專利名稱：染料敏化太陽能電池對電極用碳漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池對電極用碳漿料。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池自1991年瑞士洛桑理工學(xué)院M. Graetazel教授提出以后，由于其制作工藝相對簡單，成本低廉，環(huán)境友好，一直受到廣泛關(guān)注，發(fā)展十分迅速。此外染料敏化太陽能電池對光照條件要求不高，這也是相對于硅基太陽能電池的一個優(yōu)勢。這些特點使其具備了巨大的商業(yè)應(yīng)用價值。染料敏化太陽能電池的對電極的理想性能，一是具有良好的導(dǎo)電性；二是對于電 池中電解液中13-還原為1-的反應(yīng)具有較好的電催化活性。染料敏化太陽能電池的對電極可以基于貴金屬鉬制得，鉬的導(dǎo)電性較好，而且對于電解液中的氧化還原反應(yīng)具有較好的電催化活性，可以有效提高電池效率。然而其缺點是使用貴金屬鉬，成本較高，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。此外,對電極也可基于碳材料制備獲得。使用碳材料的對電極,成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但是其光電轉(zhuǎn)換效率仍然不夠，因此制備高光電轉(zhuǎn)換效率的碳對電極已成為染料敏化太陽能電池的一個重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中染料敏化太陽能電池中鉬對電極價格昂貴，碳對電極光電轉(zhuǎn)換效率仍然不夠高的技術(shù)問題，目的之一在于提供一種染料敏化太陽能電池對電極用的碳漿料。本發(fā)明的碳衆(zhòng)料包括如下組分0. 3 30wt%碳材料、I 30wt%粘結(jié)劑、I 30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和20 95%溶劑；其中，所述碳材料由重量比為1: 20 20 I的碳纖維和碳黑組成，所述碳黑為超導(dǎo)電碳黑和/或電阻率在3. 0Ω ·πι以下的導(dǎo)電碳黑。較佳地是，所述碳材料由重量比為1: 10 10 :1的碳纖維和碳黑組成。本發(fā)明將顆粒狀碳黑和一維線狀碳纖維分散均勻，以一維線狀碳纖維為支線，顆粒狀碳黑為節(jié)點，形成空間網(wǎng)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，有效的提高了碳漿料的導(dǎo)電性能。其中，所述粘結(jié)劑可以為本領(lǐng)域所公知的，如二氧化鈦粉末和/或二氧化鈦膠體、或二氧化錫粉末和/或其膠體，所述粘結(jié)劑的粒徑可為10 30nm，優(yōu)選二氧化鈦粉末和/或二氧化鈦膠體。所述粘度調(diào)節(jié)劑為纖維素和/或其鹽和/或其衍生物、淀粉和、或其鹽或其衍生物、聚醚類，優(yōu)選為纖維素和/或其鹽和/或其衍生物；所述纖維素可以為甲基纖維素、乙基纖維素、纖維素醋酸酯或羧甲基纖維素鈉；所述聚醚類可以為聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇。所述溶劑可為醇類和/或萜類化合物。所述醇類可以為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、苯甲醇等等；所述萜類化合物可以為冰片、異冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇等等。本發(fā)明的碳漿料還可以包括表面活性劑、造孔物質(zhì)等等。表面活性劑可以是Triton系列物質(zhì)；造孔物質(zhì)可以是聚醚類。本發(fā)明的目的之二在于提供一種本發(fā)明的碳漿料的制備方法，包括將碳纖維和碳黑進行混合，之后加入粘結(jié)劑和粘度調(diào)節(jié)劑適當(dāng)混勻，最后加入溶劑，用機械攪拌、離心或者球磨使?jié){料充分混合，制得碳漿料。本發(fā)明的目的之三在于提供一種包含本發(fā)明的碳漿料的染料敏化太陽能電池對電極。