專利名稱：染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池電極材料及其制備方法，屬于金屬和有機與無機材料領(lǐng)域。
染料敏化納米薄膜太陽電池主要由以下幾個部分組成光陽極、納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料光敏化劑、電解質(zhì)和反電極。由于染料敏化納米薄膜太陽電池的內(nèi)部為具有高氧化-還原能力的電解質(zhì)，對普通金屬腐蝕性特別強，若不采用保護或處理，電極會在瞬間被腐蝕。這也是該類電池在過去10年間未有突破性進展的根本性原因。目前該類小面積電池(小于1平方厘米)的最高轉(zhuǎn)換效率已達到10.8％左右，但在大面積(大于1平方厘米)電池的應(yīng)用上未有明顯的改善，嚴(yán)重阻礙了這種太陽電池的廣泛應(yīng)用。
一種染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于太陽電池包括下列三層第一層鍍有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上利用絲網(wǎng)印刷或其它成膜的方法沉積一層寬帶隙半導(dǎo)體多孔薄膜，此半導(dǎo)體層用于吸附光敏化劑，第二層為電解質(zhì)層，第三層為鍍有催化劑的透明導(dǎo)電玻璃，在上述第一層或第三層上，利用絲網(wǎng)印刷、擠壓或注入方法涂附金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料并固化，制成金屬電極。
在金屬電極上覆蓋一層高分子粘合劑。
金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料是金、鎳、鎢、鉬、錳、鉑或鈦粉末和環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨脂、丙烯酸酯樹脂、各種有機硅膠、聚乙烯或聚甲基丙稀酸的混合漿料，并在金屬電極上覆蓋一層高分子粘合劑。
金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料是金屬粉末與玻璃粉以及松油醇的混合漿料。
所述的混合漿料是單組份或雙組份及多組份電極漿料如銀漿料、銅漿料、鋁漿料、釕漿料、鉑漿料、銀/鈀漿料、銀/鋁漿料。
把第一層和第三層粘貼在一起。
所述的混合漿料涂附成電極后經(jīng)過50至700℃之間燒結(jié)。
制備的電池單元上的金屬電極可以為單條也可以為多條和各種形狀。
所有電極材料可以為單組份，也可以為雙組份及多組份。
金屬粉末為50-400目。
本發(fā)明提出的應(yīng)用于大面積染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備可以通過兩種方法和技術(shù)來實現(xiàn)。第一種方法是通過選用可耐電解質(zhì)腐蝕的各種金屬材料，如金、鎳、鎢、鉬、錳、鉑、鈦，所需的金屬研磨成一定體積大小的粉末(50-400目)。在單組份或雙組份及多組份環(huán)氧樹脂或有機硅膠粘合劑中摻入一定比例金屬粉末，將粘合劑和金屬粉末按一定比例充分混合后，充分混合和研磨，使金屬粉末和膠粘劑充分均勻，制成一定稠度的漿料，得到金屬漿料，然后利用絲網(wǎng)印刷、擠壓或注入方法把這些金屬漿料涂附在染料敏化納米薄膜太陽電池的第一層和第三層其中之一層導(dǎo)電玻璃上，然后把第一層和第三層粘貼在一起，在室溫或加溫?zé)Y(jié)使其固化。電極固化完成后將大大減少導(dǎo)電玻璃的內(nèi)阻，提高電池的各項性能。
第二種方法是利用電阻較小的金屬漿料(主要是金屬粉末與玻璃粉以及松油醇等混合)，如在半導(dǎo)體工業(yè)中常用的金屬漿料銀漿料、銅漿料、鋁漿料、釕漿料、鉑漿料、銀/鈀漿料、銀/鋁等單組份或雙組份及多組份電極漿料，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在導(dǎo)電玻璃印刷設(shè)計所需的電極圖形，并燒結(jié)成型。再在電極圖形上覆蓋一層保護層，此保護層可以是有機高分子聚合物薄膜，如聚乙烯和聚甲基丙稀酸薄膜，也可以是環(huán)氧樹脂或有機硅膠等粘和劑，也可以是低溫玻璃粉漿料，利用加溫融化、固化和燒結(jié)等方法使以上材料完全保護電極材料，然后可以把第一層和第三層粘貼在一起，在室溫、加溫或燒結(jié)使第一層和第三層完全粘結(jié)在一起。
利用此方法和技術(shù)可以使電極得到完全保護，同時大大減少導(dǎo)電玻璃的內(nèi)阻，有效地降低了大面積太陽電池的生產(chǎn)成本，有效地改善了電池的性能(效率提高50％~200％；填充因子提高30％~120％)。材料的性能穩(wěn)定，電池的性價比得到很大的提高，從而進一步保證了電池性能的穩(wěn)定、可靠，達到實用和長壽命的目的。技術(shù)簡單易行，同時解決了一直困擾在生產(chǎn)大面積的低價長壽命染料敏化納米薄膜太陽電池的瓶頸問題。


圖1為本發(fā)明染料敏化納米薄膜太陽電池原理圖。
圖2為使用二維平臺和多筒擠壓管制備本發(fā)明電極的示意圖。
圖3為本發(fā)明大面積染料敏化納米薄膜太陽電池剖視圖。
