一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極及其制備方法
【專利摘要】一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極及其制備方法，涉及太陽(yáng)能電池。所述用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極的原料質(zhì)量比為碳材料1、分散劑2～10、粘結(jié)劑0.1～1、添加劑0～0.2。制備方法：將石墨和導(dǎo)電碳黑加入分散劑中，再加入粘結(jié)劑、添加劑，使?jié){料混合，制得碳漿料；再將碳漿料涂布于太陽(yáng)能電池活性層上，干燥后即得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。所采用方法可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，避免了使用蒸鍍、濺射鍍膜等工藝所需要使用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。所制得的碳漿料1mm厚度方阻在10Ω/□以下，成本低廉、性價(jià)比高、性能穩(wěn)定，可以代替金屬電極在太陽(yáng)能電池中的對(duì)電極作用。
【專利說(shuō)明】—種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，尤其是涉及一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗逐年增加，據(jù)《BP能源統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2013年，全球一次能源消費(fèi)增長(zhǎng)了 2.3%，過(guò)去10年的能源消耗則達(dá)到了 2.5%的平均增速。以石油、煤炭、天然氣為代表的化石能源儲(chǔ)量有限，能源問(wèn)題必將會(huì)成為今后社會(huì)發(fā)展所面臨的一個(gè)重大問(wèn)題。太陽(yáng)能為可再生資源，且具有取之不盡用之不竭的特點(diǎn)，因此太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用具有重要的意義，而太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能利用的重要手段，但是現(xiàn)今的太陽(yáng)能電池制造成本偏高，使用太陽(yáng)能電池的經(jīng)濟(jì)效益不高，嚴(yán)重制約了行業(yè)發(fā)展。
[0003]現(xiàn)在多數(shù)太陽(yáng)能電池對(duì)電極主要還是成本較高的貴金屬電極(金、銀、銅、鋁、鉬等)，用真空設(shè)備(蒸發(fā)鍍膜，磁控濺射鍍膜、原子層沉積等)制成對(duì)電極，材料和設(shè)備成本相當(dāng)昂貴。
[0004]目前，太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室研究中，也有使用碳對(duì)電極的報(bào)道，如專利CN101188257、CN 103490011A 等和文獻(xiàn) Rong Y, Han H.Monolithic quas1-solid-statedye-sensitized solar cells based on graphene-modified mesoscopic carbon-counterelectrodes [J].Journal of Nanophotonics, 2013，7 (I): 073090。文獻(xiàn)所提及的碳電極導(dǎo)電性能不高且需要高溫?zé)Y(jié)出多孔膜，制作過(guò)程繁瑣。現(xiàn)在用于太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極的粘合劑，大都是二氧化鈦粉末或其膠體、二氧化錫粉末或其膠體、二氧化鋯粉末或其膠體等；而工業(yè)上碳漿粘合劑大都為電導(dǎo)率較低的丙烯酸樹(shù)脂等高分子材料，制備的碳電極導(dǎo)電性能不佳，且質(zhì)量不穩(wěn)定。
[0005]采用廉價(jià)的材料制備對(duì)電極，降低對(duì)電極的成本，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和電池穩(wěn)定性，對(duì)于促進(jìn)太陽(yáng)電池的大規(guī)模應(yīng)用、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是非常高必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的用金屬做電極成本高，用高溫多孔碳電極要高溫?zé)Y(jié)等不利于大規(guī)模生產(chǎn)，用低溫碳電極導(dǎo)電性能不佳，不利于電池效率提升等問(wèn)題，提供一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極及其制備方法。
[0007]所述用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極的原料組成包括碳材料、分散劑、粘結(jié)劑、添加劑；所述碳材料、分散劑、粘結(jié)劑、添加劑的質(zhì)量比為1: (2?10): (0.1?I): (O?0.2)。
[0008]所述碳材料可選自石墨、導(dǎo)電碳黑等中的至少一種，優(yōu)選石墨與導(dǎo)電碳黑的質(zhì)量比為6:4的石墨與導(dǎo)電碳黑混合導(dǎo)電碳材料；
[0009]所述分散劑可選自醇類、萜類、醚類、酯類、芳烴類等中的一種，所述醇類可選自甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、苯甲醇等中的一種；所述萜類可選自冰片、異冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇等中的一種；所述醚類可選自乙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸、二乙二醇丁醚醋酸等中的一種；酯類可選自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯等中的一種；芳烴類可選自氯苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等中的一種；
[0010]所述粘結(jié)劑可采用導(dǎo)電高分子材料，所述導(dǎo)電高分子材料可選自聚三己基噻吩(P3HT)、聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)PED0T、聚苯胺PAN1、聚 [N-9’-十七烷基-2，7-咔唑-交替_3，6- 二(噻吩-5-基)-2，5- 二辛基-2，5- 二氫吡咯并[3，4]吡咯-1，4- 二酮](PCBTDPP)、聚三芳胺(PTAA)等中的至少一種；
[0011 ] 所述添加劑可選自丙烯酸樹(shù)脂、乙基纖維素等中的一種。
[0012]所述用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極的制備方法，具體步驟如下:
[0013]將石墨和導(dǎo)電碳黑加入分散劑中，再加入粘結(jié)劑、添加劑，使?jié){料混合，制得碳漿料；再將碳漿料涂布于太陽(yáng)能電池活性層上，干燥后即得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。
