基于柔性太陽能電池的高壓開關柜及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高壓開關柜領域，更具體涉及一種基于柔性太陽能電池的高壓開關柜及其制作方法。
【背景技術】
[0002]高壓開關柜是指用于電力系統發電、輸電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用，主要適用于發電廠、變電站、石油化工、廠礦企業等場所。
[0003]然而，現有高壓開關柜柜體一般不具有自發電功能，不能對太陽能充分利用。另夕卜，能源與環境的可持續發展是當今世界人們面臨的主要挑戰。隨著經濟的發展，能源的需求正在不斷增長，而傳統能源是不可再生的，因此，發展新能源勢在必行。太陽能是最具開發潛力的新能源之一，染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種有效利用太陽能的光電器件結構，具有轉換效率高、制作工藝簡單、成本低廉和對環境友好等優點，被視作下一代太陽能電池的替代者。
【發明內容】
[0004]本發明針對【背景技術】存在的問題，提供基于柔性太陽能電池的高壓開關柜及其制作方法。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]基于柔性太陽能電池的高壓開關柜，特征在于，在高壓開關柜外表面安裝基于柔性襯底的染料敏化太陽能電池，太陽能電池由如下方法制作而成:
[0007](1)制備1102和N1混合小粒子
[0008]首先合成T1jP N1混合物作為漿料中的納米膠聯劑。
[0009]將25wt%的偏鈦酸溶解到濃硫酸中，冷卻后過濾分離不溶物，將氨水加到濾液中獲得沉淀物，再用去離子水清洗沉淀物至完全去除S042，用硝酸溶解沉淀物，過濾后，將濾液加熱到沸騰，產生沉淀物，在其中加入一定比例的N1粉末，攪拌混合均勻，即的1102和N1混合小粒子。
[0010](2)制備工作電極
[0011]工作電極采用Ti片，其具有重量輕、柔性好、成本低的特點。
[0012]a.取一定尺寸的Ti片，厚度為0.41mm，將其浸漬在0.1M的HC1溶液中，時間為5h，然后用水和乙醇清洗；
[0013]b.將得到的T1jP N1混合小粒子分散到鹽酸和乙醇的混合液中(體積比1:4)，充分攪拌后得到納米膠；然后將一定量的P25(含70%銳鈦礦，30%金紅石)分散到無水乙醇中，得到固含量25wt %的P25懸浮液；將納米膠加入到P25懸浮液中，充分攪拌得到含混合小粒子的P25漿料，最后采用刮刀法將漿料涂在Ti基底上；
[0014]c.將一定量的鈦酸正丁酯(ΤΒ0Τ)，以及一定量的P25(含70%銳鈦礦，30%金紅石)與6ml無水乙醇在密閉容器中攪拌10h，得到含ΤΒ0Τ的P25漿料，然后再次采用刮刀法將該漿料刮涂在Ti片上；
[0015]所述漿料TBOT與P25的質量比為0.3 ；
[0016]d.將上述得到的Ti基底在150°C下處理I小時，然后迅速沉浸在0.4mM N719的乙醇溶液中，靜置12小時，即的N719敏化柔性工作電極；
[0017](3)制備對電極
[0018]對電極采用導電塑料(ITO-PET)，取與Ti基底相同尺寸的ΙΤ0-ΡΕΤ，采用磁控濺射一層Pt電極，Pt厚度為1.9 μ m ;
[0019]進一步地，在濺射Pt電極之前，可以對導電塑料進行生物酶處理:
[0020]去除基片上的各種油污物，依次放入復合生物酶液，去離子水各超聲15min ;然后烘干；
[0021]所述復合生物酶的成分為:堿性蛋白酶0.5g/L,纖維素酶0.9g/L，多酚氧化酶0.05g/L，其余為去離子水；
[0022](4)器件組裝
[0023]將以上的工作電極與對電極用夾子加緊，向其間空隙注入液態電解質，組成三明治結構的柔性敏化太陽能電池。其中，電解質組分為0.5MLiI+0.05M 12+0.1M 4-丁基吡啶，溶劑為體積比1:1的乙腈與丙烯碳酸脂混合液。
[0024]對器件進行測試，測試中所用太陽能模擬器光強為10mWcm 2(lsun)。
[0025]對比了不同參數下，電池的轉化效率。
[0026]本發明的有益之處在于:
[0027]本發明是基于柔性襯底的染料敏化太陽能電池。染料主要作用是吸收太陽光，染料分子由能量較低的基態被激發到激發態，然后激發態電子迅速注入到打02的導帶中，并被工作電極收集，通過外電路做功后到達對電極；電解質中的1-可還原染料分子，從而完成電流循環。
