[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池的全碳对电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的对电极及其制备方法，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池使用的基底与催化活性层都采用碳材料制作的对电极及制备方法。 

背景技术

自1991年，瑞士科学家 小组在Nature上报道了染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells，简称DSCs)的突破性进展以来(自然，353卷，737页，1991年(Nature，Vol.353，737，1991))，由于它原材料价格低廉、制备工艺简单、性能稳定和效率高而受到世界各国科学家和工业界的广泛关注，具有远大的应用前景。 

这种电池一般由三部分组成：吸附有染料的半导体薄膜光阳极、含有氧化还原电对(I₃^-/I^-)的电解质和对电极。对电极的作用是将由外电路流入的电子快速、无损耗的传给电解液中的I₃^-，并将其还原为I^-用于染料的再生反应。作为电池的重要组成部分，对电极需要具有如下的特性：电阻低，电化学催化活性高以及耐电解液的腐蚀性。传统的对电极是由基底和催化活性层两部分组成，基底一般采用FTO或ITO导电玻璃，催化活性层一般为铂。使用导电玻璃作基底一方面成本较高，另一方面玻璃较厚，增加了电池的厚度和重量，不利于电池安装时的轻便化。另外，催化活性层铂虽然催化活性很好，但其本身是一种贵重金属，价格昂贵，不适合未来大规模生产和应用；另有研究指出铂可与电解质发生化学反应，溶解到电解质中，进一步的反应会造成光阳极与对电极之间的短路，降低电池的使用寿命(Solar Energy Materials and Solar Cells，Vol 44，99，1996)。 

目前的研究中，对电极铂催化活性层的替代材料主要包括两类：一类为导电聚合物材料(Chemistry Letters，1060，2002)，另一类为各种碳催化活性材料。前者的催化活性一方面比较低，另一方面，催化活性相对较好的导电聚合物PEDOT(poly(3，4-ethylenedioxythiophene))也同样存在价格较高的问题。而碳材料由于其来源广泛，具有价格低的优势，同时又具有很好的导电性和电化学催化活性而成为研究的热点。采用碳材料来制备染料敏化太阳能电池对电极的例子有：专利(公开号CN101017856A)已公开了在ITO(indium tin oxide)或FTO(fluorine-doped tin oxide)导电基底制备碳黑对电极的方法。我们知道，使用碳材料做对电极的最大优势在于其来源广泛，价格较低，而专利CN101017856A中采用的ITO和FTO导电基底仍然存在价格昂贵和增加电池重量的缺点。另外，本申请人也在专利公开号：CN101188257A公开了一种染料敏化太阳能 电池对电极的碳浆料及其制备方法。但该专利申请只涉及染料敏化太阳能电池对电极使用的碳浆料配方及其制备方法，并未涉及到作为染料敏化太阳能电池使用的对电极的组成和制作。 

发明内容

本发明的目的在于：针对以上问题，提供一种基底与催化活性层都采用廉价碳材料的催化对电极及其制备方法。该全碳对电极具有很高的电化学催化活性，很好的导电性，耐电解液腐蚀能力强，以及价格低廉，重量轻，从而能够保证在降低电池制造成本的同时，又保持电池的高光电转换效率和提高电池的稳定性，有利于促进电池的商品化。该全碳对电极可以通过工业上常用的制膜方式，如丝网印刷，刮涂等方法制备，所以便于大规模工业化生产。 

本发明提供的染料敏化太阳能电池全碳对电极由两部分组成： 

A：一碳基底；和 

B：一碳催化活性材料层，所述的碳催化活性材料层涂覆在所述的碳基底上；其中催化活性材料层厚度为0.1～100μm； 

所述的基底选取具有耐腐蚀，高电导率的膜状、片状或板状的碳材料，所述的碳材料具有电阻为0.01～100Ω/□之间，体积密度在0.1～2.2g/cm³之间，厚度在0.05mm～5mm之间； 

所述的碳催化活性材料层可以用已知的碳材料制成碳浆料，其中碳催化活性材料的粉末颗粒粒径在5nm～20μm之间，比表面积在10～2500m²/g之间。 

在上述的技术方案中，还包括在制成的碳浆料中添加陶瓷粉末，其添加量为碳催化活性材料总重量的0.5-50wt％，制成的碳催化活性材料。 

在上述的技术方案中，所述的碳基底材料为：柔性石墨纸、碳纤维纸、碳板或碳片。