具有自发电功能的斑马线护栏及其制作方法技术领域
本发明属于护栏领域，更具体涉及一种具有自发电功能的斑马线护栏及其
制作方法。
背景技术
护栏一般由金属、木制等材料制作，也称防护栏，主要用于住宅、公路、
商业区等公共场合。斑马线护栏特指用于斑马线周围，用于行人人身安全防护
的护栏。
现有斑马线护栏一般不具有自发电功能，不能对太阳能充分利用。另外，
能源与环境的可持续发展是当今世界人们面临的主要挑战。随着经济的发展，
能源的需求正在不断增长，而传统能源是不可再生的，因此，发展新能源势在
必行。太阳能是最具开发潜力的新能源之一，染料敏化太阳能电池(DSSC)是
一种有效利用太阳能的光电器件结构，具有转换效率高、制作工艺简单、成本
低廉和对环境友好等优点，被视作下一代太阳能电池的替代者。
发明内容
本发明针对背景技术存在的问题，提供具有自发电功能的斑马线护栏及其
制作方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
具有自发电功能的斑马线护栏，特征在于，在斑马线护栏的外表面安装基
于柔性衬底的染料敏化太阳能电池，太阳能电池由如下方法制作而成：
(1)制备TiO2和NiO混合小粒子
首先合成TiO2和NiO混合物作为浆料中的纳米胶联剂。
将25wt％的偏钛酸溶解到浓硫酸中，冷却后过滤分离不溶物，将氨水加到
滤液中获得沉淀物，再用去离子水清洗沉淀物至完全去除SO42-，用硝酸溶解沉
淀物，过滤后，将滤液加热到沸腾，产生沉淀物，在其中加入一定比例的NiO
粉末，搅拌混合均匀，即的TiO2和NiO混合小粒子。
(2)制备工作电极
工作电极采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点。
a.取一定尺寸的Ti片，厚度为0.13mm，将其浸渍在0.1M的HCl溶液中，时
间为5h，然后用水和乙醇清洗；
b.将得到的TiO2和NiO混合小粒子分散到盐酸和乙醇的混合液中(体积比
1:4)，充分搅拌后得到纳米胶；然后将一定量的P25(含70％锐钛矿，30％金
红石)分散到无水乙醇中，得到固含量25wt％的P25悬浮液；将纳米胶加入到
P25悬浮液中，充分搅拌得到含混合小粒子的P25浆料，最后采用刮刀法将浆料
涂在Ti基底上；
c.将一定量的钛酸正丁酯(TBOT)，以及一定量的P25(含70％锐钛矿，30％
金红石)与6ml无水乙醇在密闭容器中搅拌10h，得到含TBOT的P25浆料，然
后再次采用刮刀法将该浆料刮涂在Ti片上；
所述浆料TBOT与P25的质量比为0.3；
d.将上述得到的Ti基底在150℃下处理1小时，然后迅速沉浸在0.4mMN719
的乙醇溶液中，静置12小时，即的N719敏化柔性工作电极；
(3)制备对电极
对电极采用导电塑料(ITO-PET)，取与Ti基底相同尺寸的ITO-PET，采用
磁控溅射一层Pt电极，Pt厚度为1.4μm；
进一步地，在溅射Pt电极之前，可以对导电塑料进行生物酶处理：
去除基片上的各种油污物，依次放入复合生物酶液，去离子水各超声15min；
然后烘干；
所述复合生物酶的成分为：碱性蛋白酶0.5g/L,纤维素酶0.9g/L，多酚氧
化酶0.05g/L，其余为去离子水；
(4)器件组装
将以上的工作电极与对电极用夹子加紧，向其间空隙注入液态电解质，组成
三明治结构的柔性敏化太阳能电池。其中，电解质组分为0.5MLiI+0.05MI2+0.1
M4-丁基吡啶，溶剂为体积比1:1的乙腈与丙烯碳酸脂混合液。
