專利名稱：一種儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池及其制備方法，具體地說(shuō)是一種儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源成為當(dāng)今世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展遇到的首要問(wèn)題，而太陽(yáng)能則是未來(lái)最有希望的能源之一，太陽(yáng)能取之不盡用之不竭，而且綠色可再生。聚合物太陽(yáng)能電池由于有著能夠自行設(shè)計(jì)合成分子結(jié)構(gòu)、材料可選擇余地大、毒性較小、加工容易、成本較低等特點(diǎn)，現(xiàn)在越來(lái)越受到人們的重視。但是現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池僅僅是光能轉(zhuǎn)換器，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出，目前對(duì)太陽(yáng)能的研究也僅僅只是如何提高轉(zhuǎn)化率，對(duì)于電能的儲(chǔ)存僅僅是在外部附加一個(gè)單一功能的儲(chǔ)能器件，由于外加器件不易攜帶，直接限制了太陽(yáng)能電池小型化的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種同時(shí)具有光電轉(zhuǎn)換和能量?jī)?chǔ)存兩種功能于一體的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池及制備方法，使儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的同時(shí)，可以將一部分電能儲(chǔ)存起來(lái)，另外一部分電能用于輸出。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征是本太陽(yáng)能電池自上而下依次設(shè)置有頂面導(dǎo)電玻璃襯底I、CuPc儲(chǔ)電層2、第一電解液層3、隔膜4、第二電解液層5、儲(chǔ)電層6和底面導(dǎo)電玻璃襯底7 ;以含有CuPc儲(chǔ)電層2的頂面導(dǎo)電玻璃襯底I和含有儲(chǔ)電層6底面導(dǎo)電玻璃襯底7作為對(duì)電極；所述CuPc儲(chǔ)電層2是在頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上蒸鍍CuPc后再噴涂?jī)?chǔ)能材料得到的，CuPc和儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為5:10-24，所述儲(chǔ)能材料選自碳材料或聚苯胺類材料；所述儲(chǔ)電層6是在底面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上電化學(xué)沉積Al后再噴涂或沉積儲(chǔ)能材料得到的儲(chǔ)電層6,Al的厚度控制在0. 3-0. 7mm,所述儲(chǔ)能材料選自金屬氧化物或聚苯胺類材料。所述碳材料是通過(guò)炭氣凝膠制備的納米球形碳材料；所述金屬氧化物選自MnO2、NiO或Ni2O3 ；所述聚苯胺類材料為聚苯胺。所述CuPc儲(chǔ)電層2的厚度為500-2000 iim。所述第一電解液層3和第二電解液層5由液態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成，所述液態(tài)電解質(zhì)是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的一種與一甲基三乙基四氟硼酸銨、四乙基四氟硼酸銨中的一種按體積比1:1的比例形成的混合物。所述隔膜4選自聚丙烯膜、隔膜紙或高分子半透膜。本發(fā)明儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征是按如下步驟操作
a、在400°C、真空度10_3的條件下采用真空蒸發(fā)法將純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂?jī)?chǔ)能材料，隨后升溫至500°C保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;b、在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上沉積Al，隨后在300°C下噴涂或沉積儲(chǔ)能材料形成儲(chǔ)電層6 ；C、在CuPc儲(chǔ)電層2與儲(chǔ)電層6之間插入隔膜4，壓合后注入液態(tài)電解質(zhì)，分別在CuPc儲(chǔ)電層2與隔膜4之間形成第一電解液層3，在儲(chǔ)電層6與隔膜4之間形成第二電解液層5 ;將由所述頂面導(dǎo)電玻璃襯底UCuPc儲(chǔ)電層2、·第一電解液層3、隔膜4、第二電解液層5、儲(chǔ)電層6和底面導(dǎo)電玻璃襯底7構(gòu)成的層結(jié)構(gòu)在外周進(jìn)行密封形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明通過(guò)真空蒸發(fā)法制備的儲(chǔ)能材料有機(jī)層,其中儲(chǔ)能材料和CuPc產(chǎn)生了特殊的結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加了儲(chǔ)能材料本身的導(dǎo)電性，同時(shí)在太陽(yáng)能電池中加入了電解液和隔膜，解決了儲(chǔ)能過(guò)程中電子傳導(dǎo)的問(wèn)題，基于以上結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池可以在將光能轉(zhuǎn)化為電能的同時(shí)，可以將一部分電能儲(chǔ)存起來(lái)，另外一部分電能用于輸出。2、本發(fā)明方法制備的完整的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射下1-4個(gè)小時(shí)，其開(kāi)路電壓為0. 5-0. 7V，和只具有光電轉(zhuǎn)換的有機(jī)太陽(yáng)能電池相比，儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓并沒(méi)有降低，將太陽(yáng)光模擬器照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置200-400小時(shí)，其開(kāi)路電壓為0. 2-0. 3V。
四

圖I為本發(fā)明儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)I頂面導(dǎo)電玻璃襯底；2CuPc儲(chǔ)電層；3第一電解液層；4隔膜；5第二電解液層；6儲(chǔ)電層；7底面導(dǎo)電玻璃襯底。
