CN101996771A

CN101996771A - 一种二氧化锡陶瓷电极及其制备方法和一种染料敏化太阳能电池

Info

Publication number: CN101996771A
Application number: CN 200910189655
Authority: CN
Inventors: 王田军; 向其军; 郭冉
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: Suzhou Shihao Building Materials New Technology Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: CN101996771B

Abstract

本发明提供一种二氧化锡陶瓷电极，所述二氧化锡陶瓷电极中含有SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐，所述二氧化锡陶瓷电极为多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm。本发明还提供了一种二氧化锡陶瓷电极的制备方法和含有该二氧化锡陶瓷电极的染料敏化太阳能电池。本发明的二氧化锡陶瓷电极为纳米多孔结构，制备方法简单；采用该二氧化锡陶瓷电极的染料敏化太阳能电池，成本较纳米二氧化钛低，制备方法简单，且光电转化率高。

Description

一种二氧化锡陶瓷电极及其制备方法和一种染料敏化太阳能电池

【技术领域】

本发明涉及一种二氧化锡陶瓷电极及其制备方法和一种含有该二氧化锡电极的染料敏化太阳能电池。

【背景技术】

二氧化锡是n型半导体，掺杂Sb能有效提高其导电性。以二氧化锡为基质的陶瓷材料，不仅具有良好的导电性和高的密度，而且具有耐高温、高温荷重软化点和优良的抗腐蚀性，因此应用领域广泛。

染料敏化太阳能电池是一种光电转换装置，常用的染料敏化太阳能电池的半导体材料通常采用纳米晶二氧化钛，但纳米晶二氧化钛材料的成本高，制备方法复杂，使得染料敏化太阳能电池的制造成本居高不下，不利于广泛应用。且二氧化钛是p型半导体，纳米晶二氧化钛与染料界面产生的空穴可以使染料氧化，从而改变界面的特性，降低光电转化效率。

现有技术中公开了一种染料敏化二氧化锡太阳能电池，其中采用水热法制备了SnO₂纳米颗粒，并用乙酸锌对SnO₂纳米棒进行表面处理，制成染料敏化太阳能电池(DSSC)。但是采用的该SnO₂半导体材料的DSSC的光电转化延时短，光电转化效率低。

CN101439966A中公开了一种二氧化锡电极陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：将SnO₂、MnO₂、CuO和Sb₂O₃粉体原料、有机溶剂和混料球球磨，将球磨浆体进行低温烘烤至有机溶剂挥发，研磨过筛得混合粉末；将混合粉末进行冷等静压机成型，得坯体；烧结，得二氧化锡电极陶瓷材料。该方法得到的SnO₂电极陶瓷致密度高达98.9％，不适于应用在染料敏化太阳能电池领域。

【发明内容】

本发明为了解决现有技术中存在的二氧化锡陶瓷电极致密度过高、染料敏化太阳能电池成本高、制备方法复杂和光电转化效率低问题，提供一种二氧化锡陶瓷电极，所述二氧化锡陶瓷电极中含有SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐，所述二氧化锡陶瓷电极为多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm。

本发明还提供了一种二氧化锡陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：

1)在含有SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐的混合物中，加入溶剂和混料球，球磨干燥得到粉末混合浆料；所述SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐的平均粒径均为10-100nm；

2)在粉末混合浆料中加入粘结剂，球磨得到电极浆料，通过成型制备薄膜状电极生坯；

3)将电极生坯进行微波烧结，得到二氧化锡陶瓷电极，所述二氧化锡陶瓷电极为多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm。

本发明还提供了一种染料敏化太阳能电池，该电池包括半导体电极、对电极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质；所述半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米基材和附着于该半导体纳米基材上的染料层；其特征在于，所述半导体纳米基材为本发明所提供的二氧化锡陶瓷电极。

本发明的二氧化锡陶瓷电极，通过掺杂Sb₂O₃能有效提高导电率，且所述二氧化锡陶瓷电极为纳米多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm；本发明中通过纳米粉末制备电极生坯，然后经过微波烧结，使粉末粒径细化，能得到纳米多孔结构的二氧化锡陶瓷电极；采用本发明的二氧化锡陶瓷电极的染料敏化太阳能电池，成本较纳米二氧化钛低，制备方法简单，且光电转化率高。

【附图说明】

图1为本发明的染料敏化太阳能电池的结构示意图；

图2为本发明的染料敏化太阳能电池的电流-电压曲线示意图。

【具体实施方式】

本发明提供一种二氧化锡陶瓷电极，所述二氧化锡陶瓷电极中含有SnO₂、Sb₂O₃、ZnS、Nb₂O₃和稀土掺杂碱土金属铝酸盐，所述二氧化锡陶瓷电极为多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm。

