[发明专利]染料敏化太阳能电池对电极用碳浆料

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池对电极用碳浆料。

背景技术

染料敏化太阳能电池自1991年瑞士洛桑理工学院M.Graetazel教授提出以后，由于其制作工艺相对简单，成本低廉，环境友好，一直受到广泛关注，发展十分迅速。此外染料敏化太阳能电池对光照条件要求不高，这也是相对于硅基太阳能电池的一个优势。这些特点使其具备了巨大的商业应用价值。

染料敏化太阳能电池的对电极的理想性能，一是具有良好的导电性；二是对于电池中电解液中I3-还原为I-的反应具有较好的电催化活性。染料敏化太阳能电池的对电极可以基于贵金属铂制得，铂的导电性较好，而且对于电解液中的氧化还原反应具有较好的电催化活性，可以有效提高电池效率。然而其缺点是使用贵金属铂，成本较高，不利于大规模工业化生产。此外，对电极也可基于碳材料制备获得。使用碳材料的对电极，成本低廉，适合大规模工业化生产，但是其光电转换效率仍然不够，因此制备高光电转换效率的碳对电极已成为染料敏化太阳能电池的一个重要课题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中染料敏化太阳能电池中铂对电极价格昂贵，碳对电极光电转换效率仍然不够高的技术问题，目的之一在于提供一种染料敏化太阳能电池对电极用的碳浆料。

本发明的碳浆料包括如下组分：0.3～30wt％碳材料、1～30wt％粘结剂、1～30wt％粘度调节剂和20～95％溶剂；其中，所述碳材料由重量比为1∶20～20∶1的碳纤维和碳黑组成，所述碳黑为超导电碳黑和/或电阻率在3.0Ω·m以下的导电碳黑。较佳地是，所述碳材料由重量比为1∶10～10∶1的碳纤维和碳黑组成。本发明将颗粒状碳黑和一维线状碳纤维分散均匀，以一维线状碳纤维为支线，颗粒状碳黑为节点，形成空间网状导电结构，有效的提高了碳浆料的导电性能。

其中，所述粘结剂可以为本领域所公知的，如二氧化钛粉末和/或二氧化钛胶体、或二氧化锡粉末和/或其胶体，所述粘结剂的粒径可为10～30nm，优选二氧化钛粉末和/或二氧化钛胶体。

所述粘度调节剂为纤维素和/或其盐和/或其衍生物、淀粉和、或其盐或其衍生物、聚醚类，优选为纤维素和/或其盐和/或其衍生物；所述纤维素可以为甲基纤维素、乙基纤维素、纤维素醋酸酯或羧甲基纤维素钠；所述聚醚类可以为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇。

所述溶剂可为醇类和/或萜类化合物。所述醇类可以为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、苯甲醇等等；所述萜类化合物可以为冰片、异冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇等等。

本发明的碳浆料还可以包括表面活性剂、造孔物质等等。表面活性剂可以是Triton系列物质；造孔物质可以是聚醚类。

本发明的目的之二在于提供一种本发明的碳浆料的制备方法，包括：将碳纤维和碳黑进行混合，之后加入粘结剂和粘度调节剂适当混匀，最后加入溶剂，用机械搅拌、离心或者球磨使浆料充分混合，制得碳浆料。

本发明的目的之三在于提供一种包含本发明的碳浆料的染料敏化太阳能电池对电极。

本发明的目的之四在于提供一种本发明的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，该方法为：将碳浆料均匀刮涂或丝网印刷于清洁的导电基底上，之后将附有碳浆料的导电基底在200-450℃下煅烧或者60-150℃下干燥，制得碳对电极。

所述的导电基底可为金属基底、金属氧化物或金属氮化物基底。

所述的导电基底可用丙酮或者乙醇对其进行超声清洗10-30min，以去除导电基底表面的污迹和油渍。

本发明的积极进步效果在于：由本发明的碳浆料制得的染料敏化太阳能电池对电极，具有成本低廉及良好的电催化性能和导电性能，电池光电转换效率达到7.33％，具有较好的市场发展前景。

附图说明

图1为实施例1中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m²标准测试条件下测得的I-V曲线；

图2为实施例2中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m²标准测试条件下测得的I-V曲线；

图3为实施例3中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m²标准测试条件下测得的I-V曲线；

图4为实施例4中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m²标准测试条件下测得的I-V曲线；