本發(fā)明的目的之四在于提供一種本發(fā)明的染料敏化太陽能電池對電極的制備方 法，該方法為將碳漿料均勻刮涂或絲網(wǎng)印刷于清潔的導(dǎo)電基底上，之后將附有碳漿料的導(dǎo)電基底在200-450°C下煅燒或者60-150°C下干燥，制得碳對電極。所述的導(dǎo)電基底可為金屬基底、金屬氧化物或金屬氮化物基底。所述的導(dǎo)電基底可用丙酮或者乙醇對其進行超聲清洗10_30min，以去除導(dǎo)電基底表面的污跡和油潰。本發(fā)明的積極進步效果在于由本發(fā)明的碳漿料制得的染料敏化太陽能電池對電極，具有成本低廉及良好的電催化性能和導(dǎo)電性能，電池光電轉(zhuǎn)換效率達到7. 33%，具有較好的市場發(fā)展前景。


圖1為實施例1中碳漿料制得的碳對電極電池在AMl. 5，IOOOff/m2標(biāo)準測試條件下測得的1-V曲線；圖2為實施例2中碳漿料制得的碳對電極電池在AMl. 5，IOOOff/m2標(biāo)準測試條件下測得的1-V曲線；圖3為實施例3中碳漿料制得的碳對電極電池在AMl. 5，IOOOff/m2標(biāo)準測試條件下測得的1-V曲線；圖4為實施例4中碳漿料制得的碳對電極電池在AMl. 5，IOOOff/m2標(biāo)準測試條件下測得的1-V曲線；圖5為實施例5中碳漿料制得的碳對電極電池在AMl. 5，IOOOff/m2標(biāo)準測試條件下測得的1-V曲線；圖6為實施例1中碳漿料制得的碳對電極電池與對比例中碳漿料制得的碳對電極電池的對比圖，其中，A線為實施例1碳漿料制得的電池的1-V曲線，B線為對比例碳漿料制得的電池的ι-v曲線。
具體實施例方式實施例1I)將IOg氣相生長碳纖維和15g凱琴碳黑混合,之后加入25g粒徑10 30nm 二氧化鈦粉末，和40g乙基纖維素，適當(dāng)混勻后，加入200g松油醇，離心混合30min，制得碳漿料。2)基底清洗將鈦板用丙酮進行超聲清洗30min，之后取出鈦板，干燥氣槍吹凈表面殘留丙酮。在鈦板兩側(cè)激光刻蝕出兩個O. 5mm的小孔，留作電解液注入時用。3)將碳漿料絲網(wǎng)印刷到已經(jīng)清洗好的鈦板上，馬弗爐內(nèi)410°C煅燒20分鐘，冷卻至室溫后取出，制得碳對電極。
實施例2I)將IOg氣相生長碳纖維和IOg凱琴碳黑混合,之后加入25g粒徑10 30nm 二氧化鈦粉末，和40g乙基纖維素，適當(dāng)混勻后，加入220g松油醇，離心混合30min，制得碳漿料。2)其他條件和步驟同實施例1，制得碳對電極。實施例3I)將5g氣相生長碳纖維和IOg凱琴碳黑混合,之后加入20g粒徑10 30nm 二氧化鈦粉末，和40g乙基纖維素，適當(dāng)混勻后，加入220g松油醇，離心混合30min，制得碳漿料。2)其他條件和步驟同實施例1，制得碳對電極。實施例4I)將Ig氣相生長碳纖維和IOg凱琴碳黑混合,之后加入20g粒徑10 30nm 二氧化鈦粉末，和40g乙基纖維素，適當(dāng)混勻后，加入220g體積比1:1的松油醇和異丙醇混合物，離心混合30min,制得碳衆(zhòng)料。2)其他條件和步驟同實施例1，制得碳對電極。實施例5I)將IOg氣相生長碳纖維和5g凱琴碳黑混合,之后加入20g粒徑10 30nm 二氧化鈦粉末，和40g乙基纖維素，適當(dāng)混勻后，加入220g體積比1:1的松油醇和異丙醇混合物，離心混合30min,制得碳衆(zhòng)料。2)其他條件和步驟同實施例1，制得碳對電極。對比例I)稱取20g凱琴碳黑，之后加入25g粒徑10 30nm 二氧化鈦粉末，和40g乙基纖維素，適當(dāng)混勻后，加入200g松油醇,離心混合30min,制得碳衆(zhòng)料。2)其他條件和步驟同實施例1，制得碳對電極。效果實施例對電極光電性能測試I)將二氧化鈦漿料絲網(wǎng)印刷到FTO上，馬弗爐500°C煅燒20分鐘，冷卻至室溫后取出。2)印有二氧化鈦膜的FTO置于準備好的染料溶劑中，染料溶劑為Z991的乙腈叔丁醇混合溶劑，乙腈叔丁醇混合比例為1:1。FTO浸泡24 48h取出，制得光陽極。3)將光陽極分別與實施例1 5及對比例制得的碳對電極使用粘合劑貼合，之后從鈦板上的電解液注入孔注入電解液，電解液為常用的碘和碘化鋰的液體電解液。之后使用薄玻璃片封住鈦板上的電解液注入孔，制得電池。