[0028]工作電極襯底采用Ti片，其具有重量輕、柔性好、成本低的特點，可以應用于非平坦的表面，并且在其上制備的工作電極成膜總質量較好；對電極采用導電塑料(ITO-PET);工作電極涂覆了打02和N1混合物漿料，可以更好的吸附染料(N719)。
[0029]最終得到的太陽能電池性能佳，轉化效率極高，而且壽命很長。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明的尚壓開關柜不意圖。
[0031]圖2為柔性染料敏化太陽能電池結構示意圖。其由工作電極、對電極和電解液組成，工作電極為柔性Ti片01，其上涂覆有P25漿料02作為染料，對電極為導電塑料(ITO-PET) 05，磁控濺射有Pt導電層04，電解液03含有I離子。
【具體實施方式】
[0032]柔性基底染料敏化太陽能電池具有可彎曲、不易碎、重量輕等優點，可以應用到諸如手機、手表、編織物等領域，可極大的拓寬光伏器件的應用范圍，并且柔性基底成本低廉，有利于產業化生產。
[0033]染料敏化太陽能電池結構主要分為三個部分，即:光敏電極、電解液、對電極，結構示意圖如圖2所示。其中光敏電極主要作用是接收太陽光并轉化為電能，電解液和對電極的作用是支持太陽能電池循環運作。大多數染料敏化太陽能電池的光敏電極都是由吸附了染料的二氧化鈦薄膜覆蓋在導電玻璃上制成。二氧化鈦薄膜則是由不同尺寸的銳鈦礦二氧化鈦納米顆粒構成。染料分為金屬配位化合物和有機小分子等種類，其中金屬配位化合物使用較為廣泛，特別是含釕的配位化合物更是表現出高的轉換效率。染料分子一般都含有羧基或者膦酸基，能夠和二氧化鈦上的基團相互作用，從而將染料分子固定在二氧化鈦顆粒表面。光敏電極的制備首先是在導電基板上利用物理涂覆或者水熱法制備一層二氧化鈦納米結構薄膜，為了達到較高的轉換效率，制備的二氧化鈦應為銳鈦礦晶型，通常是利用高溫使其轉換為所需的晶型。隨后將覆蓋有二氧化鈦薄膜的導電玻璃浸泡在染料溶液中，使染料分子在二氧化鈦納米結構表面吸附，達到吸附飽和后取出即得到光敏電極。電解液中有效成分為氧化還原對，最常用的為碘和碘離子，也有使用其他有機小分子如二茂鐵，二硫醚衍生物等。對電極基本是用具有催化活性的鉑金層覆蓋的導電玻璃。
[0034]染料敏化太陽能電池工作原理為:
[0035]當染料敏化太陽能電池接受到光照后，染料分子會吸收光能，從基態躍迀到激發態，產生了中心離子到配體的電荷迀移，并將電子通過配體注入二氧化鈦納米顆粒中，電子進一步在二氧化鈦納米顆粒間傳輸，并最終積累在二氧化鈦層后方導電基板上。由于染料分子是吸附在二氧化鈦納米顆粒表面，而二氧化鈦薄膜的納米結構決定了其具有非常高的比表面積。故使用具有納米結構的二氧化鈦薄膜能夠有效的提高電池中染料分子的數量，進而提尚其對入射光線的利用率，提尚轉換效率。
[0036]染料分子由較低能級的基態被激發為較高能級的激發態，激發態電子迅速注入到打02的導帶中，并被T1 J莫的導電基底所收集，繼而通過外電路做功后到達電極；而電解質中的I可使染料分子再生，產生的13接受傳遞到對電極的電子，從而完成電流循環。
[0037]本發明的設計主要出于對以下幾點的考慮:
[0038]基于柔性襯底的染料敏化太陽能電池。本發明中，染料主要作用是吸收太陽光，染料分子由能量及較低的基態被激發到激發態，然后激發態電子迅速注入到T12的導帶中，并被工作電極收集，通過外電路做功后到達對電極；電解質中的1-可還原染料分子，從而完成電流循環。
[0039]工作電極襯底采用Ti片，其具有重量輕、柔性好、成本低的特點，可以應用于非平坦的表面，并且在其上制備的工作電極成膜總質量較好；對電極采用導電塑料(ITO-PET);工作電極涂覆了打02和N1混合物漿料，可以更好的吸附染料(N719)。
[0040]圖1為本發明的高壓開關柜示意圖，在高壓開關柜外表面安裝柔性染料敏化太陽能電池。
[0041]實施例1:
[0042]基于柔性太陽能電池的高壓開關柜，特征在于，在高壓開關柜外表面安裝基于柔性襯底的染料敏化太陽能電池，太陽能電池由如下方法制作而成:
[0043](I)制備1102和N1混合小粒子
[0044]首先合成T1jP N1混合物作為漿料中的納米膠聯劑。
[0045]將25wt%的偏鈦酸溶解到濃硫酸中，冷卻后過濾分離不溶物，將氨水加到濾液中獲得沉淀物，再用去離子水清洗沉淀物至完全去除SO42，用硝酸溶解沉淀物，過濾后，將濾液加熱到沸騰，產生沉淀物，在其中加入一定比