一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒▽傩履茉床牧项I(lǐng)域。按照以下步驟進(jìn)行：首先將靜電噴鍍自組裝裝置固定伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的中軸上，將高壓直流穩(wěn)壓電源的正極直接接在霧化噴嘴上，負(fù)極接在環(huán)形電極上，把吸有染料的注射器安裝在注射泵上并調(diào)節(jié)流量為0.5ml/min的流速，開(kāi)啟高壓電并調(diào)節(jié)電流為0.5mA，電壓在4.0~6.0kV時(shí)射流為錐體-射流模式；開(kāi)啟MPC08卡軟件，添加所需要噴鍍的染料形狀的程序，將N719染料噴鍍到TiO2工作電極上；將工作電極在自然條件下晾干后再噴鍍第二次，如此反復(fù)，可直接組裝電池。本發(fā)明通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)了染料逐次噴鍍吸附，與傳統(tǒng)浸泡方法相比明顯提高了吸光度和光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)能夠大幅度縮短了染料敏化電池制作時(shí)間。
【專利說(shuō)明】一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源材料領(lǐng)域，特別涉及一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]自從1991年,瑞士化學(xué)家Michael Grjitzel運(yùn)用納米技術(shù)第一次制備獲得染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)以來(lái)，由于它簡(jiǎn)單的制作工藝、相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)換效率以及其僅為單晶硅電池1/5的低廉的成本等優(yōu)點(diǎn)迅速成為廣大科學(xué)家及科學(xué)工作者的研究熱點(diǎn)與重點(diǎn)。染料敏化太陽(yáng)能電池由光陽(yáng)極，染料敏化劑，電解質(zhì)及對(duì)電極組成。目前染料敏化太陽(yáng)能電池在光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性、耐久性等方面尚存在不足。
[0003]染料敏化太陽(yáng)能電池制作中的染料敏化工藝方法優(yōu)化，染料敏化劑是染料敏化太陽(yáng)能電池的重要組成部分，它通過(guò)吸收太陽(yáng)光將基態(tài)的電子激發(fā)到激發(fā)態(tài)中產(chǎn)生光電子，然后再注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上。因此，染料敏化劑的好壞及敏化效果對(duì)光電性能起著決定性的作用。為了解決納米晶二氧化鈦光陽(yáng)極薄膜吸附染料量較少，價(jià)格昂貴的染料利用率較低的問(wèn)題，傳統(tǒng)浸泡染料的方法通常需要將工作電極在染料中浸泡24h以上，因此延長(zhǎng)了電池的制作時(shí)間；在同時(shí)將幾塊Ti02工作電極浸泡在染料中時(shí)，如果其中一塊或幾塊因制備時(shí)粘度未達(dá)到要求而脫落，在一定程度上會(huì)對(duì)染料造成污染和浪費(fèi)；大部分染料中含有無(wú)水乙醇，長(zhǎng)時(shí)間浸泡易產(chǎn)生揮發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用靜電噴鍍技術(shù)實(shí)行染料敏化過(guò)程的新方法，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)了染料逐次噴鍍吸附，與傳統(tǒng)浸泡方法相比明顯提高了吸光度和光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)大幅度縮短了染料敏化電池制作時(shí)間。
[0005]本發(fā)明一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒?，采用靜電噴鍍自組裝裝置和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，按照以下步驟進(jìn)行:
首先將靜電噴鍍自組裝裝置固定伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的中軸上，將高壓直流穩(wěn)壓電源的正極直接接在霧化噴嘴上，負(fù)極接在環(huán)形電極上，把吸有染料的注射器安裝在注射泵上并調(diào)節(jié)流量為0.5ml/min的流速，開(kāi)啟高壓電并調(diào)節(jié)電流為0.5mA,電壓在4.0-6.0kV時(shí)射流為錐體-射流模式；開(kāi)啟MPC08卡軟件，添加所需要噴鍍的染料形狀的程序，將染料噴鍍到TiO2工作電極上；將工作電極在自然條件下晾干后再噴鍍第二次，如此反復(fù)，直到噴鍍完預(yù)期的次數(shù)，完全噴鍍結(jié)束后晾干，不需要后期處理，可直接組裝電池。
[0006]所述染料為N719染料、天然染料或其他染料。
[0007]為了減少染料敏化太陽(yáng)能電池的制作時(shí)間，提高其生產(chǎn)效率，本發(fā)明引入靜電噴鍍技術(shù)，將染料噴鍍到工作電極上，同等條件下，大大提高了染料的吸光度。這種利用靜電噴鍍技術(shù)實(shí)行染料敏化過(guò)程的新方法，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)了染料逐次噴鍍吸附，與傳統(tǒng)浸泡方法相比明顯提高了吸光度和光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)能夠大幅度縮短了染料敏化電池制作時(shí)間。[0008]說(shuō)明書(shū)附圖
圖1為實(shí)施例1靜電噴鍍10次染料與浸泡染料紫外光譜對(duì)比，
