[发明专利]一种染料敏化太阳能电池碳对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池对电极的研究领域，具体涉及一种取代价格昂贵的铂对电极，用球磨制备柠檬酸-乙二醇体系的碳浆料作为对电极用于染料敏化太阳能电池之中的方法。 

背景技术

对电极也称为阴极，其作用是将外电路到达的电子快速、低损耗地传递给氧化—还原电解质，使其在对电极上被还原。这就要求对电极应具有较高的催化活性。由于铂对I^-/I^3-的氧化还原反应表现出非常好的催化活性，所以铂对电极在实验室中得到了广泛的应用。但是在实际应用中由于Pt非常昂贵，大幅增加了电池成本，不适合用在染料敏化太阳能电池工业生产中。

为了降低染料敏化太阳能电池中对电极的成本，人们期望能开发出性能优良、价格低廉的阴极材料来代替贵金属铂。碳材料以其廉价、高导电性、对I₂的抗腐蚀性以及对I₃^-还原的高反应活性成为最具吸引力的替代材料，得到广泛关注。Kiyoaki Imoto等人（参见Kiyoaki Imotoa, Kohshin Takahashi, Kazuhiko Murata Solar Energy Materials & Solar Cells 79 (2003) 459–469）2g活性炭中加入0.4g碳黑（比表面积为68m2/g）加入16ml蒸馏水与8ml乙醇的混合液中，再加入0.24g羧甲基纤维素，在180℃下加热1h。得到3.9%（活性面积0.05cm-2）的光电转换效率。Jikun Chen等人（参见Jikun Chen, Kexin Li, Yanhong Luo, Xiaozhi Guo, Dongmei Li, Minghui Deng,Shuqing Huang, Qingbo Meng，CARBON 47 (2009) 2704 – 2708）0.4g活性炭中加入0.1g碳黑（比表面积为77m2/g）加入到4g松油醇和0.1 g 纳米SnO₂（粒径10nm）球磨5h。使用刮涂法均匀涂在导电玻璃上，在特定温度煅烧，得到6.17%的转化效率。与Pt电极相比，碳电极的催化活性略低，接触电阻较大，导致电池的光电转换效率有所下降。此外，在碳对电极的制备过程中，避免对电极薄膜开裂、脱落等现象也是急需解决的问题。这就需要找到更合适的碳材料以及更合适的制作电极的方法以此提高碳电极的性能，并进一步提高电池总体的转换效率。 

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种降低染料敏化太阳能电池的生产成本，并使得电池获得较高的光转化效率的染料敏化太阳能电池碳对电极。

本发明的目的是这样实现的：一种染料敏化太阳能电池碳对电极的制备方法，将石墨和碳黑放入装有乙二醇的球磨罐中充分球磨，再加入柠檬酸和醋酸球磨；最后加入乙酰丙酮球磨，获得碳对电极浆料；刮涂法将将对电极浆料均匀涂在导电玻璃上，退火后得到碳对电极。

碳黑和石墨的质量比为1：（1.5~3.5）。

在进行多步球磨时，（石墨+碳黑）：乙二醇：柠檬酸：醋酸：乙酰丙酮的质量比为1~4：5~8：2.50~7.50：0.23~1.42：0.05~1：0.26~1.02。加入乙二醇进行球磨罐的时间为3-8小时。加入柠檬酸和醋酸球磨的时间为3~12小时。加入乙酰丙酮球磨的时间为2-8小时。退火条件为温度450℃-500℃，时间0.2-1小时。

本发明提供的染料敏化太阳能电池碳对电极的制备方法，利用刮涂法在导电玻璃上制备了碳对电极。本方法制作工艺简单，重复性好，成膜质量好，制作成本低，在染料敏化太阳能电池工业化生产中具有极大的应用前景。

具体实施方式

实施例1碳黑与石墨的质量比为1：3的对电极

用球磨、涂覆、烧结制备碳对电极。将石墨和碳黑（石墨与碳黑的质量比为3：1）放入装有乙二醇的球磨罐中充分球磨3-8小时，再加入柠檬酸和醋酸球磨3~12h；最后加入乙酰丙酮球磨2-8小时，获得碳对电极浆料。

如上所述的碳对电极浆料制备方法，石墨+碳黑：乙二醇：柠檬酸：醋酸：SnO2：乙酰丙酮的质量比为1~4：5~8：2.50~7.50：0.05~1：0.26~1.02，进行多步球磨。

获得碳对电极浆料后，使用刮涂法将对电极浆料均匀涂在导电玻璃上，在450℃-500℃退火0.2-1小时得到碳对电极。