对器件进行测试，测试中所用太阳能模拟器光强为100mWcm-2(1sun)。
对比了不同参数下，电池的转化效率。
本发明的有益之处在于：
本发明是基于柔性衬底的染料敏化太阳能电池。染料主要作用是吸收太阳
光，染料分子由能量较低的基态被激发到激发态，然后激发态电子迅速注入到
TiO2的导带中，并被工作电极收集，通过外电路做功后到达对电极；电解质中的
I-可还原染料分子，从而完成电流循环。
工作电极衬底采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点，可以应
用于非平坦的表面，并且在其上制备的工作电极成膜总质量较好；对电极采用
导电塑料(ITO-PET)；工作电极涂覆了TiO2和NiO混合物浆料，可以更好的吸
附染料(N719)。
最终得到的太阳能电池性能佳，转化效率极高，而且寿命很长。
附图说明
图1为本发明的斑马线护栏的示意图。
图2为柔性敏化太阳能电池结构示意图。其由工作电极、对电极和电解液组成，
工作电极为柔性Ti片01，其上涂覆有P25浆料02作为染料，对电极为导电塑
料(ITO-PET)05，磁控溅射有Pt导电层04，电解液03含有I-离子。
具体实施方式
柔性基底敏化太阳能电池具有可弯曲、不易碎、重量轻等优点，可以应用
到诸如手机、手表、编织物等领域，可极大的拓宽光伏器件的应用范围，并且
柔性基底成本低廉，有利于产业化生产。
染料敏化太阳能电池结构主要分为三个部分，即：光敏电极、电解液、对
电极。其中光敏电极主要作用是接收太阳光并转化为电能，电解液和对电极的
作用是支持太阳能电池循环运作。大多数染料敏化太阳能电池的光敏电极都是
由吸附了染料的二氧化钛薄膜覆盖在导电玻璃上制成。二氧化钛薄膜则是由不
同尺寸的锐钛矿二氧化钛纳米颗粒构成。染料分为金属配位化合物和有机小分
子等种类，其中金属配位化合物使用较为广泛，特别是含钌的配位化合物更是
表现出高的转换效率。染料分子一般都含有羧基或者膦酸基，能够和二氧化钛
上的基团相互作用，从而将染料分子固定在二氧化钛颗粒表面。光敏电极的制
备首先是在导电基板上利用物理涂覆或者水热法制备一层二氧化钛纳米结构薄
膜，为了达到较高的转换效率，制备的二氧化钛应为锐钛矿晶型，通常是利用
高温使其转换为所需的晶型。随后将覆盖有二氧化钛薄膜的导电玻璃浸泡在染
料溶液中，使染料分子在二氧化钛纳米结构表面吸附，达到吸附饱和后取出即
得到光敏电极。电解液中有效成分为氧化还原对，最常用的为碘和碘离子，也
有使用其他有机小分子如二茂铁，二硫醚衍生物等。对电极基本是用具有催化
活性的铂金层覆盖的导电玻璃。
染料敏化太阳能电池工作原理为：
当染料敏化太阳能电池接受到光照后，染料分子会吸收光能，从基态跃迁
到激发态，产生了中心离子到配体的电荷迁移，并将电子通过配体注入二氧化
钛纳米颗粒中，电子进一步在二氧化钛纳米颗粒间传输，并最终积累在二氧化
钛层后方导电基板上。由于染料分子是吸附在二氧化钛纳米颗粒表面，而二氧
化钛薄膜的纳米结构决定了其具有非常高的比表面积。故使用具有纳米结构的
二氧化钛薄膜能够有效的提高电池中染料分子的数量，进而提高其对入射光线
的利用率，提高转换效率。
染料分子由较低能级的基态被激发为较高能级的激发态,激发态电子迅速
注入到TiO2的导带中，并被TiO2膜的导电基底所收集,继而通过外电路做功后到
达电极；而电解质中的I-可使染料分子再生,产生的I3-接受传递到对电极的电
子,从而完成电流循环。
本发明的设计主要出于对以下几点的考虑：
