專利名稱：：一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的復(fù)合對電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
：自1991年由瑞士Graetzd教授提出的染料敏化二氧化鈦納米薄膜太陽能電池(DSSCs)，由于具有相對廉價、容易制備柔性電池、性能高達lr/。等優(yōu)點，因而備受科研和產(chǎn)業(yè)部門的重視。為了體現(xiàn)染料敏化納米晶太陽能電池的這些優(yōu)點，其對電極必須滿足以下三個要求一是材料廉價易得，二是催化還原效率高，三是對電極具有一定的柔性。然而，目前高性能的DSSCs電池主要是釆用鍍鉑FTO玻璃作為對電極。鉑對電極盡管具有優(yōu)越的性能，但是較高的成本限制了它的大規(guī)模應(yīng)用，同時，這類對電極通常是釆用FTO導(dǎo)電玻璃作為基體，不利于制備柔性對電極。因此，開發(fā)可取代鉑對電極，并具有廉價、高性能、可制備柔性電池特征的對電極是目前本研究領(lǐng)域的重點內(nèi)容之一。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種成本較低、制備工藝簡單的染料敏化太陽能電池用炭氣凝膠復(fù)合對電極，用其代替染料敏化太陽能電池的鉑對電極，便于染料敏化太陽能電池的實用化。本發(fā)明是以如下方式實現(xiàn)的一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，由炭氣凝膠[1]與聚合物[2]共混的炭氣凝膠復(fù)合物，涂敷在導(dǎo)電基體[3]上構(gòu)成。炭氣凝膠的比表面積介于100-1100m2/g、孔隙率介于40%~98%，孔徑介于2~50nm,細度200~400目。所述的聚合物，是1:6重量比的聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸混合物、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯。所述的導(dǎo)電基體，為錫銦氧化物玻璃、含氟氧化錫玻璃或金屬導(dǎo)電基體。所述的金屬導(dǎo)電基體，為不銹鋼薄片、100-400目的不銹鋼網(wǎng)、鎳薄片或泡沬鎳。一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極的制備方法，通過下列步驟實現(xiàn)(1)將炭氣凝膠與聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸水溶液混合成質(zhì)量百分濃度為5%~40%的懸浮液，或?qū)⑻繗饽z以質(zhì)量比為5:1~15:1的比例加入到聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的懸浮液中，超聲分散1020min，得到混合均勻的炭氣凝膠/聚合物復(fù)合物，備用；(2)清洗導(dǎo)電基體，將炭氣凝膠/聚合物復(fù)合物涂敷在已清洗干凈的導(dǎo)電基體上，干燥后即得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。當聚合物為聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸混合物的水溶液時，所配制的炭氣凝膠懸浮液的濃度為5%-40%;得到炭氣凝膠/聚合物懸浮復(fù)合物，將配制好的炭氣凝膠/聚合物懸浮復(fù)合物滴于導(dǎo)電基體上，并用勻膠機旋涂均勻，旋涂轉(zhuǎn)速為500~3000轉(zhuǎn)/min，時間為30s，放在烘箱中于100~150°C下烘烤20~60min，冷卻后即得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。當聚合物為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯時，炭氣凝膠以質(zhì)量比為5:1~15:1的比例加入到聚合物懸浮液中，加入體積比為1%10。/。的乙醇或N-甲基-2-吡咯烷酮，得到炭氣凝膠/聚合物糊狀復(fù)合物；將炭氣凝膠/聚合物糊狀復(fù)合物刮涂于導(dǎo)電基體上，然后將其置于真空烘箱或室溫下干燥；干燥后在10MPa20MPa下進行壓片，得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。本發(fā)明有如下技術(shù)效果，本發(fā)明制備的用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，釆用有利于離子傳輸?shù)闹锌捉Y(jié)構(gòu)的炭氣凝膠作為催化還原主體材料，因而具有高性能的催化還原I/的能力。