用于染料敏化太陽能電池的新型對電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于染料敏化太陽能電池的新型對電極及其制備方法，所述對電極中導(dǎo)電基底上依次涂覆有電催化層和光散射層，其中，電催化層的組成包括碳復(fù)合材料、類鉑材料、鉑、中的至少一種，光散射層的組成包括氧化鋯和/或氧化鈦。
【專利說明】用于染料敏化太陽能電池的新型對電極及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及染料敏化太陽能電池材料領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于染料敏化太陽能電 池的新型低成本對電極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 進入二十一世紀后，傳統(tǒng)的娃太陽能電池已逐步進入實用化階段，但是該類太陽 能電池依然還存在著生產(chǎn)設(shè)備及制作工藝復(fù)雜、易造成二次環(huán)境污染和能耗高等問題。因 而發(fā)一種環(huán)保、低成本的新型太陽能電池已經(jīng)成為目前十分重要的研究課題。由于染料敏 化太陽能電池值SSC)具有理論轉(zhuǎn)換效率高、制備工藝簡單、環(huán)境友好等特點，成為了被學 術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注一類太陽能電池。此外，DSSC具有在弱光下能量轉(zhuǎn)換效率高，受外 界溫度和入射光角度等因素影響較小，可制作成柔性、多彩、藝術(shù)和半透明電池等優(yōu)勢。因 此，DSSC是一種具有良好市場潛力，可望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新型太陽能電池。
[0003] 目前，DSSC的產(chǎn)業(yè)化還存在著能量轉(zhuǎn)換效率較低、材料成本高和長期耐久性能較 差等問題。因此，只有提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率、降低DSSC的材料成本并提高電池的穩(wěn)定 性，才能使DSSC在競爭激烈的太陽能電池市場占據(jù)一席之地。
[0004] 為了解決上述DSSC發(fā)展的瓶頸問題，近年來出現(xiàn)了研發(fā)用于DSSC的低成本對電 極的熱潮。通過用低成本的電催化材料替代傳統(tǒng)的對電極材料-貴金屬銷（Pt)，可W降低 DSSC的材料成本；通過優(yōu)化低成本材料的組分及對電極的制備工藝，可W提高低成本對電 極的電催化活性，使其電催化性能優(yōu)于傳統(tǒng)Pt電極；通過使用不易被艦電解液腐蝕的材料 (Pt在艦電解液中會出現(xiàn)被腐蝕的情況），可W改善DSSC的耐久性能。然而，低成本對電極 在應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了一些亟需解決問題；此類電極大都不具光散射性或光散射性差，為 了提高DSSC對光的利用率，必須要在光陽極上印刷光散射層，而在光陽極上印刷光散射層 不僅會影響染料敏化過程，還會促進暗電流的增加，最終電池的短路電流（Jsc)、開路電壓 (Voc)和光電轉(zhuǎn)換效率（n)等光電轉(zhuǎn)換性能下降；另外，對電極中的導(dǎo)電性材料在使用過 程中會有脫落的情況（尤其是使用柔性對電極基底時），該會導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，耐久性變 差。
[0005] 因此，如何提高染料敏化太陽能電池的性能始終是本領(lǐng)域技術(shù)人員的一種重要研 究方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在進一步提升染料敏化太陽能電池的性能參數(shù)，本發(fā)明提供了一種用于 染料敏化太陽能電池的對電極及其制備方法。
[0007] 本發(fā)明提供了一種用于染料敏化太陽能電池的對電極，所述對電極中導(dǎo)電基底上 依次涂覆有電催化層和光散射層，其中，電催化層的組成包括碳復(fù)合材料、類銷材料、銷、中 的至少一種，光散射層的組成包括氧化錯和/或氧化鐵。
[000引較佳地，電催化層的組成不單獨為銷。
[0009] 較佳地，導(dǎo)電基底的材質(zhì)包括金屬、金屬氮化物、導(dǎo)電氧化物或具有導(dǎo)電性的高分 子材料。
[0010] 較佳地，碳復(fù)合材料包括介孔碳材料和/或負載有碳化物的介孔碳材料，其中，介 孔碳材料中包括碳纖維、色素碳黑、碳納米管、碳納米角、碳納米椿、碳球中的至少一種；碳 化物包括碳化魄、碳化鐵、碳化錯、碳化銘、碳化鶴、碳化饑、碳化鑰、碳化粗中的至少一種。
