一種大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法

2023-09-22 22:38:25

專利名稱：一種大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法
技術領域：
本發明屬於太陽能電池製作領域，具體涉及一種大面積染料敏化納米薄膜太陽能 電池光陽極的製作方法。
背景技術：
隨著全球性能源危機和環境汙染問題的加劇，如何利用清潔、無汙染、不受地理環 境限制的太陽能資源已成世界範圍內的研究熱點。在各種新型太陽能電池中，染料敏化太 陽能電池以其具理論轉化效率高、工藝簡單、透明度好、對溫度和入射光角度依賴小、製備 過程耗能少、成本低等眾多優點，而愈來愈受到廣泛重視。自1991年瑞士洛桑高等理工學 院M. Gratzel教授實驗室報導以來，染料敏化太陽能電池不管在研究還是實用化前景方面 都得到較大發展。目前小面積(< Icm2)染料敏化太陽能電池的光電轉換效率最高可達11. 1%，但 在大面積電池製備過程中，由於電池密封、電極關鍵材料等關鍵環節相互制約，大大的阻礙 了電池效率的提高。如在製備大面積電池時需要引入金屬柵線電極，若不在金屬柵線電極 上覆蓋玻璃粉類介質材料，則在納米半導體膜燒結過程中會因為金屬柵線中金屬離子的擴 散而導致膜被汙染，甚至能明顯觀察到納米半導體膜周邊變黑，這些金屬離子摻入納米半 導體膜會引起電池效率的下降；若在金屬柵線電極上覆蓋玻璃粉類介質材料，燒結後金屬 柵線電極被包裹，保證納米半導體膜燒結過程中無金屬離子滲入，但玻璃粉類介質漿料燒 結後形成一定厚度的壁障，首先增加了封裝厚度，增大了兩電極間距，可能降低電池效率， 另外大部分玻璃粉類介質電解質長期浸泡能夠浸透，從而使金屬柵線電極被電解質腐蝕。 如何解決這類問題是未來染料敏化太陽能電池發展及應用的關鍵。

發明內容
本發明的目的在於提供一種適合於工業化大面積、高效率染料敏化太陽能電池光 陽極的製備方法；旨在解決現有製備方法中納米半導體膜易被汙染，封裝厚度增大和電解 質滲透腐蝕金屬柵線電極導致光電轉換效率低的問題。本發明的目的是通過以下技術方案予以實現的，一種大面積染料敏化太陽能電池 光陽極的製備方法，首先在導電襯底上製備金屬柵線電極並燒結，再在導電襯底上製備納 米半導體膜並乾燥，納米半導體膜邊緣與金屬柵線電極留有間距，然後在金屬柵線電極上 覆蓋有機高分子粘合劑漿料並乾燥，最後一併燒結，製成染料敏化太陽能電池光陽極。所述的金屬柵線電極是指金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錳、鉬或鈦中的一種或其中任意兩 種以上金屬粉末與高分子粘合劑混合後的材料，通過絲網印刷、擠壓或注入的方法形成柵 線，在375°C 600°C燒結15 60min，形成0. 5 2mm寬、5 15 μ m厚的金屬柵線電極。所述的納米半導體薄膜是通過納米TiO2或納米ZnO與高分子樹脂粘合劑混合後 形成漿料，經塗覆法或絲網印刷法製備並經80°C 160°C乾燥，納米半導體膜邊緣與金屬 柵線電極有0. 5 2mm的間距。
所述的高分子粘合劑指環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨脂、聚丙烯酸類樹脂、聚乙烯類、 聚丙烯類或聚甲基丙烯酸類烯烴類聚合物流體材料。在完成納米半導體膜印製及乾燥後，將有機高分子粘合劑通過塗覆法或絲網印刷法覆蓋在燒結後的柵線電極上並80°C 160°C乾燥，保證完全覆蓋金屬柵線電極。納米半導體膜和高分子粘合劑覆形塗覆或印製完成乾燥後，共同在375°C 500°C燒結 30 90min。採用本發明的方法製備大面積染料敏化太陽能電池光陽極，既可避免大面積光陽 極製備過程中納米半導體膜被汙染的問題，又可減少覆形固型材料造成的封裝厚度增大和 電解質滲透腐蝕金屬柵線電極，為獲得光電轉換效率高、耐腐蝕的染料敏化太陽能電池提 供優質光陽極，本製備方法工藝簡單，可重複性強。