該炭氣凝膠復(fù)合對電極不僅具有成本低的特點，而且制備工藝簡單、穩(wěn)定性高、電導(dǎo)率高、可制備柔性對電極等優(yōu)點，應(yīng)用到染料敏化納米晶太陽能電池后，解決了染料敏化太陽能電池普遍使用的鉑對電極成本高的問題，便于染料敏化太陽能電池的實用化。圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、炭氣凝膠粒子，2、聚合物，3、導(dǎo)電基體。圖2是本發(fā)明的炭氣凝膠/PTFE/不銹鋼網(wǎng)對電極的I-V曲線。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1:將ITO玻璃裁剪成lcmxl.5cm大小的片，然后依次用洗潔精、蒸餾水、無水乙醇、異丙醇超聲15min，清洗干凈后對其進行氧等離子處理，處理時間為5min，功率為2050W，處理的主要作用是減小導(dǎo)電玻璃表面膜的平均粗糙度和峰-谷粗糙度，使其平整度得以提高；且增大導(dǎo)電玻璃的表面能，減小其接觸角，使導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電薄膜表面的潤濕性能和吸附性能得以改善。將炭氣凝膠與聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸水溶液(PEDOT:PSS,Bayer,Baytron4083)配制成不同濃度的懸浮液(質(zhì)量百分比濃度介于5%~40%之間)，將所配懸浮液在勻膠機上以500-3000轉(zhuǎn)/min的旋轉(zhuǎn)速度旋涂于導(dǎo)電玻璃上面，旋涂時間為30s，旋涂后在150'C烘箱中烘30min,干燥后得到具有催化活性的對電極。實施例2:將不銹鋼片(或鎳片)剪成lcmxl.5cm大小的片，用無水乙醇清洗干凈，待用；將炭氣凝膠與聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸水溶液(PEDOT:PSS)配制成不同濃度的懸浮液(濃度介于5%~40%之間)，將所配懸浮液在勻膠機上以500~3000轉(zhuǎn)/min的旋轉(zhuǎn)速度旋涂于導(dǎo)電玻璃上面，旋涂時間為30s,旋涂后在15Gr烘箱中烘30min,干燥后得到具有催化活性的對電極。實施例3:將不銹鋼片(或鎳片)剪成lcmxl.5cm大小的片，用無水乙醇清洗干凈，待用；將炭氣凝膠以質(zhì)量比為9:1的比例與聚四氟乙烯的水懸浮液(質(zhì)量分數(shù)為60%)混合，加入5%的無水乙醇，超聲15min，讓其充分混合均勻，然后用玻璃棒將其均勻涂抹于上述處理過的不銹鋼片上，涂抹完畢后在真空干燥箱中45t:左右烘2448h使其足夠干燥，烘干后，用壓片機以20MPa的壓力壓不銹鋼片，使材料更均勻的附在片子上，得到具有催化活性的柔性炭氣凝膠復(fù)合對電極。實施例4:將第3實施例的不銹鋼片換成不銹鋼網(wǎng)，并同樣剪成lcmxl.5cm大小的片，用丙酮清洗干凈，待用；將炭氣凝膠以質(zhì)量比為9:1的比例與聚四氟乙烯的水懸浮液(質(zhì)量分數(shù)為60%)混合，加入5%的無水乙醇，由于不銹鋼網(wǎng)有孔洞結(jié)構(gòu)，所以所加入的無水乙醇要比第一實施例中的要少，這樣可使得材料能更好的粘附在不銹鋼網(wǎng)上。將混合物超聲15min,讓其充分混合均句，然后用玻璃棒將其均勻涂抹于上述處理過的不銹鋼網(wǎng)上，涂抹完畢后在真空干燥箱中45'C左右烘24-48h，使其足夠干燥，烘干后，用壓片機以20MPa的壓力壓不銹鋼網(wǎng)，使材料更均勻的附在片子上，得到具有催化活性的柔性炭氣凝膠復(fù)合對電極。實施例5:將第4實施例的不銹鋼網(wǎng)換成泡沬鎳，也剪成lcmxl.5cm大小的鎳片，用乙醇清洗干凈，待用；將炭氣凝膠以質(zhì)量比為9:l的比例與聚四氟乙烯的水懸浮液(質(zhì)量分數(shù)為60%)混合，加入10%的無水乙醇，由于鎳片相對比較厚，所以要使用浸泡而不是涂抹的方法使材料充分粘附在鎳片上,所以加入的無水乙醇要比實施例4的要多一些。將所得混合物超聲15min,充分混合后，將鎳片放進混合物中浸泡20s左右拿出，放在真空干燥箱中50°C干燥2448h,烘干后，同樣用壓片機以20MPa的壓力壓鎳片，得到具有催化活性的柔性炭氣凝膠復(fù)合對電極。以上為本發(fā)明的5個實施例，以本發(fā)明制備的炭氣凝膠復(fù)合對電極，由于炭氣凝膠本身對電解質(zhì)有一定的吸附作用，因此，在組裝染料敏化太陽能電池時，有必要先將電解質(zhì)溶液滴加在炭氣凝膠復(fù)合對電極表面，使炭氣凝膠復(fù)合對電極吸附電解質(zhì)溶液達到基本飽和，然后再組裝太陽能電池器件。染料敏化太陽能電池的Ti02多孔電極、染料敏化劑和電解質(zhì)溶液均使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的材料和制備方法。