[0011] 較佳地，類銷材料包括氮化鋼、氮化粗、氮化饑、氮化魄、氮化錯、氮化銘、氮化鶴中 的至少一種。
[0012] 較佳地，電催化層的厚度為5?50 ym，光散射層的厚度為1?10 ym。
[0013] 又，本發(fā)明還提供了一種上述對電極的制備方法，所述制備方法包括： 1) 稱取所述電催化層的組成原料、粘結(jié)劑、粘度調(diào)節(jié)劑和溶劑，均勻混合后制得電催化 層漿料； 2) 稱取所述光散射層的組成原料、粘度調(diào)節(jié)劑和溶劑，均勻混合后制得光散射層漿 料； 3) 將步驟1)制備的電催化層漿料和步驟2)制備的光散射層漿料依次涂覆于導(dǎo)電基底 上，得到對電極素巧，其中，每次漿料涂覆完畢后經(jīng)熱處理烘干； 4) 將步驟3)制備的對電極素巧，在150-550°C下鍛燒得到所述對電極。
[0014] 較佳地，步驟1)和步驟2)中，均勻混合包括將漿料各組分混合，經(jīng)過勻漿分散過 程使其混合均勻，其中，勻漿分散過程包括磁力攬拌、球磨、高剪切、超聲分散中的一種或多 種，電催化層漿料的勻漿分散過程為10?24小時，光散射層漿料的勻漿分散過程為5-12 小時。
[0015] 較佳地，所述粘結(jié)劑為氧化鐵、氧化錯和/或氧化錫，該粘結(jié)劑原料選自二氧化鐵 粉末、二氧化鐵溶膠、二氧化錯粉末、二氧化錯溶膠、二氧化錫粉末、二氧化錫溶膠中至少一 種，所述粉末或溶膠中溶質(zhì)的粒徑為10?400nm ;粘度調(diào)節(jié)劑包括纖維素、纖維素的鹽、纖 維素的衍生物、淀粉、淀粉的鹽、淀粉的衍生物中的至少一種；溶劑包括醇和/或祗類化合 物。
[0016] 較佳地，電催化層漿料包括0. 3?30wt%由碳復(fù)合材料、類銷材料、銷中至少一種 構(gòu)成的電催化層組成原料、1?30wt%粘結(jié)劑、1?30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和10?95wt%溶劑， 各組成百分比為100%;涂覆方法包括絲網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和/ 或噴涂法。
[0017] 較佳地，光散射層漿料包括10?30wt%光散射層組成原料、5?30wt%粘度調(diào)節(jié) 劑和40?85wt%溶劑，各組成百分比為100%;涂覆方法包括絲網(wǎng)印巧IJ、鋼版印巧IJ、棍涂法、 刮刀涂敷法、旋涂法和/或噴涂法。
[0018] 較佳地，熱處理烘干的溫度為60?150°C，烘干持續(xù)時間為1?20分鐘。
[0019] 較佳地，在200-550°C下鍛燒，鍛燒時間為5?60分鐘。
[0020] 本發(fā)明的有益效果： (1)本發(fā)明提出的新型低成本對電極及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)DSSC對電極的低銷，甚 至無銷制備，使DSSC的材料成本得到降低； 似本發(fā)明提出的新型低成本對電極及其制備方法，不僅能夠使賦予對電極散射、反射 入射光的功能，而且在光散射層中可W填充入更多的電解質(zhì)，有益于促進對電極電催化還 原氧化態(tài)電解質(zhì)（通常為l3〇 ; (3) 本發(fā)明提及的新型低成本對電極及其制備方法，不僅能夠簡化DSSC光陽極的制備 工藝，即無需在光陽極上印刷光散射層，而且還能夠降低光陽極表面背反應(yīng)的幾率，因為本 發(fā)明能避免了光散射層在光陽極表面富集過多電解質(zhì)； (4) 本發(fā)明提及的新型低成本對電極及其制備方法，不僅能夠提高電池的開路電壓 (Voc)、短路電流（Jsc)、填充因子（FF)、電池內(nèi)部并聯(lián)電阻巧sh)和光電轉(zhuǎn)換效率（n)等 光電轉(zhuǎn)換性能，還可W避免對電極上的導(dǎo)電材料脫落，造成電池內(nèi)部短路或并聯(lián)電阻偏低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[002U 圖1示出了利用實施例1制得的對電極所組裝的電池在AMI. 