一種染料敏化太陽能電池用柔性對極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池用 柔性對極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于制備工藝簡單、成本低和效率高等優(yōu)點，染料太陽能電池(DSSCs)已經(jīng)成為具 有應(yīng)用前景的光伏設(shè)備。通常，DSSC的有三個主要組件:光電陽極，氧化還原電解質(zhì)和對電 極(CE)。近年來，為了提高DSSC的性價比，涌現(xiàn)了許多新型的對極材料及其相關(guān)對極的制備 方法，這些方法主要利用一些低鉑或非鉑材料來替代傳統(tǒng)的鉑。
[0003]上述低鉑或非鉑材料通過其具有較高的比表面積和較多的電催化活性位點，從一 定程度上彌補了材料本身催化活性低于Pt的不足，進而提高CE的催化活性。在上述新型CE 的制備過程中通常需要利用熱處理的方式來將造孔劑、分散劑去除，而熱處理過程中會出 現(xiàn)電催化活性物質(zhì)流失，電催化活性薄膜與導(dǎo)電基底(尤其是金屬或金屬氮化物基底)的界 面電阻劇增，這些已經(jīng)成為新型CE研究過程中亟需解決的問題。
[0004] 另外，隨著柔性DSSC研究熱度的增加，柔性對極也成為了研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述CE熱處理過程中會出現(xiàn)電催化活性物質(zhì)流失，電催化活性薄膜與導(dǎo) 電基底(尤其是金屬或金屬氮化物基底)的界面電阻劇增等問題，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)出柔性 DSSC用對極，本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池(DSSC)用柔性對極的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池用柔性對極的制備方法，包括： 將電催化活性材料或其前驅(qū)體、和添加劑均勻分散于溶劑中制備適于涂覆的漿料； 將制得的漿料涂覆于柔性導(dǎo)電基底上形成電催化活性材料濕膜； 在氮氣和/或惰性氣體保護的條件下，將制得的濕膜中的溶劑和添加劑通過熱處理的 方式徹底去除，即制得所述柔性對極。
[0007] 本發(fā)明提出的DSSC用柔性對極的制備方法，由于在熱處理過程中使用了氮氣或惰 性氣體保護，能夠避免或減輕電催化活性材料在熱處理過程中的流失，使CE中獲得了更高 的電催化活性，在氮氣或惰性氣體保護下進行熱處理，可以減少導(dǎo)電基底熱分解或氧化的 程度，能夠避免電催化活性薄膜與導(dǎo)電基底(尤其是金屬或金屬氮化物基底)的界面電阻劇 增，利用本發(fā)明提出的DSSC用對極的制備方法制得的對電極應(yīng)用于DSSC，能夠提高電池的 開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、填充因子(FF)和光電轉(zhuǎn)換效率(η)等光電轉(zhuǎn)換性能，本發(fā) 明提供了一種制備柔性對極的新方法，為柔性DSSC的研發(fā)提供了必要條件。本發(fā)明的技術(shù) 方案易于實現(xiàn)，具有好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
[0008] 較佳地，所述熱處理的溫度為80~600°C，持續(xù)時間為10~60分鐘。
[0009] 本發(fā)明中，所述電催化活性材料可以是鉑、含鉑化合物、碳復(fù)合材料和類鉑材料中 的至少一種，優(yōu)選地，所述類鉑材料包括過渡金屬氮化物、過渡金屬硫化物和過渡金屬磷化 物中的至少一種。
[0010]本發(fā)明中，所述碳復(fù)合材料可以是介孔碳材料，或是負載有碳化物的介孔碳材料， 所述碳化物優(yōu)選為碳化鈮、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉻、碳化鎢、碳化釩、碳化鉬、碳化鉭中的至 少一種。
[0011 ] 較佳地，所述衆(zhòng)料中含有0.3~30wt %電催化活性材料、1~30wt %粘結(jié)劑、1~ 30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和10~95wt%溶劑。
[0012] 本發(fā)明中，所述粘結(jié)劑可為二氧化鈦粉末和/或其溶膠、二氧化鋯粉末和/或其溶 膠、二氧化錫粉末和/或其溶膠中的至少一種;所述粘結(jié)劑的粒徑為10~400nm。
[0013] 本發(fā)明中，所述粘度調(diào)節(jié)劑可為纖維素和/或其鹽和/或其衍生物、淀粉和/或其鹽 和/或其衍生物中的至少一種。
[0014] 本發(fā)明中，所述溶劑可為醇類、萜類化合物、N-甲基-吡咯烷酮及其衍生物中的至 少一種。
[0015] 本發(fā)明中，所述柔性導(dǎo)電基底可為金屬箱片、金屬氮化物箱片、或在柔性聚合物上 導(dǎo)電氧化物膜。
[0016] 本發(fā)明中，所述涂覆的方法可包括絲網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂 法和噴涂法。
【附圖說明】