五具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂Ig碳微球，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2。在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂金屬氧化物NiO，以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入聚丙烯隔膜4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入四乙基四氟硼酸銨和碳酸二甲酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射2個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 67V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置400小時(shí)，其開(kāi)路電壓為0. 23V。太陽(yáng)光模擬器照射下快速模擬充放電5000次后衰減了 9. 6%，測(cè)量其開(kāi)路電壓為
0.60V。
實(shí)施例2 在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底(I)的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂I. 2g碳微球，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂聚苯胺，以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入聚丙烯隔膜4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入一甲基三乙基四氟硼酸銨和碳酸二甲酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射2個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 70V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置380小時(shí)，其開(kāi)路電壓為
0.26V。實(shí)施例3:在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂I. 4g碳微球，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂金屬氧化物MnO2,以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入聚丙烯隔膜4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入四乙基四氟硼酸銨和碳酸二乙酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射2. 5個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 69V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置350小時(shí)，其開(kāi)路電壓為 0. 22V。實(shí)施例4 在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂I. 6g碳微球，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂金屬氧化物Ni2O3,以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入高分子半透膜4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入一甲基三乙基四氟硼酸銨和碳酸二乙酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射2. 5個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 67V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置400小時(shí)，其開(kāi)路電壓為 0. 23V。實(shí)施例5 在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂I. Sg聚苯胺，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂金屬氧化物NiO，以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入高分子半透膜4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入四乙基四氟硼酸銨和碳酸丙烯酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射3個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 70V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置370小時(shí)，其開(kāi)路電壓為0. 21V。實(shí)施例6 在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂2. Og聚苯胺，之后溫·度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂金屬氧化物Ni2O,以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入高分子半透膜4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入一甲基三乙基四氟硼酸銨和碳酸丙烯酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射3個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 67V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置360小時(shí)，其開(kāi)路電壓為