5, lOOOW/m2標準測 試條件下測得的1-V曲線； 圖2示出了利用實施例2制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖3示出了利用實施例3制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖4示出了利用實施例4制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖5示出了利用實施例5制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖6示出了利用對比例1制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖7示出了利用對比例2制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖8示出了利用對比例3制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖9示出了利用對比例4制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖10示出了利用對比例5制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線； 圖11示出了利用對比例6制得的對電極所組裝的電池在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試條 件下測得的1-V曲線。

【具體實施方式】
[0022] W下結(jié)合附圖和下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實施方式 僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0023] 為了解決上述阻礙低成本對電極在DSSC中應(yīng)用的問題，本發(fā)明提供一種用于染 料敏化太陽能電池的新型低成本對電極及其制備方法，W制備高光電轉(zhuǎn)換效率、高耐久性 的低成本染料敏化太陽能電池，還能夠使DSSC生產(chǎn)工藝得到簡化，易于實現(xiàn)。
[0024] 本發(fā)明提供了一種用于染料敏化太陽能電池的新型低成本對電極及其制備方法。 該對電極包括由低成本材料組成的電催化層和具有光散射功能的光散射層。該對電極的制 備步驟包括①將含有低成本電催化材料的漿料涂覆于導(dǎo)電基底上，②熱處理烘干含有低成 本電催化材料的漿料，⑨將含有光散射材料的漿料涂覆在電催化層上，④熱處理烘干含有 光散射材料的漿料，⑥將步驟④得到的電極進行熱處理烘干或高溫鍛燒，制得本專利所述 的對電極。
[0025] 所述的低成本電催化材料是一種碳復(fù)合材料、類銷材料或一種W上的類銷材料的 混合物，或是碳復(fù)合材料、類銷材料與銷（Pt)的混合物。
[0026] 碳復(fù)合材料是一種介孔碳材料，或是負載有碳化物的介孔碳材料。
[0027] 所述碳化物為碳化魄、碳化鐵、碳化錯、碳化銘、碳化鶴、碳化饑、碳化鑰、碳化粗中 的一種或者其混合物。
[002引所述的類銷材料包括氮化鋼、氮化粗、氮化饑、氮化魄、氮化錯、氮化銘、氮化鶴中 的一種或者其混合物。
[0029] 該光散射材料由氧化錯、二氧化鐵或混合物組成。
[0030] 步驟①和⑨所提及的涂覆方法包括絲網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋 涂法和噴涂法等。
[0031] 所述的含有低成本電催化材料的漿料，該漿料制備是將各組分混合，然后經(jīng)過 10?24小時的勻漿分散過程使其混合均勻。勻漿分散過程通過磁力攬拌，球磨，高剪切，超 聲分散中的一種或多種進行。
[0032] 所述的含有光散射材料的漿料，該漿料制備是將各組分混合，然后經(jīng)過5?12小 時的勻漿分散過程使其混合均勻。勻漿分散過程通過離屯、、磁力攬拌，球磨，高剪切，超聲分 散中的一種或多種進行。
[0033] 所述的含有低成本電催化材料的漿料，該漿料中含有0. 3?30wt%低成本電催化 材料、1?30wt%粘結(jié)劑、1?30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和10?95wt%溶劑。
[0034] 所述的含有光散射材料的漿料，該漿料中含有10?30wt %光散射材料、5? 30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和40?85wt%溶劑。
[0035] 該粘結(jié)劑為二氧化鐵粉末和/或其溶膠，或二氧化錯粉末和/或其溶膠，或二氧化 錫粉末和/或其溶膠，或上述粘結(jié)劑的混合物；所述粘結(jié)劑的粒徑為10?400nm。
[0036] 該粘度調(diào)節(jié)劑為纖維素和/或其鹽和/或其衍生物；淀粉和、或其鹽或其衍生物。
[0037] 該溶劑為醇類，如甲醇、己醇、正丙醇、異丙醇、異了醇、仲了醇、叔了醇、己二醇、丙 二醇、苯甲醇等等；或祗類化合物，如冰片、異冰片、茨酬、茨醇、茨燒、薄荷酬、薄荷醇、松油 醇等等；或N-甲基--化咯燒酬（NMP)及其衍生物。
[003引步驟②、④和⑥所提及的熱處理烘干的溫度為60?150°C，烘干持續(xù)時間為1? 20min。
[0039] 步驟⑥中的高溫鍛燒的溫度為200?550°C，鍛燒時間為5?60min。
