專利名稱：一種用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)，特別涉及一種用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制
備方法。
背景技術(shù)：
1991年瑞士科學(xué)家GrStzel教授發(fā)明的染料敏化太陽電池?zé)o疑對解決當(dāng)今世界的能源問題開辟了一條新途徑。染料敏化太陽電池具有目前占市場主導(dǎo)地位的晶體硅太陽電池所不具備的眾多優(yōu)點1)低成本，約為晶體硅太陽電池的1/4 1/5 ;2)可制成柔性器件；3)易于與建筑集成。首批小功率商品化染料敏化太陽電池于2009年由英國G24i公司推出，由光電極、敏化劑、電解質(zhì)及對電極四部分組成，其中對電極由導(dǎo)電基底和沉積在其表面的鉬催化層組成。但是，貴金屬鉬的使用不僅與染料敏化太陽電池的低成本的初衷相 違背，不利于產(chǎn)業(yè)化，而且存在易被電解質(zhì)腐蝕的現(xiàn)象，導(dǎo)致器件穩(wěn)定性下降。因此，非鉬對電極的開發(fā)是染料敏化太陽電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面臨的關(guān)鍵問題之一，迫切需解決。在目前開發(fā)的非鉬對電極中，以碳材料為催化材料的碳對電極展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢成本較低、來源廣泛、催化性能較佳、化學(xué)性能穩(wěn)定等。由于碳材料應(yīng)用于對電極時均以粉末狀或顆粒狀存在，在制備碳對電極時需先配制碳漿料，隨后將漿料沉積在導(dǎo)電基底上，經(jīng)燒結(jié)后得到碳對電極。為了使碳顆粒連接成膜以及和襯底具有較好的接觸，通常在配制漿料時加入一定量的有機(jī)粘結(jié)劑(如羥乙基纖維素、羧甲基纖維素等)或者無機(jī)粘結(jié)劑(如二氧化鈦、二氧化錫等)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有比傳統(tǒng)的鉬對電極更低的成本、更高的化學(xué)穩(wěn)定性，而且其染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率與鉬對電極相當(dāng)?shù)挠糜谌玖厦艋栯姵氐奶紝﹄姌O的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 :(15 150)的重量比混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按碳顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 : (0. 2 5) : (I 10) : (0. 05 0. 5)的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合衆(zhòng)料；2)涂層采用刮涂法、絲網(wǎng)印刷技術(shù)或噴涂法將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底上，涂層厚度為I y m 50 ii m ;3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于200 600°C保溫0. I 2h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。所述的碳顆粒采用粒徑為IOnm 50 y m的炭黑、石墨、介孔碳、微孔碳、活性碳、玻璃碳中的一種或一種以上任意比例的混合物。所述的導(dǎo)電基底為透明導(dǎo)電玻璃、金屬基底、碳質(zhì)基底或?qū)щ姼叻肿踊?。所述的步驟3)的燒結(jié)采用氮氣保護(hù)或空氣氣氛以5 20°C /min的升溫速率自室溫升溫到200 600°C。本發(fā)明通過在混料階段加入氧化鋅溶膠，經(jīng)燒結(jié)氧化鋅溶膠原位生成高電子遷移率的氧化鋅顆?；蚓W(wǎng)絡(luò)，均勻地分布于碳顆粒之間以及碳顆粒和導(dǎo)電基底之間，起著粘結(jié)作用，不僅增強(qiáng)了碳顆粒與導(dǎo)電基底的結(jié)合進(jìn)而改善碳對電極的穩(wěn)定性，而且能使外電路電子更快速地傳輸?shù)教碱w粒上參與電解質(zhì)還原進(jìn)而改善碳對電極的催化活性和串阻。本發(fā)明獲得的碳對電極不僅具有比傳統(tǒng)的鉬對電極更低的成本、更高的化學(xué)穩(wěn)定性，而且其染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率與鉬對電極相當(dāng)，有助于低成本、高效染料敏化太陽電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式實施例I :I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 31. 53的重量比 混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按粒徑為IOOnm 10 y m介孔碳顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 :1. 5 8 :0. 15的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合漿料；2)涂層采用刮涂法將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底即透明導(dǎo)電玻璃基底上，涂層厚度為12iim ;3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于空氣氣氛中以10°C /min的升溫速率自室溫升溫到300°C保溫0. 7h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。將上述獲得的復(fù)合對電極用于染料敏化太陽電池。染料敏化太陽電池的短路電流、開路電壓、填充因子和轉(zhuǎn)換效率分別為14. 95mA/cm2, 0. 741 V，0. 611和6. 77%。上述復(fù)合對電極組裝的染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率與同條件下鉬對電極組裝的染料敏化太陽電池相當(dāng)。后者的短路電流、開路電壓、填充因子和轉(zhuǎn)換效率分別為14.34mA/cm2, 0. 716V, 0. 687 和 7. 05%。。實施例2:I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 15的重量比混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按粒徑為IOnm I y m炭黑顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 3 5 :0. 3的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合漿料；2)涂層采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底即金屬基底上，涂層厚度為Iym;3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于氮氣保護(hù)氣氛中以5°C /min的升溫速率自室溫升溫到500°C保溫0. 