基于柔性衬底的染料敏化太阳能电池。本发明中，染料主要作用是吸收太
阳光，染料分子由能量及较低的基态被激发到激发态，然后激发态电子迅速注
入到TiO2的导带中，并被工作电极收集，通过外电路做功后到达对电极；电解
质中的I-可还原染料分子，从而完成电流循环。
工作电极衬底采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点，可以应
用于非平坦的表面，并且在其上制备的工作电极成膜总质量较好；对电极采用
导电塑料(ITO-PET)；工作电极涂覆了TiO2和NiO混合物浆料，可以更好的吸
附染料(N719)。
图1为本发明的斑马线护栏示意图，在斑马线护栏的外表面安装柔性染料
敏化太阳能电池。
实施例1：
具有自发电功能的斑马线护栏，特征在于，在斑马线护栏的外表面安装基
于柔性衬底的染料敏化太阳能电池，太阳能电池由如下方法制作而成：
(1)制备TiO2和NiO混合小粒子
首先合成TiO2和NiO混合物作为浆料中的纳米胶联剂。
将25wt％的偏钛酸溶解到浓硫酸中，冷却后过滤分离不溶物，将氨水加到
滤液中获得沉淀物，再用去离子水清洗沉淀物至完全去除SO42-，用硝酸溶解沉
淀物，过滤后，将滤液加热到沸腾，产生沉淀物，在其中加入一定比例的NiO
粉末，搅拌混合均匀，即的TiO2和NiO混合小粒子。
(2)制备工作电极
工作电极采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点。
a.取一定尺寸的Ti片，厚度为0.1mm，将其浸渍在0.1M的HCl溶液中，时
间为5h，然后用水和乙醇清洗；
b.将得到的TiO2和NiO混合小粒子分散到盐酸和乙醇的混合液中(体积比
1:4)，充分搅拌后得到纳米胶；然后将一定量的P25(含70％锐钛矿，30％金
红石)分散到无水乙醇中，得到固含量24wt％的P25悬浮液；将纳米胶加入到
P25悬浮液中，充分搅拌得到含混合小粒子的P25浆料，最后采用刮刀法将浆料
涂在Ti基底上；
c.将一定量的钛酸正丁酯(TBOT)，以及一定量的P25(含70％锐钛矿，30％
金红石)与6ml无水乙醇在密闭容器中搅拌10h，得到含TBOT的P25浆料，然
后再次采用刮刀法将该浆料刮涂在Ti片上；
所述浆料TBOT与P25的质量比为0.57；
d.将上述得到的Ti基底在150℃下处理1小时，然后迅速沉浸在0.4mMN719
的乙醇溶液中，静置12小时，即的N719敏化柔性工作电极；
(3)制备对电极
对电极采用导电塑料(ITO-PET)，取与Ti基底相同尺寸的ITO-PET，采用
磁控溅射一层Pt电极，Pt厚度为1μm；
(4)器件组装
将以上的工作电极与对电极用夹子加紧，向其间空隙注入液态电解质，组成
三明治结构的柔性敏化太阳能电池。其中，电解质组分为0.5MLiI+0.05MI2+0.1
M4-丁基吡啶，溶剂为体积比1:1的乙腈与丙烯碳酸脂混合液。
对器件进行测试，测试中所用太阳能模拟器光强为100mWcm-2(1sun)。对
比了不同参数下，电池的转化效率。电池的转化效率为9.9％，循环5000次后测
量电池转换效率依然保留原转化效率的90.8％。
实施例2：
具有自发电功能的斑马线护栏，特征在于，在斑马线护栏的外表面安装基
于柔性衬底的染料敏化太阳能电池，太阳能电池由如下方法制作而成：
(1)制备TiO2和NiO混合小粒子
首先合成TiO2和NiO混合物作为浆料中的纳米胶联剂。
将25wt％的偏钛酸溶解到浓硫酸中，冷却后过滤分离不溶物，将氨水加到