[0017]圖1為利用實施例1制得的柔性對電極所組裝的電池在AMI. 5，1000W/V標準測試 條件下測得的J_V曲線； 圖2為利用實施例2制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5,1000W/V標準測試條件 下測得的J-V曲線； 圖3為利用實施例3制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5,1000W/V標準測試條件 下測得的J_V曲線； 圖4為利用實施例4制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5,1000W/V標準測試條件 下測得的J-V曲線； 圖5為利用對比例1制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5，1000W/m2標準測試條件 下測得的J-V曲線； 圖6為利用對比例2制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5,1000W/V標準測試條件 下測得的J-V曲線； 圖7為利用對比例3制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5,1000W/V標準測試條件 下測得的J-V曲線； 圖8為利用對比例4制得的柔性對電極所組裝的電池在AM1.5,1000W/V標準測試條件 下測得的J-V曲線。
【具體實施方式】
[0018] 以下結(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。
[0019] 本發(fā)明的染料敏化太陽能電池用柔性對極的制備方法包括:制備一種含有電催化 活性材料的適于涂覆的漿料;將該漿料涂覆于柔性對極基底上形成電催化活性材料薄膜； 在氮氣和/或惰性氣體保護的條件下，將濕膜中的溶劑和添加劑等輔助材料通過熱處理的 方式徹底去除，即完成DSSC用柔性對極的制備。
[0020]作為電催化活性材料，包括但不限于鉑(Pt)、含鉑化合物、碳復(fù)合材料或類鉑材料 的一種或幾種的混合物。
[0021 ]所述含鉑化合物例如可為氯鉑酸、氯鉑酸鹽等。
[0022]所述碳復(fù)合材料可以是介孔碳材料，或是負載有碳化物的介孔碳材料。所述介孔 碳材料包括碳纖維、色素碳黑、碳納米管、碳納米角、碳納米棒、碳球中的至少一種。所述碳 化物可為碳化鈮、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉻、碳化鎢、碳化釩、碳化鉬、碳化鉭中的一種或者其 混合物。
[0023] 所述類鉑材料包括金屬氮化物（如氮化鉬、氮化鉭、氮化釩、氮化鈮、氮化鋯、氮化 絡(luò)、氣化媽等等）、金屬硫化物(如硫化鉆、硫化媽、硫化絡(luò)、硫化鑰、硫化1凡、硫化銀等等)和 金屬磷化物(如磷化鈷、磷化鎢、磷化鉻、磷化鉬、磷化釩、磷化鈮等等）中的一種或者其混合 物。
[0024] 將電催化活性材料和添加劑均勻分散于溶劑中，配制成漿料。添加劑例如包括為 制成適于涂覆的漿料而采用的粘結(jié)劑、粘度調(diào)節(jié)劑等。作為粘結(jié)劑，包括但不限于二氧化鈦 粉末和/或其溶膠，或二氧化鋯粉末和/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)劑的粒徑可為1 〇~400nm。
[0025] 粘度調(diào)節(jié)劑可為纖維素和/或其鹽和/或其衍生物;淀粉和/或其鹽和/或其衍生物 等。
[0026] 溶劑可為醇類，如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙 二醇、苯甲醇等等;或萜類化合物，如冰片、異冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油 醇等等;或N-甲基-吡咯烷酮(NMP)及其衍生物。
[0027] 在一個示例中，衆(zhòng)料中含有0.3~30wt %電催化活性材料、1~30wt%粘結(jié)劑、1~ 30wt%粘度調(diào)節(jié)劑和10~95wt%溶劑。
[0028] 將制得的漿料涂覆于柔性導(dǎo)電基底上。作為柔性導(dǎo)電基底，包括但不限于金屬箱 片，如Ti、不銹鋼等等;或金屬氮化物箱片，如Ti\TiN、不銹鋼\TiN等等;或在柔性聚合物上 導(dǎo)電氧化物膜，如 PET\FT0、PET\ I ΤΟ、ΡΕ?ΛΑΖ0、PEN\FT0、PEN\ I ΤΟ、ΡΕΝ\ΑΖ0。柔性導(dǎo)電基底的 厚度可為100~800nm。在涂覆前，可將柔性導(dǎo)電基底洗凈、烘干。本發(fā)明通過采用柔性導(dǎo)電 基底，可以制得柔性對極，從而為高效率染料敏化太陽能電池的提供了必要條件。
[0029] 作為涂覆的方法，包括但不限于絲網(wǎng)印刷、鋼版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法 和噴涂法等。
[0030] 涂覆后，將制得的濕膜于氮氣和/或惰性氣體保護下進行熱處理，以將濕膜中的溶 劑和添加劑等輔助材料徹底去除，即制得柔性對極。所述惰性氣體是指元素周期表上的18 族元素，包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣等。熱處理的溫度和時間可以根據(jù)所采用的溶劑 和添加劑來合理選擇。此外，熱處理的條件優(yōu)選為不破壞電催化活性物質(zhì)的活性。在一個示 例中，熱處理的溫度可為80~600°C，優(yōu)選為200~450°C。在另一示例中，熱處理時間為10~ 60min〇
[0031] 制得柔性對極后，可將其與其它所需部件例如光電陽極和氧化還原電解質(zhì)等組裝 成DSSC。
[0032] 本發(fā)明的有益效果： (1) 本發(fā)明提出的DSSC用對極的制備方法，由于在熱處理過程中使用了氮氣或惰性氣 體保護，能夠避免或減輕電催化活性材料在熱處理過程中的流失，使CE中獲得了更高的電 催化活性； (2) 在氮氣或惰性氣體保護下進行熱處理，能夠避免電催化活性薄膜與導(dǎo)電基底(尤其 是金屬或金屬氮化物基底)的界面電阻劇增； (3) 利用本發(fā)明提出的DSSC用對極的制備方法制得的對電極應(yīng)用于DSSC，能夠提高電 池的開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、填充因子(FF)和光電轉(zhuǎn)換效率(η)等光電轉(zhuǎn)換性能； (4) 本發(fā)明提供了一種制備柔性對極的新方法，為柔性DSSC的研發(fā)提供了必要條件； (5) 本發(fā)明的技術(shù)方案易于實現(xiàn)，具有好的