0.25V。實(shí)施例I 在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂2. 2g聚苯胺，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂金屬氧化物NiO，以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入隔膜紙4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I : I注入四乙基四氟硼酸銨和碳酸乙烯酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射3. 5個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 68V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置370小時(shí)，其開(kāi)路電壓為 0. 23V。實(shí)施例8:在400°C真空度10_3數(shù)量級(jí)下，采用真空蒸發(fā)法將0. 5g純度99. 999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底I的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂2. 4g聚苯胺，之后溫度升高到500°C下保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層2 ;在底面導(dǎo)電玻璃襯底7的導(dǎo)電面上，電化學(xué)沉積Al使其厚度為0. 5mm，之后噴涂聚苯胺，以300°C燒結(jié)形成儲(chǔ)電層6，在CuPc儲(chǔ)電層2和儲(chǔ)電層6之間插入隔膜紙4后進(jìn)行壓合，再向壓合的器件中按體積比為I:I注入一甲基三乙基四氟硼酸銨和碳酸乙烯酯的混合物，分別形成第一電解液層3和第二電解液層5，然后在器件的外圍進(jìn)行密封，形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例所制備的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光模擬器照射4個(gè)小時(shí)后，其開(kāi)路電壓為0. 70V ;將照射后的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池暗處放置350小時(shí)，其開(kāi)路電壓為
0.25V。
權(quán)利要求
1.一種儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征是本太陽(yáng)能電池自上而下依次設(shè)置有頂面導(dǎo)電玻璃襯底(I)、CuPc儲(chǔ)電層(2)、第一電解液層(3)、隔膜(4)、第二電解液層(5)、儲(chǔ)電層(6)和底面導(dǎo)電玻璃襯底(7)； 所述CuPc儲(chǔ)電層(2)是在頂面導(dǎo)電玻璃襯底(I)的導(dǎo)電面上蒸鍍CuPc后再噴涂?jī)?chǔ)能材料得到的，CuPc和儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為5:10-24，所述儲(chǔ)能材料選自碳材料或聚苯胺類材料； 所述儲(chǔ)電層(6)是在底面導(dǎo)電玻璃襯底(7)的導(dǎo)電面上沉積Al后再噴涂或沉積儲(chǔ)能材料得到的儲(chǔ)電層￠);所述儲(chǔ)能材料選自金屬氧化物或聚苯胺類材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于 所述碳材料是納米球形碳材料； 所述金屬氧化物選自Mn02、NiO或Ni2O3 ； 所述聚苯胺類材料為聚苯胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于 所述CuPc儲(chǔ)電層(2)的厚度為500-2000 u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于 所述第一電解液層(3)和第二電解液層(5)由液態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成，所述液態(tài)電解質(zhì)是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的一種與一甲基三乙基四氟硼酸銨、四乙基四氟硼酸銨中的一種按體積比1:1的比例形成的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于 所述隔膜(4)選自聚丙烯膜、隔膜紙或高分子半透膜。
6.一種權(quán)利要求I所述的儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征是按如下步驟操作 a、在400°C、真空度10_3的條件下采用真空蒸發(fā)法將純度99.999%的CuPc粉末鍍到頂面導(dǎo)電玻璃襯底(I)的導(dǎo)電面上，保溫半小時(shí)后相同溫度噴涂?jī)?chǔ)能材料，隨后升溫至500°C保溫I小時(shí)形成CuPc儲(chǔ)電層⑵； b、在底面導(dǎo)電玻璃襯底(7)的導(dǎo)電面上沉積Al，隨后在300°C下噴涂或沉積儲(chǔ)能材料形成儲(chǔ)電層(6)； C、在CuPc儲(chǔ)電層⑵與儲(chǔ)電層(6)之間插入隔膜(4)，壓合后注入液態(tài)電解質(zhì)，分別在CuPc儲(chǔ)電層⑵與隔膜⑷之間形成第一電解液層(3)，在儲(chǔ)電層(6)與隔膜⑷之間形成第二電解液層(5);將由所述頂面導(dǎo)電玻璃襯底(I)、CuPc儲(chǔ)電層(2)、第一電解液層⑶、隔膜⑷、第二電解液層(5)、儲(chǔ)電層(6)和底面導(dǎo)電玻璃襯底(7)構(gòu)成的層結(jié)構(gòu)在外周進(jìn)行密封形成儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種儲(chǔ)能光電有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法，本太陽(yáng)能電池自上而下依次設(shè)置有頂面導(dǎo)電玻璃襯底(1)、CuPc儲(chǔ)電層(2)、第一電解液層(3)、隔膜(4)、第二電解液層(5)、儲(chǔ)電層(6)和底面導(dǎo)電玻璃襯底(7)；所述CuPc儲(chǔ)電層(2)是在頂面導(dǎo)電玻璃襯底(1)的導(dǎo)電面上蒸鍍CuPc后再噴涂?jī)?chǔ)能材料得到的，CuPc和儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為5:10-24；所述儲(chǔ)電層(6)是在底面導(dǎo)電玻璃襯底(7)的導(dǎo)電面上沉積Al后再噴涂或沉積儲(chǔ)能材料得到的儲(chǔ)電層(6)。本發(fā)明無(wú)需外加儲(chǔ)電器件的、集光能轉(zhuǎn)化電能和電能儲(chǔ)存雙功能于同一結(jié)構(gòu)中，具有非光能的充電功能。
文檔編號(hào)H01G9/145GK102751107SQ201210253368
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者張波, 李學(xué)良, 羅梅, 肖正輝 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)