5h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。實施例3 I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 60的重量比混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按粒徑為IOnm 50 石墨顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 :0. 2 1 0. I的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合漿料；2)涂層采用噴涂法將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底即導(dǎo)電高分子基底上，涂層厚度為50 ii m ;3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于空氣氣氛中以12°C /min的升溫速率自室溫升溫到200°C保溫2h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。
實施例4 I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 :120的重量比混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按粒徑為IOnm 10 微孔碳顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1:1:3 :0. 05的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合漿料；2)涂層采用刮涂法將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底即金屬基底基底上，涂層厚度為30um；3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于氮氣保護(hù)氣氛中以15°C /min的升溫速率自室溫升溫到400°C保溫I. 5h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。實施例5 I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 :100的重量比混 合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按粒徑為IOOnm 10 y m活性碳顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 2 6 :0. 5的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合衆(zhòng)料；2)涂層采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底即透明導(dǎo)電玻璃基底上，涂層厚度為20iim;3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于氮氣保護(hù)氣氛中以8°C /min的升溫速率自室溫升溫到350°C保溫I. 5h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。實施例6 I)混料首先，按乙醇胺二水合乙酸鋅乙二醇甲醚=1 :3. 594 :150的重量比混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按粒徑為IOnm 20U m玻璃碳顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 5 10 :0. 2的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合漿料；2)涂層采用噴涂法將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底即碳質(zhì)基底上，涂層厚度為 40 u m ;3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于氮氣保護(hù)氣氛中以20°C /min的升溫速率自室溫升溫到600°C保溫0. Ih制成染料敏化太陽電池的碳對電極。
權(quán)利要求
1.一種用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制備方法，其特征在于 1)混料首先，按こ醇胺ニ水合こ酸鋅こニ醇甲醚=1:3. 594 :(15 150)的重量比混合后在60°C下攪拌得淡黃色透明氧化鋅溶膠；再按碳顆粒氧化鋅溶膠水曲拉通=1 (0. 2 5) : (I 10) : (0. 05 0. 5)的重量比通過研磨或球磨獲得黑色碳混合漿料； 2)涂層采用刮涂法、絲網(wǎng)印刷技術(shù)或噴涂法將黑色碳混合漿料沉積在導(dǎo)電基底上，涂層厚度為I U m 50 ii m ; 3)燒結(jié)將步驟2)的產(chǎn)物置于200 600°C保溫0.I 2h制成染料敏化太陽電池的碳對電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制備方法，其特征在于所述的碳顆粒采用粒徑為IOnm 50 的炭黑、石墨、介孔碳、微孔碳、活性碳、玻璃碳 中的ー種或ー種以上任意比例的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制備方法，其特征在干所述的導(dǎo)電基底為透明導(dǎo)電玻璃、金屬基底、碳質(zhì)基底或?qū)щ姼叻肿踊住?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制備方法，其特征在于所述的步驟3)的燒結(jié)采用氮氣保護(hù)或空氣氣氛以5 20°C /min的升溫速率自室溫升 溫到200 600 0C o
全文摘要
一種用于染料敏化太陽電池的碳對電極的制備方法，以碳顆粒、氧化鋅溶膠、水、曲拉通為起始原料，經(jīng)混料、涂層、燒結(jié)制得碳對電極。燒結(jié)階段，混合于碳漿料中的氧化鋅溶膠原位生成高電子遷移率的氧化鋅顆?；蚓W(wǎng)絡(luò)，均勻地分布于碳顆粒之間以及碳顆粒和導(dǎo)電基底之間，起著粘結(jié)作用，不僅增強(qiáng)了碳顆粒與導(dǎo)電基底的結(jié)合進(jìn)而改善碳對電極的穩(wěn)定性，而且能使外電路電子更快速地傳輸?shù)教碱w粒上參與電解質(zhì)還原進(jìn)而改善碳對電極的催化活性和串阻。因此，該方法獲得的碳對電極不僅具有比傳統(tǒng)的鉑對電極更低的成本、更高的化學(xué)穩(wěn)定性，而且其染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率與鉑對電極相當(dāng)，有助于低成本、高效染料敏化太陽電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01G9/20GK102779650SQ20121027538
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者徐順建, 李水根, 羅永平, 羅玉峰, 肖宗湖, 鐘煒 申請人:新余學(xué)院