圖4為本發(fā)明大面積染料敏化納米薄膜太陽電池剖視圖。
將烘烤到一定溫度的導(dǎo)電玻璃放置在二維平臺206上；選擇50-400目鎢粉末和環(huán)氧樹脂配成混合漿料，將混合漿料、酚醛樹脂分別放入多筒擠壓管202中；調(diào)節(jié)擠壓氣缸壓力，使制備電極的混合漿料能通過一特制混合器205混合后，按一定的比例，均勻地被擠壓出來；使平臺206上的導(dǎo)電玻璃302按照設(shè)計的路線運動，注在導(dǎo)電玻璃302上，即可制成金屬電極303，再在金屬電極303上覆蓋一層環(huán)氧樹脂高分子粘合劑，成為金屬電極保護層305，加溫使之固化。
根據(jù)需要金屬電極303可制作多條也可以為各種圖形。
實施例2參見圖4，圖中，401-導(dǎo)電玻璃402-導(dǎo)電薄膜403-金屬電極404-二氧化鈦膜405-電解液406-導(dǎo)電玻璃407-密封層408-催化劑1.將需制備電極的導(dǎo)電玻璃401放置在印刷平臺206上；2.將設(shè)計好的絲網(wǎng)對中，并放入配制好的銀/鈀漿料，即銀/鈀粉末與玻璃粉以及松油醇的混合漿料。
3.進行印刷，將銀/鈀漿料涂附在導(dǎo)電玻璃401上。
4.把導(dǎo)電玻璃401和導(dǎo)電玻璃406粘貼在一起。
5.放在50至700℃之間的隧道窯內(nèi)燒結(jié)；6、也可以用平板壓力機在經(jīng)過燒結(jié)的導(dǎo)電玻璃401上覆蓋一層丙烯酸酯樹脂高分子粘合劑，制成保護層即可。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于太陽電池包括下列三層第一層鍍有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上利用絲網(wǎng)印刷或其它成膜的方法沉積一層寬帶隙半導(dǎo)體多孔薄膜，此半導(dǎo)體層用于吸附光敏化劑，第二層為電解質(zhì)層，第三層為鍍有催化劑的透明導(dǎo)電玻璃，在上述第一層或第三層上，利用絲網(wǎng)印刷、擠壓或注入方法涂附金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料并固化，制成金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于金屬電極上覆蓋一層高分子粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料是金、鎳、鎢、鉬、錳、鉑或鈦粉末和環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨脂、丙烯酸酯樹脂、各種有機硅膠、聚乙烯或聚甲基丙稀酸的混合漿料，并在金屬電極上覆蓋一層高分子粘合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料是金屬粉末與玻璃粉以及松油醇的混合漿料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于所述的混合漿料是單組份或雙組份及多組份電極漿料如銀漿料、銅漿料、鋁漿料、釕漿料、鉑漿料、銀/鈀漿料、銀/鋁漿料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于把第一層和第三層粘貼在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于所述的混合漿料涂附成電極后經(jīng)過50至700℃之間燒結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于制備的電池單元上的金屬電極可以為單條也可以為多條和各種形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于所有電極材料可以為單組份，也可以為雙組份及多組份。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法，其特征在于金屬粉末為50-400目。
全文摘要
本發(fā)明涉及染料敏化納米薄膜太陽電池電極的制備方法。太陽電池包括下列三層第一層鍍有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上利用絲網(wǎng)印刷或其它成膜的方法沉積一層寬帶隙半導(dǎo)體多孔薄膜，此半導(dǎo)體層用于吸附光敏化劑，第二層為電解質(zhì)層，第三層為鍍有催化劑的透明導(dǎo)電玻璃，在上述第一層或第三層上，利用絲網(wǎng)印刷、擠壓或注入方法涂附金屬粉末與其它高分子粘合劑的混合金屬漿料并固化，制成金屬電極。電極固化完成后將大大減少導(dǎo)電玻璃的內(nèi)阻，本發(fā)明的技術(shù)和方法操作簡單，價格低廉，制作的電池性能完好。
文檔編號H01L31/0224GK1444291SQ0215728
公開日2003年9月24日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者王孔嘉, 戴松元, 翁堅, 隋毅峰, 王衛(wèi)國 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所