專利名稱：一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)，特別涉及一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性 碳對電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池是上世紀(jì)九十年代開發(fā)出的一種新型化學(xué)太陽能電池，具有 低成本、簡便的制備工藝以及好的環(huán)境相容性而受到世界各國科學(xué)家和工業(yè)界的廣泛關(guān) 注，具有很好的應(yīng)用前景。對電極在染料敏化太陽能電池中承擔(dān)的作用是將由外電路流入的電子快速、無損 耗的傳給電解液中的13_，并將其還原為I-用于染料的再生反應(yīng)。對電極在電池中不僅起 到傳輸電子的作用，還具有催化作用，所以對電極需要具有如下特性電阻低、電化學(xué)催化 活性高以及耐電解液的腐蝕性。傳統(tǒng)的對電極一般采用FTO或ITO導(dǎo)電玻璃，催化活性層 一般為鉬。鉬的催化活性雖然很好，但是由于鉬是一種貴金屬，價格昂貴，再加上其制備需 要高溫或高真空條件及相應(yīng)設(shè)備，工藝復(fù)雜、成本高，不適合于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。而碳材 料由于其來源廣泛，具有價格低同時又具有很好的導(dǎo)電性和電化學(xué)催化活性而成為研究的執(zhí)占。目前，制備碳對電極有使用導(dǎo)電碳漿或石墨粉的，但單獨使用二者中任一種，所制 備碳對電極都存在一定的缺點，如使用導(dǎo)電碳漿所制備的碳對電極，其導(dǎo)電性和催化活性 均較低；而使用石墨粉所制備的碳對電極，其耐電解液腐蝕性、耐磨性以及在基材上的附著 性均較低，況且它的高溫(450-600°C )燒結(jié)制備工藝也不適合于在柔性基材上制備碳對電 極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳 對電極。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔 性碳對電極的制備方法。為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極，包括柔性導(dǎo)電基材和碳催化 活性層，所述碳催化活性層是由低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的混合漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表 面經(jīng)80-150°C低溫固化形成，所述低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為2 10 1。上述柔性碳對電極，所述低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為3 8 1。上述柔性碳對電極，所述石墨粉為鱗片狀石墨、球形石墨或它們的混合物。上述柔性碳對電極，所述碳催化活性層的厚度為3 20μπι。一種用于制備上述柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極的方法，它包括如下
3步驟a.按照低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為2 10 1配制漿料；b.將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；c.在80 150°C下固化10 30分鐘，得到碳催化活性層厚度為3 20 μ m的柔 性染料敏化太陽能電池碳對電極。上述制備方法，所述碳對電極的表面電阻為10 20 Ω / 口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的柔性碳對電極的碳催化活性層是由低溫導(dǎo)電碳漿和石 墨粉的混合漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面經(jīng)低溫(小于150°C)固化形成。通過控制混合 漿料中低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比，可以得到導(dǎo)電性高、電化學(xué)催化活性高、耐電解液 腐蝕性強(qiáng)、耐磨性好、與基材附著力好的柔性碳對電極，從而在能夠保證電池具有高光電轉(zhuǎn) 換效率的同時，提高了電池的穩(wěn)定性，有利于促進(jìn)電池的商業(yè)化生產(chǎn)；由于采用柔性導(dǎo)電基 材，避免了高溫(450-60(TC )燒結(jié)制備工藝，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了能源。


圖1為本發(fā)明提供的柔性染料敏化太陽能電池碳對電極的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式本發(fā)明中的碳催化活性層是由低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的混合漿料涂覆在柔性 導(dǎo)電基材表面經(jīng)80 150°C低溫固化形成，低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為2 1 10 1，優(yōu)選3 1 8 1，當(dāng)?shù)蜏貙?dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比小于2 1時，因低溫導(dǎo)電碳 漿含量低，導(dǎo)致由其制備的柔性碳對電極的耐電解液腐蝕性、耐磨性以及在柔性導(dǎo)電基材 上的附著性均下降；而當(dāng)?shù)蜏貙?dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比大于10 1時，因石墨粉含量過 低，導(dǎo)致由其制備的柔性碳對電極的導(dǎo)電性和催化活性均降低。適合于本發(fā)明的低溫導(dǎo)電 碳漿由碳粉、樹脂、溶劑及其它助劑組成，如深圳市千代電子材料有限公司生產(chǎn)的CCI-305L 型、深圳富嘉樂電子材料有限公司生產(chǎn)的CKlO型等；適合于本發(fā)明的石墨粉為鱗片狀石 墨、球形石墨中的一種或其混合物。碳催化活性層的厚度為3 20 μ m。本發(fā)明中的柔性導(dǎo)電基材包括柔性高分子聚合物基材和其上的導(dǎo)電層，柔性高分 子聚合物基材可以是聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚碳 酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯等，導(dǎo)電層可以是ITO或有機(jī)導(dǎo)電聚合物。本發(fā)明所述涂覆方式為公知的浸涂、輥涂、刮刀涂布、絲網(wǎng)印刷中的任一種。本發(fā)明所采用的制備方法可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，可以在敞開體系中低溫固化處 理，避免了使用濺射工藝所需要的高溫和高真空條件及其相應(yīng)設(shè)備，大大降低了電池的制 造成本，適用于大面積電池的制作。