具體實施例方式以下結合具體的實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。實施例1 (1)準備工作導電玻璃按尺寸切割，依次用洗潔劑/水-丙酮-乙醇清洗乾淨， 用潔淨空氣吹乾或真空烘乾待用；將高分子聚合物乙基纖維素按質量比1 9加入松油醇 中，60°C混合攪拌2h，形成黏度約5. 9KcP的有機載體；納米半導體漿料製備，將P25 二氧化 鈦顆粒按1 3的質量比加入已製備的有機載體中混合均用，再經過充分滾軋研磨即形成 所需的二氧化鈦漿料；Ag漿選用三星3100A。(2)製備Ag柵用400目滌綸絲網印刷Ag電極，140°C乾燥，370°C燒結30min， 600°C燒結30min, Ag電極寬約0. 5mm,厚度約5 μ m。(3)Ti02膜及覆形有機載體的印刷與乾燥250目滌綸絲網印刷TiO2膜，然後 120°C乾燥；120目絲網印刷有機載體覆形，120°C乾燥。(4)最後燒結將步驟(3)製備的膜放入馬弗爐中，5°C /min升溫至375°C燒結 20min，45(TC燒結30min，即可製得本發明所述的染料敏化太陽能電池光陽極。實施例2:(1)準備工作導電玻璃按尺寸切割，依次用洗潔劑/水-丙酮-乙醇清洗乾淨， 用潔淨空氣吹乾或真空烘乾待用；將乙基纖維素按質量比1 9加入松油醇中，60°C混合攪 拌2h，形成黏度約5. 9KcP的有機載體；納米半導體漿料製備，將P25 二氧化鈦顆粒按1 3 的質量比加入已製備的有機載體中混合均用，再經過充分滾軋研磨即形成所需的二氧化鈦 漿料；Ag漿選用上海寶銀BYD系列；高分子粘合劑是商購聚醋酸乙烯酯膠乳(陶氏化學)。(2)製備Ag柵用250目滌綸絲網印刷Ag電極，120°C乾燥，370°C燒結30min， 500°C燒結30min, Ag電極寬約0. 5mm,厚度約5 μ m。(3) Ti02膜及高分子粘合劑覆形層的印刷與乾燥250目滌綸絲網印刷Ti02膜，然 後120°C乾燥；250目絲網印刷聚醋酸乙烯酯膠乳覆形層，120°C乾燥。(4)最後燒結將步驟(3)製備的膜放入馬弗爐中，3°C /min緩慢升溫至375°C燒 結20min，45(TC燒結30min，即可製得本發明所述的染料敏化太陽能電池光陽極。實施例3 (1)準備工作導電玻璃按尺寸切割，依次用洗潔劑/水-丙酮-乙醇清洗乾淨，用潔淨空氣吹乾或真空烘乾待用；將乙基纖維素按質量比1 9加入松油醇中，60°C混合攪 拌2h，形成黏度約5. 9KcP的有機載體；納米半導體漿料製備，將P25 二氧化鈦顆粒按1 3 的質量比加入已製備的有機載體中混合均用，再經過充分滾軋研磨即形成所需的二氧化鈦 漿料；Ag漿選用三星3100A;將酚醛樹脂以1 12的質量比加入乙醇中，60°C混合充分混合 攪拌，形成黏度約6. OKcP的高分子粘合劑體系。(2)製備Ag柵用250目滌綸絲網印刷Ag電極，140°C乾燥，370°C燒結30min， 600°C燒結30min，Ag電極寬約1mm，厚度約6 μ m。(3) Ti02膜及高分子粘合劑覆形層的印刷與乾燥250目滌綸絲網印刷Ti02膜，然 後120°C乾燥；250目絲網印刷高分子粘合劑體系覆形層，120°C乾燥。(4)最後燒結將步驟(3)製備的膜放入馬弗爐中，3°C /min緩慢升溫至375°C燒 結20min，450°C燒結15min，500°C燒結15min，即可製得本發明所述的染料敏化太陽能電池 光陽極。實施例4 (1)準備工作導電玻璃按尺寸切割，依次用洗潔劑/水-丙酮-乙醇清洗乾淨， 用潔淨空氣吹乾或真空烘乾待用；將高分子聚合物乙基纖維素按質量比1 9加入松油醇 中，60°C混合攪拌2h，形成黏度約5. 9KcP的有機載體；納米半導體漿料製備，將P25 二氧化 鈦顆粒按1 3的質量比加入已製備的有機載體中混合均用，再經過充分滾軋研磨即形成 所需的二氧化鈦漿料；Ag漿選用上海寶銀BYD系列；杜邦C0RLAR25P環氧樹脂做高分子粘 合劑覆形層。(2)製備Ag柵用250目滌綸絲網印刷Ag電極，120°C乾燥，370°C燒結30min， 500°C燒結30min, Ag電極寬約0. 5mm,厚度約5 μ m。(3) Ti02膜及高分子粘合劑覆形層的製備與乾燥250目滌綸絲網印刷Ti02膜，然 後80°C乾燥；在Ag柵覆形圖形區域內，用點膠機擠壓點注環氧樹脂，形成覆形層，然後60°C 乾燥。(4)最後燒結將步驟(3)製備的膜放入馬弗爐中，3°C /min升溫至375°C燒結 20min，45(TC燒結30min，即可製得本發明所述的染料敏化太陽能電池光陽極。