圖2為實(shí)施例1靜電噴鍍30次染料與浸泡染料紫外光譜對(duì)比，
圖3為實(shí)施例1和對(duì)比例I不同染料敏化工藝制備染料敏化太陽(yáng)能電池的1-V曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明所用靜電噴鍍自組裝裝置和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為申請(qǐng)?zhí)枮?01210443427.X的發(fā)明中公開(kāi)并保護(hù)。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例采用太陽(yáng)光模擬器(日本SAN-EI，XES-40S1)和數(shù)字源表(美國(guó)吉時(shí)利Keithley 2400型)測(cè)定每種天然染料敏化太陽(yáng)能電池的電流-電壓(J_V)、電壓-功率(V-P)特性曲線，獲得電池的開(kāi)路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)、填充因子(FF)以及電池的光電轉(zhuǎn)化效率(Π)等參數(shù)采用太陽(yáng)光模擬器(日本SAN-EI，XES-40S1)和數(shù)字源表(美國(guó)吉時(shí)利Keithley 2400型)；采用紫外分光光度計(jì)(日本日立JASC0550)測(cè)定每種天然染料的吸收峰。
[0011]實(shí)施例1
首先將靜電噴鍍自組裝裝置固定伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的中軸上，將高壓直流穩(wěn)壓電源的正極直接接在霧化噴嘴上，負(fù)極接在環(huán)形電極上，把吸有Ν719染料的注射器安裝在注射泵上并調(diào)節(jié)流量為0.5ml/min的流速，開(kāi)啟高壓電并調(diào)節(jié)電流為0.5mA,電壓在4.0-6.0kV時(shí)射流為錐體-射流模式；開(kāi)啟MPC08卡軟件，添加所需要噴鍍的染料形狀的程序，將N719染料噴鍍到TiO2工作電極上；將工作電極在自然條件下晾干后再噴鍍第二次，如此反復(fù)，噴鍍了 10次、20次和30次。比較隨著噴鍍次數(shù)的增加，染料的吸光度的影響。直到噴鍍完預(yù)期的次數(shù)，完全噴鍍結(jié)束后晾干，不需要后期處理，可直接組裝電池。
[0012]對(duì)比例I
按照傳統(tǒng)的方法，將制作好的工作電極直接浸泡到N719染料中，浸泡24小時(shí)。
[0013]將上述實(shí)施例1和對(duì)比例I所做的工作電極進(jìn)行檢測(cè)，如圖1、圖2所示分別為采用靜電噴鍍10次、30次的染料的紫外吸收光譜圖與采用浸泡的方法的染料的紫外吸收光譜圖，從圖中可以看出，不論是噴鍍10次還是30次，其吸光度都高于采用浸泡的方法的染料的吸光度。隨著噴鍍次數(shù)的增加，染料的吸光度也隨之升高。并且采用靜電噴鍍技術(shù)使吸附染料這一過(guò)程由原來(lái)的24小時(shí)縮短到2個(gè)小時(shí)就可以完成，大大節(jié)省了染料敏化太陽(yáng)能電池的制作時(shí)間。
[0014]圖3和表1是分別是實(shí)施例3噴鍍和對(duì)比例I浸泡染料敏化TiO2薄膜電極制備的DSSC的光電曲線和主要輸出參數(shù)。從圖表中可以看出，用噴鍍?nèi)玖厦艋疶iO2薄膜而制備的DSSC的短路光電流、開(kāi)路電壓、填充因子以及光電轉(zhuǎn)換效率，與浸泡所制得的電池相比都有所提高。尤其是短路光電流密度由原來(lái)的0.257 mA/cm2上升到0.503 mA/cm2，提高了將近一倍。可能是因?yàn)榻葸^(guò)的敏化薄膜電極在取出之后要經(jīng)過(guò)丙酮的沖洗，本來(lái)吸附的染料就不是很多，經(jīng)過(guò)沖洗之后變得更少，低了染料對(duì)太陽(yáng)光的吸收；還有就是噴鍍?nèi)玖瞎に囀谷玖显诟邏红o電場(chǎng)的作用下破散成細(xì)小的納米顆粒，并且在一定的壓力下沉積，使其吸附到TiO2薄膜電極的空隙里和表面，增加了薄膜的染料吸附量，其實(shí)，在肉眼下觀察，經(jīng)噴鍍敏化的TiO2薄膜電極表面吸附的染料明顯要多于浸泡敏化電極，這樣，就增加了薄膜對(duì)太陽(yáng)光的吸收，從而提高了電池的性能。
[0015]表1不同染料敏化工藝制備DSSC的性能參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒?，其特征在于采用靜電噴鍍自組裝裝置和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，按照以下步驟進(jìn)行: 將靜電噴鍍自組裝裝置固定伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的中軸上，將高壓直流穩(wěn)壓電源的正極直接接在霧化噴嘴上，負(fù)極接在環(huán)形電極上，把吸有染料的注射器安裝在注射泵上并調(diào)節(jié)流量為0.5ml/min的流速，開(kāi)啟高壓電并調(diào)節(jié)電流為0.5mA,電壓在4.0-6.0kV時(shí)射流為錐體-射流模式；開(kāi)啟MPC08卡軟件，添加所需要噴鍍的染料形狀的程序，將染料噴鍍到TiO2工作電極上；將工作電極在自然條件下晾干后再噴鍍第二次，如此反復(fù)，直到噴鍍完預(yù)期的次數(shù)，完全噴鍍結(jié)束后晾干，不需要后期處理，可直接組裝電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型靜電噴鍍?nèi)玖厦艋椒?，其特征在于染料為N719染料、天然染料或其他染料。
【文檔編號(hào)】H01G9/04GK103606460SQ201310521136
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月27日
【發(fā)明者】時(shí)方曉, 高旭, 孫祥 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)建筑大學(xué)