4)在AMl. 5，IOOOff/m2標(biāo)準測試條件下測試制得的電池。結(jié)果顯示如圖1所示，使用實施例1碳漿料制得的對電極的電池，其開路電壓為O. 687V，短路電流為16. 55mA/cm2，填充因子為64. 42%，光電轉(zhuǎn)換效率為7. 33%。如圖2所示，實施例2碳漿料制得的對電極的電池，其開路電壓為O. 687V，短路電流為15. 72mA/cm2，填充因子為64. 75%，光電轉(zhuǎn)換效率為6. 99%。如圖3所示，實施例3碳漿料制得的對電極的電池，其開路電壓為O. 705V，短路電流為15. 74mA/cm2，填充因子為66. 16%，光電轉(zhuǎn)換效率為7. 34%。如圖4所示，實施例4碳漿料制得的對電極的電池，其開路電壓為O. 698V，短路電流為16. 98mA/cm2，填充因子為56. 94%，光電轉(zhuǎn)換效率為6. 74%。如圖5所示，實施例5碳漿料制得的對電極的電池，其開路電壓為O. 708V，短路電流為15. 42mA/cm2，填充因子為66. 82%，光電轉(zhuǎn)換效率為7. 30%。 如圖6所示，對比例的碳漿料制得的對電極的電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為5. 81%，低于實施例1 5。
權(quán)利要求
1.一種碳衆(zhòng)料，其包括如下組分0. 3 30wt%碳材料、I 30wt%粘結(jié)劑、I 30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和20、5%溶劑；其中，所述碳材料由重量比為1:2(T20:1的碳纖維和碳黑組成，所述碳黑為超導(dǎo)電碳黑和/或電阻率在3. OQ !!!以下的導(dǎo)電碳黑。
2.如權(quán)利要求1所述的碳漿料，其特征在于所述碳材料由重量比為1:1(T10:1的碳纖維和碳黑組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的碳漿料，其特征在于所述粘結(jié)劑為二氧化鈦粉末和/或二氧化鈦膠體、或二氧化錫粉末和/或其膠體，所述粘結(jié)劑的粒徑為l(T30nm ;所述粘度調(diào)節(jié)劑為纖維素和/或其鹽和/或其衍生物；所述溶劑為醇類和/或萜類化合物。
4.權(quán)利要求1所述碳漿料的制備方法，其包括將碳纖維和碳黑進行混合，之后加入粘結(jié)劑和粘度調(diào)節(jié)劑適當(dāng)混勻，最后加入溶劑，用機械攪拌、離心或者球磨使?jié){料充分混合，制得碳衆(zhòng)料。
5.一種包含權(quán)利要求1所述碳漿料的染料敏化太陽能電池對電極。
6.一種權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，該方法為將碳漿料均勻刮涂或絲網(wǎng)印刷于清潔的導(dǎo)電基底上，之后將附有碳漿料的導(dǎo)電基底在200-450V下煅燒或者60-150°C下干燥，制得碳對電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳漿料及其制備方法、包含該碳漿料的染料敏化太陽能電池對電極及制備方法。本發(fā)明的碳漿料，其包括如下組分0.3~30wt%碳材料、1~30wt%粘結(jié)劑、1~30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和20~95%溶劑；其中，所述碳材料由重量比為1:20~20:1的碳纖維和碳黑組成，所述碳黑為超導(dǎo)碳黑和/或電阻率在3.0Ω·m以下的導(dǎo)電碳黑。由本發(fā)明的碳漿料制得的染料敏化太陽能電池對電極具有良好的電催化性能和導(dǎo)電性能，具有較好的市場發(fā)展前景。
文檔編號H01G9/042GK103021509SQ201210580359
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者李勇明, 熊長軍, 楊松旺, 沈滬江, 劉巖 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所