[0040] 該基底材料可為金屬、或金屬氮化物、或?qū)щ娧趸?、或具有?dǎo)電性的高分子材 料。
[0041] 該電催化層的厚度為5?50 ym。
[0042] 該光散射層的厚度為1?10 ym。
[0043] 該種對電極同傳統(tǒng)的染料敏化太陽能電池中的銷（Pt)電極相比，具有成本低，電 催化性能優(yōu)異，容易生產(chǎn)等優(yōu)點；同傳統(tǒng)的低成本對電極相比，具有優(yōu)異的光散射性能，能 夠緩解對電極材料從對電極上脫落，造成電池內(nèi)部短路或并聯(lián)電阻巧sh)偏低，同時還可 W省去在光陽極上印刷光散射層的工藝，具有更好的市場前景。本發(fā)明為染料敏化太陽能 電池，尤其是對電極部件的制備及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了全新的思路，本發(fā)明的技術(shù)方案易于實 現(xiàn)，能夠降低電池成本，提高電池的開路電壓（Voc)、短路電流（Jsc)、填充因子（F巧和光電 轉(zhuǎn)換效率（n)等光電轉(zhuǎn)換性能。
[0044] 測試本發(fā)明所提及的對電極的性能的具體實驗步驟如下： 步驟一光陽極的制備： 將二氧化鐵漿料絲網(wǎng)印刷到FT0上（如與無光散射層的低成本對電極組裝電池，光陽 極上還需加印一層光散射層），馬弗爐510°C鍛燒30分鐘，冷卻至室溫后取出； 步驟二光陽極的敏化 印有二氧化鐵膜的FT0置于準備好的染料溶劑中，染料溶劑為Z991的DMS0或己膳/ 叔了醇（體積混合比例為1:1)混合溶劑。浸泡24?4她取出，制得敏化后光陽極； 步驟=電池的組裝 將敏化后的光陽極分別與本發(fā)明提及的有光散射層的低成本對電極和對比例中提及 的對電極使用粘合劑貼合，之后從注入孔注入電解液，電解液為常用的含艦液體電解液。之 后使用薄玻璃片封住鐵板上的電解液注入孔，制得電池； 步驟四電池光電轉(zhuǎn)換性能測試 在AM1. 5模擬太陽光下測試電池各光電轉(zhuǎn)換性能參數(shù)。
[0045] 本發(fā)明的有益效果； (1) 本發(fā)明提出的新型低成本對電極及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)DSSC對電極的低銷，甚 至無銷制備，使DSSC的材料成本得到降低； (2) 本發(fā)明提出的新型低成本對電極及其制備方法，不僅能夠使賦予對電極散射、反射 入射光的功能，而且在光散射層中可W填充入更多的電解質(zhì)，有益于促進對電極電催化還 原氧化態(tài)電解質(zhì)（通常為I3O ; (3) 本發(fā)明提及的新型低成本對電極及其制備方法，不僅能夠簡化DSSC光陽極的制備 工藝，即無需在光陽極上印刷光散射層，而且還能夠降低光陽極表面背反應(yīng)的幾率，因為本 發(fā)明能避免了光散射層在光陽極表面富集過多電解質(zhì)； (4) 本發(fā)明提及的新型低成本對電極及其制備方法，不僅能夠提高電池的開路電壓 (Voc)、短路電流（Jsc)、填充因子（FF)、電池內(nèi)部并聯(lián)電阻巧sh)和光電轉(zhuǎn)換效率（n)等 光電轉(zhuǎn)換性能，還可W避免對電極上的導(dǎo)電材料脫落，造成電池內(nèi)部短路或并聯(lián)電阻偏低。
[0046] W下進一步列舉出一些示例性的實施例W更好地說明本發(fā)明。應(yīng)理解，本發(fā)明詳 述的上述實施方式，及W下實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護 范圍。另外，下述工藝參數(shù)中的具體配比、時間、溫度等也僅是示例性，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W 在上述限定的范圍內(nèi)選擇合適的值。
[0047] 實施例1 ; (1)含有低成本電催化材料的漿料的制備： 將20g碳纖維、5g碳納米角粉末和5g氮化饑粉末混合，之后加入15g粒徑30nm二氧 化鐵粉末，和20g己基纖維素，適當混勻后，加入lOOg N-甲基--化咯燒酬（NMP)，離屯、混合 3〇min，再球磨混合1化制得低成本電催化材料的漿料； (2) 含有光散射材料的漿料的制備： 將lOg 200nm二氧化鐵粉末和lOg 200nm二氧化錯粉末混合，之后加入lOg己基纖維 素，適當混勻后，加入lOOg松油醇，離屯、混合30min，再球磨混合1化制得光散射材料的漿 料； (3) 導(dǎo)電基底（TiN板）的準備； 將TiN板分別用去離子水和丙酬超聲清洗25min，將超聲清洗后的TiN板吹干，待用； (4) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 利用絲網(wǎng)印刷法在清洗后的TiN基底上涂覆低成本電催化材料漿料，150°C下烘干 5min，得到膜厚為25 y m的電催化層； (5) 光散射材料漿料的涂覆： 利用刮刀涂覆法在步驟（4)所制得的電催化層上涂覆光散射材料漿料，110°C下烘干 5min，得到膜厚為5 y m的光散射層； (6) 低成本對電極的熱處理烘干； 將步驟（5)制得的電極在150°C下熱處理烘干5min，制得本專利所述的具有光散射功 能的低成本對電極。