[0014]所述使?jié){料混合可采用攪拌、離心或球磨使?jié){料混合；所述涂布的方法可采用浸涂、輥涂、刮刀涂布、絲網(wǎng)印刷等中的任一種；所述干燥的溫度可為25?150°C，干燥的時(shí)間可為5?60min。
[0015]本發(fā)明所采用方法可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，避免了使用蒸鍍、濺射鍍膜等工藝所需要使用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。本發(fā)明所制得的碳漿料Imm厚度方阻在10 Ω / □以下，成本低廉、性價(jià)比高、性能穩(wěn)定，可以代替金屬電極在太陽(yáng)能電池中的對(duì)電極作用。

【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于此。
[0017]實(shí)施例1
[0018]I)稱取粘結(jié)劑5g的P3HT溶于20mL氯苯，100度加熱攪拌30min，待其溶解得到P3HT溶液。
[0019]2)分別稱取6g石墨和4g導(dǎo)電碳黑加入步驟I所配制的P3HT溶液中。
[0020]3)將步驟2)所配制的溶液用行星式攪拌機(jī)以50r/min的公轉(zhuǎn)速度攪拌3min使其混合均勻，制得初級(jí)復(fù)合碳漿料。
[0021]4)將初級(jí)復(fù)合碳漿料放于三輥機(jī)進(jìn)行軋制，制得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。
[0022]實(shí)施例2
[0023]I)稱取Ig的聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)PEDOT溶于20mL甲苯中，攪拌lOmin，得到PEDOT溶液。
[0024]2)分別稱取3g石墨和2g導(dǎo)電碳黑加入步驟I所配制的PEDOT溶液中。
[0025]3)其它條件和步驟與實(shí)施例1相同，制得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。
[0026]實(shí)施例3
[0027]I)稱取2g聚苯胺(PANI)溶于1mL甲苯和1mL的丁酮混合溶液中，攪拌20min,
得到聚苯胺溶液。
[0028]2)分別稱取4g石墨和3g導(dǎo)電碳黑加入步驟I所配制的PANI溶液中。
[0029]3)其它條件和步驟與實(shí)施例1相同，制得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。
[0030]實(shí)施例4
[0031]I)稱取3g聚三芳胺(PTAA)和Ig丙烯酸樹(shù)脂溶于20mL氯苯中，100度加熱攪拌lh，得到聚三芳胺的混合溶液。
[0032]2)分別稱取4g石墨和2.5g導(dǎo)電碳黑加入步驟I所配制的PTAA溶液中。
[0033]3)其它條件和步驟與實(shí)施例1相同，制得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例為較佳實(shí)施方式，但是其具體實(shí)施并不限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員極易根據(jù)上述實(shí)施例，領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的精神，并做出不同的引申和變化，只要不脫離本發(fā)明，都屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于其原料組成包括碳材料、分散劑、粘結(jié)劑、添加劑； 所述碳材料、分散劑、粘結(jié)劑、添加劑的質(zhì)量比為1: (2?10): (0.1?I): (O?0.2)。
2.如權(quán)利要求1所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于所述碳材料選自石墨、導(dǎo)電碳黑中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于所述碳材料采用石墨與導(dǎo)電碳黑混合導(dǎo)電碳材料，石墨與導(dǎo)電碳黑的質(zhì)量比為6: 4。
4.如權(quán)利要求1所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于所述分散劑選自醇類、萜類、醚類、酯類、芳烴類中的一種。
5.如權(quán)利要求4所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于所述醇類選自甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、苯甲醇中的一種；所述萜類選自冰片、異冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇中的一種；所述醚類選自乙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸、二乙二醇丁醚醋酸中的一種；酯類選自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯中的一種；芳烴類選自氯苯、甲苯、二甲苯、三甲苯中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于所述粘結(jié)劑采用導(dǎo)電高分子材料，所述導(dǎo)電高分子材料可選自聚三己基噻吩、聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)、聚苯胺、聚[N-9 ’ -十七烷基-2，7-咔唑-交替-3，6- 二(噻吩-5-基)_2，5- 二辛基-2，5- 二氫吡咯并[3，4]吡咯-1，4- 二酮]、聚三芳胺中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極，其特征在于所述添加劑選自丙烯酸樹(shù)脂或乙基纖維素。
8.如權(quán)利要求1?7任一所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極的制備方法，其特征在于其具體步驟如下: 將石墨和導(dǎo)電碳黑加入分散劑中，再加入粘結(jié)劑、添加劑，使?jié){料混合，制得碳漿料；再將碳漿料涂布于太陽(yáng)能電池活性層上，干燥后即得用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極。
9.如權(quán)利要求8所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極的制備方法，其特征在于所述使?jié){料混合是采用攪拌、離心或球磨使?jié){料混合。
10.如權(quán)利要求8所述一種用于太陽(yáng)能電池的復(fù)合碳電極的制備方法，其特征在于所述涂布的方法是采用浸涂、輥涂、刮刀涂布、絲網(wǎng)印刷中的任一種；所述干燥的溫度可為25?150°C，干燥的時(shí)間可為5?60min。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104409134SQ201410648502
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】陳偉中, 陳凱武, 蔡龍華, 梁祿生, 王保增, 陳青龍, 蔡耀斌, 田清勇, 范斌 申請(qǐng)人:廈門(mén)惟華光能有限公司