其中，1102多孔電極是用P25型Ti02在FTO玻璃上制備成一層致密的TiOj莫；染料敏化劑釆用N719;電解質(zhì)溶液采用含0.5M的KI和0.05M的12的液體電解質(zhì)或聚合物凝膠電解質(zhì)；分別以實例4制備的炭氣凝膠柔性對電極和鉑對電極在相同條件下制備電池器件，其測試結(jié)果顯示于圖2，并列于表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，其特征在于由炭氣凝膠[1]與聚合物[2]共混的炭氣凝膠復(fù)合物，涂敷在導(dǎo)電基體[3]上構(gòu)成。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，其特征在于炭氣凝膠的比表面積介于100-1100m2/g、孔隙率介于40%~98%,孔徑介于2~50nm，細度200~400目。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，其特征在于所述的聚合物，是1:6重量比的聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸混合物、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，其特征在于所述的導(dǎo)電基體為錫銦氧化物玻璃、含氟氧化錫玻璃或金屬導(dǎo)電基體。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極，其特征在于所述的金屬導(dǎo)電基體為不銹鋼薄片、100-400目的不銹鋼網(wǎng)、鎳薄片或泡沫鎳。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極的制備方法，通過下列步驟實現(xiàn)(1)將炭氣凝膠與聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸水溶液混合成質(zhì)量百分濃度為5%~40%的懸浮液或?qū)⑻繗饽z以質(zhì)量比為5:1~15:l的比例加入到聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的懸浮液中，超聲分散1020min,得到混合均勻的炭氣凝膠/聚合物復(fù)合物，備用；(2)清洗導(dǎo)電基體，將炭氣凝膠/聚合物復(fù)合物涂敷在已清洗干凈的導(dǎo)電基體上，干燥后即得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極的制備方法，其特征在于當聚合物為聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸混合物的水溶液時，所配制的炭氣凝膠懸浮液的質(zhì)量百分濃度為5%~40%;得到炭氣凝膠/聚合物懸浮復(fù)合物，將配制好的炭氣凝膠/聚合物懸浮復(fù)合物滴于導(dǎo)電基體上，并用勻膠機旋涂均勻，旋涂轉(zhuǎn)速為500-3000轉(zhuǎn)/min,時間為30s,放在烘箱中于10015(TC下烘烤2060min,冷卻后即得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極的制備方法，其特征在于聚合物為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯，炭氣凝膠以質(zhì)量比為5:1~15:l的比例加入到聚合物懸浮液中，加入體積比為1%-10。/。的乙醇或N-甲基-2-吡咯烷酮，得到炭氣凝膠/聚合物糊狀復(fù)合物；將炭氣凝膠/聚合物糊狀復(fù)合物刮涂于導(dǎo)電基體上，然后將其置于真空烘箱或室溫下干燥；干燥后在10MPa-20MPa下進行壓片，得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極及制備方法，該炭氣凝膠復(fù)合對電極由炭氣凝膠[1]與聚合物[2]共混的炭氣凝膠復(fù)合物，涂敷在導(dǎo)電基體[3]上構(gòu)成。其制備方法包括如下步驟(1)將炭氣凝膠與聚二氧乙基噻吩/聚對苯乙烯磺酸水溶液混合成濃度為5％～40％的懸浮液，或?qū)⑻繗饽z以質(zhì)量比為5∶1～15∶1的比例加入到聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的懸浮液中，超聲分散10～20min，得到混合均勻的炭氣凝膠/聚合物復(fù)合物，備用；(2)清洗導(dǎo)電基體，將炭氣凝膠/聚合物復(fù)合物涂敷在已清洗干凈的導(dǎo)電基體上，干燥后即得到用于染料敏化太陽能電池的炭氣凝膠復(fù)合對電極。該對電極具有成本低廉、電導(dǎo)率高、催化活性高、可制備柔性電池等特點，因而可促進染料敏化納米晶太陽能電池的實用化。文檔編號C08L27/18GK101562077SQ20091004334公開日2009年10月21日申請日期2009年5月11日優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日發(fā)明者譚松庭,斌趙,輝黃申請人:湘潭大學(xué)