滤液中获得沉淀物，再用去离子水清洗沉淀物至完全去除SO42-，用硝酸溶解沉
淀物，过滤后，将滤液加热到沸腾，产生沉淀物，在其中加入一定比例的NiO
粉末，搅拌混合均匀，即的TiO2和NiO混合小粒子。
(2)制备工作电极
工作电极采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点。
a.取一定尺寸的Ti片，厚度为0.1mm，将其浸渍在0.1M的HCl溶液中，时
间为5h，然后用水和乙醇清洗；
b.将得到的TiO2和NiO混合小粒子分散到盐酸和乙醇的混合液中(体积比
1:4)，充分搅拌后得到纳米胶；然后将一定量的P25(含70％锐钛矿，30％金
红石)分散到无水乙醇中，得到固含量25wt％的P25悬浮液；将纳米胶加入到
P25悬浮液中，充分搅拌得到含混合小粒子的P25浆料，最后采用刮刀法将浆料
涂在Ti基底上；
c.将一定量的钛酸正丁酯(TBOT)，以及一定量的P25(含70％锐钛矿，30％
金红石)与6ml无水乙醇在密闭容器中搅拌10h，得到含TBOT的P25浆料，然
后再次采用刮刀法将该浆料刮涂在Ti片上；
所述浆料TBOT与P25的质量比为0.4；
d.将上述得到的Ti基底在130℃下处理1小时，然后迅速沉浸在0.4mMN719
的乙醇溶液中，静置12小时，即的N719敏化柔性工作电极；
(3)制备对电极
对电极采用导电塑料(ITO-PET)，取与Ti基底相同尺寸的ITO-PET，采用
磁控溅射一层Pt电极，Pt厚度为1μm；
(4)器件组装
将以上的工作电极与对电极用夹子加紧，向其间空隙注入液态电解质，组成
三明治结构的柔性敏化太阳能电池。其中，电解质组分为0.5MLiI+0.05MI2+0.1
M4-丁基吡啶，溶剂为体积比1:1的乙腈与丙烯碳酸脂混合液。
对器件进行测试，测试中所用太阳能模拟器光强为100mWcm-2(1sun)。对
比了不同参数下，电池的转化效率。电池的转化效率为14.2％，循环5000次后
测量电池转换效率依然保留原转化效率的92.2％。
实施例3：
具有自发电功能的斑马线护栏，特征在于，在斑马线护栏的外表面安装基
于柔性衬底的染料敏化太阳能电池，太阳能电池由如下方法制作而成：
(1)制备TiO2和NiO混合小粒子
首先合成TiO2和NiO混合物作为浆料中的纳米胶联剂。
将25wt％的偏钛酸溶解到浓硫酸中，冷却后过滤分离不溶物，将氨水加到
滤液中获得沉淀物，再用去离子水清洗沉淀物至完全去除SO42-，用硝酸溶解沉
淀物，过滤后，将滤液加热到沸腾，产生沉淀物，在其中加入一定比例的NiO
粉末，搅拌混合均匀，即的TiO2和NiO混合小粒子。
(2)制备工作电极
工作电极采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点。
a.取一定尺寸的Ti片，厚度为0.11mm，将其浸渍在0.1M的HCl溶液中，时
间为5h，然后用水和乙醇清洗；
b.将得到的TiO2和NiO混合小粒子分散到盐酸和乙醇的混合液中(体积比
1:4)，充分搅拌后得到纳米胶；然后将一定量的P25(含70％锐钛矿，30％金
红石)分散到无水乙醇中，得到固含量25wt％的P25悬浮液；将纳米胶加入到
P25悬浮液中，充分搅拌得到含混合小粒子的P25浆料，最后采用刮刀法将浆料
涂在Ti基底上；
c.将一定量的钛酸正丁酯(TBOT)，以及一定量的P25(含70％锐钛矿，30％
金红石)与6ml无水乙醇在密闭容器中搅拌10h，得到含TBOT的P25浆料，然
