性能，電位掃描區間為O 3V，掃描速率為5mV/s，測試在光照為lOOmW/cm2強度下進行。表I為實施例中測得的光電性能指標。所述的二氧化鈦(TiO2)漿料，包括TiO2漿料的成分和配合比，其主要特征是P25(TiO2，尺寸為30nm左右)、聚乙二醇2000、0P乳化劑、乙酰丙酮的比例為20:4:1:1,此比例粘度適宜，經過靜電噴鍍到導電玻璃(100mmX120mm)上，在加熱器加熱到70°C，正好形成所需要的TiO2薄膜形狀. 預噴射薄膜形狀程序的編寫，噴鍍條形(60mmX 6mm) TiO2薄膜程序為(X=12000, V=20000)(X=60mm，V=2mm/s) (Y=4000，V=20000)(Y=2mm, V=2mm/s) (X=-120000, V=20000)(X=-60mm, V=2mm/s) ()(=6000mm, V=20000)V=2mm/s) 伺服電機驅動是以脈沖的形式進行輸出驅動I個脈沖是O. 5 μ m，將上述程序設置為8個循環即可噴鍍出8條尺寸為60mmX6mm的TiO2薄膜。鉬柵電極，將每條電池并聯起來，可提高整個電池的干路電流，降低電池的電阻，鉬柵電極的制備是將氯鉬酸(濃度為5X10_4mOl/L)的異丙醇溶液用5ml的注射器滴加在導電玻璃上，利用熱解法形成電阻為8 10 Ω / □的條形(IcmX 6cm)通明的鉬柵電極。電池的封裝，將PE保鮮膜裁剪成凹形，在制備好的光陽極的導電玻璃的三邊上滴加微量的無水乙醇，隨后將裁剪好的PE保鮮膜貼在三邊上，再利用“三明治”的形式對電池進行封裝，將封裝好的電池用夾子夾住，放在恒溫磁力攪拌器上在100°C上加熱30min，電池三邊便封裝密實。本專利技術的有益效果是，可以數控計算機程序準確地噴鍍出所需要的TiO2多孔薄膜。是一種全自動的理想鍍膜裝置，無需手工操作且制備工藝簡單。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明 圖I為靜電噴鍍自組裝裝置； 圖2為伺服電機驅動設備； 圖3為錐-射模式； 圖4為條形TiO2薄膜(尺寸為7X6mmX6mm)； 圖5為條形Ti02薄膜(尺寸為8 X 60mmX 6mm)； 圖6為條形Ti02薄膜內部串聯。具體實施例方式I.導電玻璃的清洗對切割好的導電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種快速制備大面積染料敏化太陽能電池的裝置，其特征在于，包括靜電噴鍍自組裝裝置和伺服電機驅動裝置。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：時方曉，許贊揚，高旭，
申請(專利權)人：沈陽建筑大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。