權利要求
一種大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，其特徵在於首先在導電襯底上製備金屬柵線電極並燒結，然後在導電襯底上製備納米半導體膜並乾燥，納米半導體膜邊緣與金屬柵線電極間留有間距，然後在金屬柵線電極上覆蓋有機高分子粘合劑漿料並乾燥，最後共同燒結，製成染料敏化太陽能電池光陽極。
2.如權利要求1所述的大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，其特徵在於 所述的金屬柵線電極是指金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錳、鉬或鈦中的一種或兩種以上金屬粉末 與高分子粘合劑混合後的材料，通過絲網印刷、擠壓或注入的方法形成柵線，在375°C 600°C燒結15 60min，形成0. 5 2mm寬、5 15 μ m厚的金屬柵線電極。
3.如權利要求1所述的大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，其特徵在於 所述的納米半導體薄膜通過納米TiO2或納米ZnO與高分子樹脂粘合劑混合後形成漿料， 經塗覆法或絲網印刷法製備並經80°C 160°C乾燥，納米半導體膜邊緣與金屬柵線電極有 0. 5 2mm的間距。
4.如權利要求1所述的大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，其特徵在於 所述的高分子粘合劑指環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨脂、聚丙烯酸類樹脂、聚乙烯類、聚丙烯類 或聚甲基丙烯酸類烯烴聚合物流體材料。
5.如權利要求1所述的大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，其特徵在於 在完成半導體膜印製及乾燥後，將有機高分子粘合劑通過塗覆法或絲網印刷法覆蓋在燒結 後的柵線電極上並80°C 160°C乾燥，保證完全覆蓋金屬柵線電極。
6.如權利要求1所述的大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，其特徵在於 納米半導體膜和高分子粘合劑覆形塗覆後或印製完成乾燥後，共同在375°C 500°C燒結 30 90min。
全文摘要
本發明公開一種大面積染料敏化太陽能電池光陽極的製備方法，首先採用絲網印刷、擠壓或注入的方式在潔淨的導電襯底上形成金屬柵線電極並燒結，再經塗覆法或絲網印刷法在導電襯底上製備納米半導體膜並乾燥，納米半導體膜邊緣與金屬柵線電極留有間距，然後通過塗覆法或絲網印刷法，在金屬柵線電極上覆蓋有機高分子粘合劑漿料並乾燥，最後一併燒結，製成染料敏化太陽能電池光陽極。採用本發明的製備方法既可避免大面積光陽極製備過程中納米半導體膜被汙染的問題，又可減少覆形固型材料造成的封裝厚度增大和電解質滲透腐蝕金屬柵線電極，為獲得光電轉換效率高、耐腐蝕的染料敏化太陽能電池提供優質光陽極，本製備方法工藝簡單，可重複性強。
文檔編號H01M14/00GK101887804SQ201010211840
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者李少彥, 汪志華, 王香 申請人:彩虹集團公司