后再次采用刮刀法将该浆料刮涂在Ti片上；
所述浆料TBOT与P25的质量比为0.3；
d.将上述得到的Ti基底在150℃下处理1小时，然后迅速沉浸在0.4mMN719
的乙醇溶液中，静置12小时，即的N719敏化柔性工作电极；
(3)制备对电极
对电极采用导电塑料(ITO-PET)，取与Ti基底相同尺寸的ITO-PET，在溅
射Pt电极之前，可以对导电塑料进行生物酶处理：去除基片上的各种油污物，
依次放入复合生物酶液，去离子水各超声15min；然后烘干；
所述复合生物酶的成分为：碱性蛋白酶0.2g/L,纤维素酶0.9g/L，多酚氧
化酶0.05g/L，其余为去离子水；
烘干后采用磁控溅射一层Pt电极，Pt厚度为0.5μm；
(4)器件组装
将以上的工作电极与对电极用夹子加紧，向其间空隙注入液态电解质，组成
三明治结构的柔性敏化太阳能电池。其中，电解质组分为0.5MLiI+0.05MI2+0.1
M4-丁基吡啶，溶剂为体积比1:1的乙腈与丙烯碳酸脂混合液。
对器件进行测试，测试中所用太阳能模拟器光强为100mWcm-2(1sun)。对
比了不同参数下，电池的转化效率。电池的转化效率为18.1％，循环5000次后
测量电池转换效率依然保留原转化效率的95.8％。
实施例4：
具有自发电功能的斑马线护栏，特征在于，在斑马线护栏的外表面安装基
于柔性衬底的染料敏化太阳能电池，太阳能电池由如下方法制作而成：
(1)制备TiO2和NiO混合小粒子
首先合成TiO2和NiO混合物作为浆料中的纳米胶联剂。
将25wt％的偏钛酸溶解到浓硫酸中，冷却后过滤分离不溶物，将氨水加到
滤液中获得沉淀物，再用去离子水清洗沉淀物至完全去除SO42-，用硝酸溶解沉
淀物，过滤后，将滤液加热到沸腾，产生沉淀物，在其中加入一定比例的NiO
粉末，搅拌混合均匀，即的TiO2和NiO混合小粒子。
(2)制备工作电极
工作电极采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点。
a.取一定尺寸的Ti片，厚度为0.1mm，将其浸渍在0.1M的HCl溶液中，时
间为5h，然后用水和乙醇清洗；
b.将得到的TiO2和NiO混合小粒子分散到盐酸和乙醇的混合液中(体积比
1:4)，充分搅拌后得到纳米胶；然后将一定量的P25(含70％锐钛矿，30％金
红石)分散到无水乙醇中，得到固含量26wt％的P25悬浮液；将纳米胶加入到
P25悬浮液中，充分搅拌得到含混合小粒子的P25浆料，最后采用刮刀法将浆料
涂在Ti基底上；
c.将一定量的钛酸正丁酯(TBOT)，以及一定量的P25(含70％锐钛矿，30％
金红石)与6ml无水乙醇在密闭容器中搅拌10h，得到含TBOT的P25浆料，然
后再次采用刮刀法将该浆料刮涂在Ti片上；
所述浆料TBOT与P25的质量比为0.56；
d.将上述得到的Ti基底在150℃下处理1小时，然后迅速沉浸在0.4mMN719
的乙醇溶液中，静置12小时，即的N719敏化柔性工作电极；
(3)制备对电极
对电极采用导电塑料(ITO-PET)，取与Ti基底相同尺寸的ITO-PET，在溅
射Pt电极之前，可以对导电塑料进行生物酶处理：去除基片上的各种油污物，
依次放入复合生物酶液，去离子水各超声25min；然后烘干；
所述复合生物酶的成分为：碱性蛋白酶0.3g/L,纤维素酶1.0g/L，多酚氧
化酶0.05g/L，其余为去离子水；
烘干后采用磁控溅射一层Pt电极，Pt厚度为1μm；
(4)器件组装
将以上的工作电极与对电极用夹子加紧，向其间空隙注入液态电解质，组成