[0048] 實施例2 ; (1) 含有低成本電催化材料的漿料的制備： 將20g碳纖維、5g色素炭黑粉末混合，之后加入15g粒徑200皿二氧化鐵粉末，和30g 己基纖維素，適當混勻后，加入300g松油醇，離屯、混合30min，再球磨混合1化制得低成本電 催化材料的漿料； (2) 含有光散射材料的漿料的制備： 將20g 400nm二氧化鐵粉末和lOg己基纖維素混勻后，加入lOOg松油醇，高剪切混合 3〇min，再球磨混合化制得光散射材料的漿料； (3) 導(dǎo)電基底（Ti巧）的準備： 將Ti巧分別用去離子水和丙酬超聲清洗25min，將超聲清洗后的Ti巧吹干，待用； (4) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 利用絲網(wǎng)印刷法在清洗后的Ti巧基底上涂覆低成本電催化材料漿料，110°C下烘干 lOmin，得到膜厚為20 y m的電催化層； (5) 光散射材料漿料的涂覆： 利用刮刀涂覆法在步驟（4)所制得的電催化層上涂覆光散射材料漿料，110°C下烘干 5min，得到膜厚為5 y m的光散射層； (6) 低成本對電極的鍛燒處理； 將步驟（5)制得的電極在450°C下鍛燒25min，制得本專利所述的具有光散射功能的低 成本對電極。
[0049] 實施例3 ; (1)含有低成本電催化材料的漿料的制備： 將20g碳纖維、5g碳化粗粉末混合，之后加入15g粒徑200nm二氧化鐵粉末，和30g己 基纖維素，適當混勻后，加入300g N-甲基--化咯燒酬（NMP)，離屯、混合30min，再球磨混合 1化制得低成本電催化材料的漿料； (2) 含有光散射材料的漿料的制備： 將20g 200nm二氧化鐵粉末和lOg己基纖維素混勻后，加入200g松油醇，高剪切混合 3〇min，再球磨混合化制得光散射材料的漿料； (3) 導(dǎo)電基底們0)的準備： 將FT0分別用去離子水和丙酬超聲清洗25min，將超聲清洗后的FT0吹干，待用； (4) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 利用旋涂法在清洗后的FT0導(dǎo)電上涂覆低成本電催化材料漿料，150°C下烘干lOmin， 得到膜厚為7 ym的電催化層； (5) 光散射材料漿料的涂覆： 利用旋涂法在步驟（4)所制得的電催化層上涂覆光散射材料漿料，150°C下烘干5min， 得到膜厚為Sum的光散射層； (6) 低成本對電極的熱處理烘干； 將步驟（5)制得的電極在150°C下熱處理烘干，制得本專利所述的具有光散射功能的 低成本對電極。
[0050] 實施例4 ; (1) 含有低成本電催化材料的漿料的制備： 將20g碳纖維、5g色素炭黑粉末混合，之后加入15g粒徑200皿二氧化鐵粉末，和30g 己基纖維素，適當混勻后，加入10血lOwt%氯銷酸溶液和90g松油醇，離屯、混合30min，再 球磨混合2化制得低成本電催化材料的漿料； (2) 含有光散射材料的漿料的制備： 將20g 400nm二氧化錯粉末和15g己基纖維素混勻后，加入200g松油醇，高剪切混合 30min，再球磨混合化制得光散射材料的漿料； (3) 導(dǎo)電基底（Ti巧）的準備； 將Ti巧分別用去離子水和丙酬超聲清洗20min，將超聲清洗后的Ti巧吹干，待用； (4) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 利用絲網(wǎng)印刷法在清洗后的Ti巧基底上涂覆低成本電催化材料漿料，11(TC下烘干 lOmin，得到膜厚為30 y m的電催化層； (5) 光散射材料漿料的涂覆： 利用旋涂法在步驟（4)所制得的電催化層上涂覆光散射材料漿料，110°C下烘干 lOmin，得到膜厚為2 y m的光散射層； (6) 低成本對電極的鍛燒處理： 將步驟（5)制得的電極在400°C下鍛燒60min，制得本專利所述的具有光散射功能的低 成本對電極。
