一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明具體是將石墨通過改進的Hummers方法制備氧化石墨烯，并冷凍干燥制備三維氧化石墨烯，將三維氧化石墨烯壓片并進行結(jié)構(gòu)極化處理，再與硅太陽能電池的鋁背電極集成形成新型太陽能電池。本發(fā)明充分利用三維氧化石墨烯在不同相對濕度條件下產(chǎn)生較高的化學(xué)電勢和電流密度的特點，賦予硅太陽能電池在潮濕環(huán)境下全天候發(fā)電的性能。
【專利說明】
一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，涉及一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，太陽能作為一種清潔能源在能源構(gòu)成比例中比重越來越大，但因其使用條件有限，只能在晴天且光照充足條件下使用，因此尋找一種新型高效率的全天候太陽能電池是當前人類亟待解決的重要問題。開發(fā)可在潮濕環(huán)境發(fā)電的全天候硅太陽能電池具有重要的理論意義和實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有太陽能電池使用條件的局限性的缺點，提供了一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用，首先是制備三維氧化石墨烯，并將其組裝在硅太陽能電池的鋁背電極上，在其表面組裝多孔金屬電極并經(jīng)密封后，最終制備得到能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟:
(1)、在冰浴條件下將石墨粉:硝酸鈉:高錳酸鉀按照質(zhì)量比為I?2: 1:5?8分散在濃硫酸中，攪拌；
(2)、移除冰浴，將混合溶液加熱并攪拌，加入去離子水及雙氧水直至氣泡消失；
(3)、將所述混合溶液離心并清洗至上清液pH=3?4，將混合物再次分散到水中并超聲分散，離心去除黑色殘渣獲得均勻懸浮液；
(4)、將步驟(3)獲得的均勻懸浮液冷凍干燥，得到蓬松的固體氧化石墨烯；
(5 )、取所述蓬松的固體氧化石墨烯進行壓片處理，制得三維氧化石墨烯；
(6)、將所述三維氧化石墨烯與兩個鉑電極組裝成鉑電極I三維氧化石墨烯I鉑電極結(jié)構(gòu)，并進行結(jié)構(gòu)極化處理，之后進行消除電容效應(yīng)處理，最后真空干燥；
(7)、將所述經(jīng)過結(jié)構(gòu)極化處理的三維氧化石墨烯組裝在硅太陽能電池的鋁背電極上，并在硅太陽能電池的另一側(cè)組裝多孔電極，并密封處理，制得能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候娃太陽能電池。
[0005]進一步的:所述步驟(2)中將混合溶液通過水浴加熱至30?40 0C，并攪拌30?40分鐘。
[0006]進一步的:所述步驟(4)冷凍干燥時間為60?72h。
[0007]進一步的:所述步驟(5)中壓片壓強為20?40MPa，保壓時間為2?4min，得到三維氧化石墨烯片。
[0008]進一步的:所述步驟(6)中結(jié)構(gòu)極化處理是在相對濕度為75?85%的環(huán)境下直流電壓8?12￥處理3!^11;設(shè)置回路參數(shù)電壓1]=(^、時間丨=20008、取樣間隔為0.18進行消除電容效應(yīng)處理。
[0009]進一步的:所述步驟(7)中的多孔電極為多孔鋁電極或鈦網(wǎng)電極。
[0010]進一步的:所述步驟(7)用乙烯-醋酸乙烯共聚物熱封膠密封。
[0011]本發(fā)明還提供了利用所述的制備方法制得的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池。
[0012]進一步的:所述全天候硅太陽能電池在光照強度lOOmW/cm2下的開路電壓為700?750mV、短路電流密度為15?18mA/cm2、填充因子為65?75%、光電轉(zhuǎn)換效率為10?20%;
所述全天候硅太陽能電池在潮濕無光環(huán)境的輸出電壓為100?200mV、電流密度為0.8?1.5mA/cm2ο
[0013]本發(fā)明還提供了所述的全天候硅太陽能電池在制備電池組件、電站中的應(yīng)用。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點和技術(shù)效果:
(1)、應(yīng)用范圍廣?？稍诔睗癍h(huán)境發(fā)電的全天候硅太陽能電池可以在沿江、沿湖、沿海陸地、海面及中國南部等潮濕地區(qū)廣泛應(yīng)用。
[0015](2)、全天候發(fā)電。按照上述技術(shù)方案制備的硅太陽能電池除可以在白天日光光照下發(fā)電，還可以實現(xiàn)在潮濕環(huán)境中的全天候發(fā)電。
[0016](3)、制備方法簡單。氧化石墨稀是由Hmimers法制備，制備方法簡單。
[0017]本發(fā)明充分利用三維氧化石墨烯在不同相對濕度條件下產(chǎn)生較高的化學(xué)電勢和電流密度的特點，將其與硅太陽能電池耦合可以克服了陰雨天不能發(fā)電的問題，本發(fā)明突破了傳統(tǒng)太陽能電池只能在白天光照條件下發(fā)電的局限，賦予了太陽能電池在潮濕環(huán)境發(fā)電的性能，實現(xiàn)了娃太陽能電池的全天候發(fā)電。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所制備的能在潮濕環(huán)境發(fā)電的全天候硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。
[0020]實施例1
一、本發(fā)明所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，具體包括以下步驟:
1、將天然石墨粉:硝酸鈉:高錳酸鉀在冰浴條件下按照質(zhì)量比為1.5:1:8溶解在濃硫酸(質(zhì)量分數(shù)為98%)中，攪拌8 min；