三明治结构的柔性敏化太阳能电池。其中，电解质组分为0.4MLiI+0.05MI2+0.1
M4-丁基吡啶，溶剂为体积比1:1.4的乙腈与丙烯碳酸脂混合液。
对器件进行测试，测试中所用太阳能模拟器光强为100mWcm-2(1sun)。对
比了不同参数下，电池的转化效率。电池的转化效率为23.2％，循环5000次后
测量电池转换效率依然保留原转化效率的95.2％。
实施例5：
具有自发电功能的斑马线护栏，特征在于，在斑马线护栏的外表面安装基
于柔性衬底的染料敏化太阳能电池，太阳能电池由如下方法制作而成：
(1)制备TiO2和NiO混合小粒子
首先合成TiO2和NiO混合物作为浆料中的纳米胶联剂。
将25wt％的偏钛酸溶解到浓硫酸中，冷却后过滤分离不溶物，将氨水加到
滤液中获得沉淀物，再用去离子水清洗沉淀物至完全去除SO42-，用硝酸溶解沉
淀物，过滤后，将滤液加热到沸腾，产生沉淀物，在其中加入一定比例的NiO
粉末，搅拌混合均匀，即的TiO2和NiO混合小粒子。
(2)制备工作电极
工作电极采用Ti片，其具有重量轻、柔性好、成本低的特点。
a.取一定尺寸的Ti片，厚度为0.1mm，将其浸渍在0.1M的HCl溶液中，时
间为5h，然后用水和乙醇清洗；
b.将得到的TiO2和NiO混合小粒子分散到盐酸和乙醇的混合液中(体积比
1:4)，充分搅拌后得到纳米胶；然后将一定量的P25(含70％锐钛矿，30％金
红石)分散到无水乙醇中，得到固含量25wt％的P25悬浮液；将纳米胶加入到
P25悬浮液中，充分搅拌得到含混合小粒子的P25浆料，最后采用刮刀法将浆料
涂在Ti基底上；
c.将一定量的钛酸正丁酯(TBOT)，以及一定量的P25(含70％锐钛矿，30％
金红石)与6ml无水乙醇在密闭容器中搅拌10h，得到含TBOT的P25浆料，然
后再次采用刮刀法将该浆料刮涂在Ti片上；
所述浆料TBOT与P25的质量比为0.5；
d.将上述得到的Ti基底在150℃下处理1小时，然后迅速沉浸在0.4mMN719
的乙醇溶液中，静置12小时，即的N719敏化柔性工作电极；
(3)制备对电极
对电极采用导电塑料(ITO-PET)，取与Ti基底相同尺寸的ITO-PET，在溅
射Pt电极之前，可以对导电塑料进行生物酶处理：去除基片上的各种油污物，
依次放入复合生物酶液，去离子水各超声15min；然后烘干；
所述复合生物酶的成分为：碱性蛋白酶0.4g/L,纤维素酶1.2g/L，多酚氧
化酶0.05g/L，其余为去离子水；
烘干后采用磁控溅射一层Pt电极，Pt厚度为1μm；
(4)器件组装
将以上的工作电极与对电极用夹子加紧，向其间空隙注入液态电解质，组成
三明治结构的柔性敏化太阳能电池。其中，电解质组分为0.5MLiI+0.05MI2+0.1
M4-丁基吡啶，溶剂为体积比1:1的乙腈与丙烯碳酸脂混合液。
对器件进行测试，测试中所用太阳能模拟器光强为100mWcm-2(1sun)。对
比了不同参数下，电池的转化效率。电池的转化效率为23.5％，循环5000次后
测量电池转换效率依然保留原转化效率的97.3％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局
限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本
发明的技术发明及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护
范围之内。