[0051] 實施例5; (1)含有低成本電催化材料的漿料的制備： 將20g色素炭黑粉末15g粒徑200皿二氧化鐵粉末混合，和30g己基纖維素適當混勻 后，加入lOmL 5wt %氯銷酸溶液和90g松油醇，高剪切混合30min，再球磨混合1化制得低 成本電催化材料的漿料； (2) 含有光散射材料的漿料的制備： 將20g 400皿二氧化錯粉末和15g己基纖維素混勻后，加入lOOg松油醇，離屯、混合 90min，再球磨混合化制得光散射材料的漿料； (3) 導(dǎo)電基底化板）的準備： 將Ti板分別用去離子水和丙酬超聲清洗20min，將超聲清洗后的Ti巧吹干，待用； (4) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 利用絲網(wǎng)印刷法在清洗后的Ti板基底上涂覆低成本電催化材料漿料，11(TC下烘干 lOmin，得到膜厚為35 y m的電催化層； (5) 光散射材料漿料的涂覆： 利用鋼網(wǎng)印刷法在步驟（4)所制得的電催化層上涂覆光散射材料漿料，11(TC下烘干 lOmin，得到膜厚為8 y m的光散射層； (6) 低成本對電極的鍛燒處理： 將步驟（5)制得的電極在500°C下鍛燒lOmin，制得本專利所述的具有光散射功能的低 成本對電極。
[0化2] 對比例1 ; (1) 含有低成本電催化材料的漿料的制備： 同實施例1步驟（1); (2) 導(dǎo)電基底（TiN板）的準備； 同實施例1步驟（3); (3) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 同實施例1步驟（4); (4) 低成本對電極的熱處理烘干； 同實施例1步驟化）。
[0化引 對比例2 ; (1) 含有低成本電催化材料的漿料的制備： 同實施例2步驟（1); (2) 導(dǎo)電基底（Ti巧）的準備： 同實施例2步驟（3); (3) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 同實施例2步驟（4); (4) 低成本對電極的熱處理烘干； 同實施例2步驟化）。
[0054] 對比例3 ; (1) 含有低成本電催化材料的漿料的制備： 同實施例3步驟（1); (2) 導(dǎo)電基底們0)的準備； 同實施例3步驟（3); (3) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 同實施例3步驟（4); (4)低成本對電極的熱處理烘干； 同實施例3步驟化）。
[0化5] 對比例4 ; (1) 含有低成本電催化材料的漿料的制備： 同實施例4步驟（1); (2) 導(dǎo)電基底化巧板）的準備； 同實施例4步驟（3); (3) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 同實施例4步驟（4); (4) 低成本對電極的熱處理烘干； 同實施例41步驟化）。
[0056] 對比例5 ; (1)含有低成本電催化材料的漿料的制備： 同實施例5步驟（1); 似導(dǎo)電基底化板）的準備： 同實施例5步驟（3); (3) 低成本電催化材料的漿料涂覆： 同實施例5步驟（4); (4) 低成本對電極的熱處理烘干； 同實施例5步驟化）。
[0化7] 對比例6 ; (1)導(dǎo)電基底（FTO)的準備； 同實施例3步驟（3); (l)Pt對電極的磁控瓣射： 利用磁控瓣射方法瓣射99. 99 %的高純銷祀材，使其在FTO導(dǎo)電面上的沉積厚度達到 150?200nm，即得到Pt對電極。
[005引效果實施例染料敏化太陽能電池光電性能測試 利用實施例1?5和對比例1?6所制得的對電極，按照如下步驟制作染料敏化太陽 能電池并測試相應(yīng)電池的性能。
[0化9] 步驟一光陽極的制備： 將二氧化鐵漿料絲網(wǎng)印刷到FTO上（如與無光散射層的低成本對電極組裝電池，光陽 極上還需加印一層光散射層），馬弗爐510°C鍛燒30分鐘，冷卻至室溫后取出； 步驟二光陽極的敏化 印有二氧化鐵膜的FTO置于準備好的染料溶劑中，染料溶劑為Z991的DMSO或己膳/ 叔了醇（體積混合比例為1:1)混合溶劑。浸泡24?4她取出，制得敏化后光陽極； 步驟=電池的組裝 將敏化后的光陽極分別與本發(fā)明提及的有光散射層的低成本對電極和對比例中提及 的對電極使用粘合劑貼合，之后從注入孔注入電解液，電解液為常用的含艦液體電解液。之 后使用薄玻璃片封住鐵板上的電解液注入孔，制得電池； 步驟四電池光電轉(zhuǎn)換性能測試 在AM1. 5模擬太陽光下測試電池各光電轉(zhuǎn)換性能參數(shù)。
[0060] 結(jié)果顯不； 如圖1所示，利用實施例1制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.785V，短路電流（Jsc)為17.49mA/cm2,填充因子（FF) 為70. 62%，并聯(lián)電阻化sh)為1967ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為9. 69% ; 如圖2所示，利用實施例2制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.794V，短路電流（Jsc)為17.36mA/cm2,填充因子（FF) 為69. 