采用本發(fā)明的柔性碳對電極可與柔性光陽極配合，可以 制備全柔性染料敏化太陽能電池。以下結(jié)合實施例中對本發(fā)明提供的柔性染料敏化太陽能電池用柔性碳對電極及 其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。實施例1 1)將低溫導(dǎo)電碳漿(深圳富嘉樂電子材料有限公司提供的CKlO型)與石墨粉(其 中，石墨粉為鱗片狀石墨和球形石墨重量比為3 2的混合物)按重量比2 1混合，均勻混合配制成漿料；2)采用絲網(wǎng)印刷方法，將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；3)在150°C下固化10分鐘，得到碳催化活性層厚度為3 μ m的柔性染料敏化太陽 能電池碳對電極，其表面電阻為10. 2 Ω / 口。將上述制備的柔性碳對電極應(yīng)用作為柔性染料敏化太陽能電池的對電極。所組 裝電池的短路電流為3. 65mA/cm2,開路電壓為0. 69V，填充因子為0. 47，光電轉(zhuǎn)換效率為 1. 18%。實施例2 1)將低溫導(dǎo)電碳漿(深圳市千代電子材料有限公司提供的CCI-305L型)與鱗片 狀石墨按重量比3 1混合，均勻混合配制成漿料；2)采用刮刀涂布方法，將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；3)在120°C下固化15分鐘，得到碳催化活性層厚度為7 μ m的柔性染料敏化太陽 能電池碳對電極，其表面電阻為13. 7 Ω / 口。將上述制備的柔性碳對電極應(yīng)用作為柔性染料敏化太陽能電池的對電極。所組 裝電池的短路電流為3. 78mA/cm2,開路電壓為0. 72V，填充因子為0. 51，光電轉(zhuǎn)換效率為 1. 39%。實施例3 1)將低溫導(dǎo)電碳漿(深圳富嘉樂電子材料有限公司提供的CKlO型)與球形狀石 墨按重量比5 1混合，均勻混合配制成漿料；2)采用浸涂方法，將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；3)在105°C下固化20分鐘，得到碳催化活性層厚度為10 μ m的柔性染料敏化太陽 能電池碳對電極，其表面電阻為15. 6 Ω / 口。將上述制備的柔性碳對電極應(yīng)用作為柔性染料敏化太陽能電池的對電極。所組 裝電池的短路電流為3. 52mA/cm2,開路電壓為0. 71V，填充因子為0. 53，光電轉(zhuǎn)換效率為 1. 30%。實施例4 1)將低溫導(dǎo)電碳漿(深圳市千代電子材料有限公司提供的CCI-305L型)與鱗片 狀石墨按重量比8 1混合，均勻混合配制成漿料；2)采用輥涂方法，將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；3)在90°C下固化25分鐘，得到碳催化活性層厚度為15 μ m的柔性染料敏化太陽 能電池碳對電極，其表面電阻為17. 8 Ω / 口。將上述制備的柔性碳對電極應(yīng)用作為柔性染料敏化太陽能電池的對電極。所組 裝電池的短路電流為4. OlmA/cm2,開路電壓為0. 71V，填充因子為0. 48，光電轉(zhuǎn)換效率為 1. 37%。實施例5 1)將低溫導(dǎo)電碳漿(深圳富嘉樂電子材料有限公司提供的CKlO型)與球形狀石 墨按重量比10 1混合，均勻混合配制成漿料；2)采用刮刀涂布方法，將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；3)在80°C下固化30分鐘，得到碳催化活性層厚度為20 μ m的柔性染料敏化太陽能電池碳對電極，其表面電阻為20. 2 Ω / 口。 將上述制備的柔性碳對電極應(yīng)用作為柔性染料敏化太陽能電池的對電極。所組 裝電池的短路電流為3. 95mA/cm2,開路電壓為0. 69V，填充因子為0. 52，光電轉(zhuǎn)換效率為 1. 42%。
權(quán)利要求
一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極，它包括柔性導(dǎo)電基材和碳催化活性層，其特征在于，所述碳催化活性層是由低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的混合漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面、經(jīng)80～150℃低溫固化形成，所述低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為2～10∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極，其特征在于， 所述低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為3 8 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極，其特征在 于，所述石墨粉為鱗片狀石墨、球形石墨或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極，其特征在于， 所述碳催化活性層的厚度為3 20 μ m。
5.一種制備如權(quán)利要求1所述用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極的方法， 其特征在于，它包括如下步驟a.按照低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的重量比為2 1 10 1配制漿料；b.將上述漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面；c.在80-150°C下固化10-30分鐘，得到碳催化活性層厚度為3 20μ m的柔性染料敏 化太陽能電池碳對電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極的制備方法，其 特征在于，所述柔性碳對電極的表面電阻為10 20 Ω / 口。
全文摘要
一種用于柔性染料敏化太陽能電池的柔性碳對電極及其制備方法，所述柔性碳對電極包括柔性導(dǎo)電基材和碳催化活性層，碳催化活性層是由低溫導(dǎo)電碳漿和石墨粉的混合漿料涂覆在柔性導(dǎo)電基材表面經(jīng)80-150℃低溫固化形成。該柔性碳對電極導(dǎo)電性高、電化學(xué)催化活性高、耐電解液腐蝕性強(qiáng)、耐磨性好、重量輕，能夠保證電池具有高光電轉(zhuǎn)換效率，提高電池的穩(wěn)定性，有利于促進(jìn)電池的商業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明可連續(xù)化生產(chǎn)，可在敞開體系中涂敷和低溫(80-150℃)固化處理，它降低了電池的制造成本，適用于大面積電池的制作。
文檔編號H01L51/44GK101894677SQ201010212640
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者侯麗新, 劉賢豪, 張希堂, 李保民, 田嵐, 紀(jì)雪梅, 鄭文耀 申請人:中國樂凱膠片集團(tuán)公司