2、移除冰浴，將所述混合溶液加熱至35°C，攪拌35min后，加入80mL去離子水及15mL質(zhì)量分數(shù)為30%的雙氧水直至氣泡消失；
3、將所述混合溶液在轉(zhuǎn)速7200rpm下離心30min，并清洗至上清液pH=3?4，混合物再次分散到水中并超聲15?20 min，然后在轉(zhuǎn)速3000rpm下離心3 min后去除黑色殘渣獲得均勾懸浮液；
4、將步驟3獲得的均勻懸浮液冷凍干燥72h，得到蓬松的氧化石墨烯；
5、取0.5g步驟4制備的蓬松固體氧化石墨烯進行壓片處理，壓強為30MPa，保壓時間為3min，得到尺寸為3cmX 3cmX0.1cm的三維氧化石墨??；
6、將步驟5制備的三維氧化石墨烯與兩個鉑電極組裝成鉑電極I三維氧化石墨烯I鉑電極結(jié)構(gòu)，進行結(jié)構(gòu)極化處理，在相對濕度為80%的環(huán)境下直流電壓1V處理3min，之后設(shè)置回路參數(shù)電壓U=OV、時間t=2000s、取樣間隔為0.1 s消除電容效應(yīng)，最后30 °C真空干燥2h ；處理完畢后撤掉鉑電極結(jié)構(gòu)；
7、將步驟6制得的經(jīng)過結(jié)構(gòu)極化處理的三維氧化石墨烯組裝在硅太陽能電池的鋁背電極上，并在硅太陽能電池的另一側(cè)組裝多孔鋁電極或鈦網(wǎng)電極，組裝成多孔鋁或鈦網(wǎng)電極三維氧化石墨烯I鋁背電極結(jié)構(gòu)，并采用乙烯-醋酸乙烯共聚物密封處理，完成能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備。
[0021]二、所述在潮濕環(huán)境發(fā)電的全天候硅太陽能電池的測試
所述在潮濕環(huán)境發(fā)電的全天候硅太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。由本發(fā)明所制備的能在潮濕環(huán)境發(fā)電的全天候娃太陽能電池(尺寸3cm X 3cm,氧化石墨稀部分輸出的電壓為0.1?
0.2V、功率2?4mW)在模擬太陽光照(光照強度:10mW/cm2)下時，開路電壓為700?750mV、短路電流密度為15?18mA/cm2、填充因子為65?75%、光電轉(zhuǎn)換效率為10?20%;而在潮濕無光環(huán)境的輸出電壓為100?200mV、電流密度為0.8?1.5mA/cm2ο
[0022]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護的技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于它包括以下步驟: (I )、在冰浴條件下將石墨粉:硝酸鈉:高錳酸鉀按照質(zhì)量比為I?2:1: 5?8分散在濃硫酸中，攪拌； (2)、移除冰浴，將混合溶液加熱并攪拌，加入去離子水及雙氧水直至氣泡消失； (3)、將所述混合溶液離心并清洗至上清液pH=3?4，將混合物再次分散到水中并超聲分散，離心去除黑色殘渣獲得均勻懸浮液； (4)、將步驟(3)獲得的均勻懸浮液冷凍干燥，得到蓬松的固體氧化石墨烯； (5)、取所述蓬松的固體氧化石墨烯進行壓片處理，制得三維氧化石墨烯； (6)、將所述三維氧化石墨烯與兩個鉑電極組裝成鉑電極I三維氧化石墨烯I鉑電極結(jié)構(gòu)，并進行結(jié)構(gòu)極化處理，之后進行消除電容效應(yīng)處理，最后真空干燥； (7)、將所述經(jīng)過結(jié)構(gòu)極化處理的三維氧化石墨烯組裝在硅太陽能電池的鋁背電極上，并在硅太陽能電池的另一側(cè)組裝多孔電極，并密封處理，制得能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候娃太陽能電池。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中將混合溶液通過水浴加熱至30?40 0C，并攪拌30?40分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)冷凍干燥時間為60?72h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中壓片壓強為20?40MPa，保壓時間為2?4min，得到三維氧化石墨稀片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(6)中結(jié)構(gòu)極化處理是在相對濕度為75?85%的環(huán)境下直流電壓8?12V處理3!^11;設(shè)置回路參數(shù)電壓1]=(^、時間丨=20008、取樣間隔為0.18進行消除電容效應(yīng)處理。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(7)中的多孔電極為多孔鋁電極或鈦網(wǎng)電極。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟(7)用乙烯-醋酸乙烯共聚物熱封膠密封。8.權(quán)利要求1-7任一項所述的制備方法制得的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能在潮濕環(huán)境下發(fā)電的全天候硅太陽能電池，其特征在于:所述全天候硅太陽能電池在光照強度lOOmW/cm2下的開路電壓為700?750mV、短路電流密度為15?18mA/cm2、填充因子為65?75%、光電轉(zhuǎn)換效率為10?20%; 所述全天候硅太陽能電池在潮濕無光環(huán)境的輸出電壓為100?200mV、電流密度為0.8?1.5mA/cm2ο10.權(quán)利要求8所述的全天候硅太陽能電池在制備電池組件、電站中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01M14/00GK105957715SQ201610397210
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】唐群委, 張磊, 賀本林, 張悅, 陳海燕
【申請人】中國海洋大學(xué)