60%，并聯(lián)電阻巧sh)為5328ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為9. 60% ; 如圖3所示，利用實施例3制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.789V，短路電流（Jsc)為17. 15mA/cm2,填充因子（FF) 為71.45%，并聯(lián)電阻化311)為3891〇血和光電轉(zhuǎn)換效率（11)為9.67%; 如圖4所示，利用實施例4制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.782V，短路電流（Jsc)為17.68mA/cm2,填充因子（FF) 為71.24%，并聯(lián)電阻巧311)為2156〇血和光電轉(zhuǎn)換效率（11)為9.84%; 如圖5所示，利用實施例5制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.775V，短路電流（Jsc)為17.28mA/cm2,填充因子（FF) 為71.82%，并聯(lián)電阻化311)為2798〇血和光電轉(zhuǎn)換效率（11)為9.61%。
[0061] 如圖6所示，利用對比例1制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準 測試條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.754V，短路電流（Jsc)為17.28mA/cm 2,填充因子 (尸巧為71.61%，并聯(lián)電阻巧311)為267〇血和光電轉(zhuǎn)換效率（11)為9.33%; 如圖7所示，利用對比例2制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.759V，短路電流（Jsc)為17.72mA/cm2,填充因子（FF) 為69. 24%，并聯(lián)電阻巧sh)為79ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為9. 31% ; 如圖8所示，利用對比例3制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.758V，短路電流（Jsc)為17.37mA/cm2,填充因子（FF) 為69. 86%，并聯(lián)電阻巧sh)為178ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為9. 20% ; 如圖9所示，利用對比例4制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.762V，短路電流（Jsc)為17.50mA/cm2,填充因子（FF) 為67. 11%，并聯(lián)電阻巧sh)為115ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為8.95% ; 如圖10所示，利用對比例5制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.758V，短路電流（Jsc)為17.08mA/cm2,填充因子（FF) 為69. 74%，并聯(lián)電阻巧sh)為398ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為9. 03% ; 如圖11所示，利用對比例6制得的對電極所組裝的電池，在AM1. 5, lOOOW/m2標準測試 條件下，測得其開路電壓（Voc)為0.756V，短路電流（Jsc)為16.71mA/cm2,填充因子（FF) 為68. 70%，并聯(lián)電阻化sh)為3586ohm和光電轉(zhuǎn)換效率（n)為8. 69%。
[0062] 表1為實施例1?5對應(yīng)電池性能的數(shù)據(jù)匯總，表2為對比例1?5對應(yīng)電池性 能的數(shù)據(jù)匯總，表3為對比例6對應(yīng)電池性能的數(shù)據(jù)。
[0063] 表1實施例1?5對應(yīng)電池的性能數(shù)據(jù)匯總

【權(quán)利要求】
1. 一種用于染料敏化太陽能電池的對電極，其特征在于，所述對電極中導(dǎo)電基底上依 次涂覆有電催化層和光散射層，其中，電催化層的組成包括碳復(fù)合材料、類鉑材料、鉑、中的 至少一種，光散射層的組成包括氧化鋯和/或氧化鈦。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對電極，其特征在于，電催化層的組成不單獨為鉑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對電極，其特征在于，導(dǎo)電基底的材質(zhì)包括金屬、金屬氮 化物、導(dǎo)電氧化物或具有導(dǎo)電性的高分子材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的對電極，其特征在于，碳復(fù)合材料包括介孔碳材料 和/或負載有碳化物的介孔碳材料，其中，介孔碳材料中包括碳纖維、色素碳黑、碳納米管、 碳納米角、碳納米棒、碳球中的至少一種；碳化物包括碳化鈮、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉻、碳化 鎢、碳化釩、碳化鑰、碳化鉭中的至少一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的對電極，其特征在于，類鉑材料包括氮化鉬、氮化 鉭、氮化釩、氮化鈮、氮化鋯、氮化鉻、氮化鎢中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的對電極，其特征在于，電催化層的厚度為5 -50 y m， 光散射層的厚度為1-10 um。
7. -種權(quán)利要求1-6中任一所述對電極的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括： 1) 稱取所述電催化層的組成原料、粘結(jié)劑、粘度調(diào)節(jié)劑和溶劑，均勻混合后制得電催化 層漿料； 2) 稱取所述光散射層的組成原料、粘度調(diào)節(jié)劑和溶劑，均勻混合后制得光散射層漿 料； 3) 將步驟1)制備的電催化層漿料和步驟2)制備的光散射層漿料依次涂覆于導(dǎo)電基底 上，得到對電極素坯，其中，每次漿料涂覆完畢后經(jīng)熱處理烘干； 4) 將步驟3)制備的對電極素坯，在150-550°C下煅燒得到所述對電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟1)和步驟2)中，均勻混合包括 將漿料各組分混合，經(jīng)過勻漿分散過程使其混合均勻，其中，勻漿分散過程包括磁力攪拌、 球磨、高剪切、超聲分散中的一種或多種，電催化層漿料的勻漿分散過程為10-24小時，光 散射層漿料的勻漿分散過程為5-12小時。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為氧化鈦、氧化鋯和 /或氧化錫，該粘結(jié)劑原料選自二氧化鈦粉末、二氧化鈦溶膠、二氧化鋯粉末、二氧化鋯溶 膠、二氧化錫粉末、二氧化錫溶膠中至少一種，所述粉末或溶膠中溶質(zhì)的粒徑為10_400nm ; 所述粘度調(diào)節(jié)劑包括纖維素、纖維素的鹽、纖維素的衍生物、淀粉、淀粉的鹽、淀粉的衍生物 中的至少一種；溶劑包括醇和/或萜類化合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一所述的制備方法，其特征在于，電催化層漿料包括 0. 3-30wt%由碳復(fù)合材料、類鉑材料、鉑中至少一種構(gòu)成的電催化層組成原料、l-30wt%粘 結(jié)劑、l_30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和10-95wt%溶劑，各組成百分比為100% ;涂覆方法包括絲網(wǎng)印 刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和/或噴涂法。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一所述的制備方法，其特征在于，光散射層漿料包括 10-30wt%光散射層組成原料、5-30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和40-85wt%溶劑，各組成百分比為100% ; 涂覆方法包括絲網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和/或噴涂法。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一所述的制備方法，其特征在于，熱處理烘干的溫度為 60-150°C，烘干持續(xù)時間為1-20分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12中任一所述的制備方法，其特征在于，在200-550°C下煅燒，煅 燒時間為5-60分鐘。
【文檔編號】H01G9/048GK104485230SQ201410804699
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】李嘉慶, 楊松旺, 沈滬江, 李勇明, 劉巖 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所