SnO₂是一种宽带隙的n型半导体，其导带位置比TiO₂高0.4V，更有利于电子的注入，同时由于导带位置的升高，减少了电子的复合几率；n型半导体内部有大量的自由电子，可以提高电解质氧化还原反应速率，阻止染料氧化，从而提高光电转化效率。本发明中，所述二氧化锡陶瓷电极中，所述SnO₂中掺杂有Sb₂O₃，能有效提高电导率。另外，本发明的二氧化锡陶瓷电极中含有ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐，使得本发明的陶瓷电极具有储能性能，即能吸收太阳光中的能量。本发明的二氧化锡陶瓷电极中还含有Nb₂O₃。

本发明所述的二氧化锡陶瓷电极为纳米多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm。纳米孔洞增加陶瓷电极对太阳光的吸收面积，减少太阳光的反射；有利于单层染料在SnO₂表面的吸附；另外，纳米多孔结构的二氧化锡陶瓷电极有利于电解液在膜中的渗透和离子在孔中的传输。

以本发明所述二氧化锡陶瓷电极的质量为基准，SnO₂的含量为94-99wt％，Sb₂O₃的含量为0.1-5wt％，ZnS的含量为0.05-5wt％，Nb₂O₃的含量为0.05-1wt％，稀土掺杂碱土金属铝酸盐的含量为0.5-5wt％。

所述稀土掺杂碱土金属铝酸盐为本领域技术人员常用的各种稀土掺杂碱土金属铝酸盐，例如可以为稀土掺杂铝酸锶、稀土掺杂铝酸钡、稀土掺杂铝酸钙或稀土掺杂铝酸镁，其中稀土元素为铕、钐、镨或钕。

优选情况下，本发明的二氧化锡陶瓷电极中还可以含有V₂O₅、NiO和ZnO。以二氧化锡陶瓷电极的质量为基准，V₂O₅的含量为0.01-3wt％，NiO的含量为0.01-2wt％，ZnO的含量为0.1-3wt％。

本发明提供了一种的二氧化锡陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：

1)在含有SnO₂、Sb₂O₃、ZnS、Nb₂O₃和稀土掺杂碱土金属铝酸盐的混合物中，加入溶剂和混料球，球磨干燥得到粉末混合浆料；所述SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐的平均粒径均为10-100nm；

本发明的发明人通过大量实验发现，所述SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐均采用平均粒径为10-100nm的纳米粉末，可以有效降低烧结温度，利于得到纳米晶粒组织。另外，纳米粉末与粘结剂混炼时，粘结剂可以对纳米粉末进行包覆，再采用微波烧结工艺对电极生坯进行烧结时，纳米粉末不易团聚，使得到的二氧化锡陶瓷电极具有纳米多孔结构，孔隙率为20-40％。

根据本发明的方法，先将SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐纳米粉末与溶剂、混料球混合均匀，球磨干燥得到所述电极浆料。所述溶剂为本领域技术人员常用的各种溶剂，例如可以为无水乙醇或松油醇。作为本领域技术人员的公知常识，所述混料球为粒径为1-6mm的氧化锆陶瓷球；优选情况下采用1mm、2mm和6mm三种粒径混合使用的混料球，更优选情况下，三种粒径的混料球的质量为5∶3∶1；球磨后过200目筛网，然后干燥得到所述粉末混合浆料。混合物、溶剂与混料球的体积比为3-6∶1-4∶1-3。所述粉末混合浆料的固含量为30-60％。

以混合物的质量为基准，SnO₂的含量为94-99wt％，Sb₂O₃的含量为0.1-5wt％，ZnS的含量为0.05-5wt％，Nb₂O₃的含量为0.05-1wt％，稀土掺杂碱土金属铝酸盐的含量为0.5-5wt％。

作为本发明的一种优选实施方式，所述混合物中还可以含有V₂O₅、NiO和ZnCO₃。其中，V₂O₅、NiO可以作为掺杂剂掺杂到SnO₂中提高二氧化锡陶瓷电极的电导率。ZnCO₃作为烧结助剂；在微波烧结过程中，ZnCO₃热分解生成ZnO和CO₂气体，ZnO能促进烧结，有效降低烧结温度，CO₂气体从电极生坯中溢出，能对所述二氧化锡陶瓷电极的孔洞进行进一步塑造，最后得到具有纳米多孔结构的二氧化锡陶瓷电极。以混合物的质量为基准，V₂O₅的含量为0.01-3wt％，NiO的含量为0.01-2wt％，ZnCO₃的含量为0.1-3wt％。

根据本发明的制备方法，往电极浆料中加入粘结剂，成型制备薄膜状电极生坯。所述粘结剂为本领域技术人员常用的各种低温粘结剂和/或高温粘结剂。例如，所述低温粘结剂可以为聚乙烯醇、纯丙乳液、甘油、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和乙二醇二丁醚中的一种或多种；所述高温粘结剂可以为玻璃釉、滑石粉、钟乳石粉末、粘土中的一种或多种。本发明中，所述粘结剂优选采用含有低温粘结剂与高温粘结剂的混合粘结剂，更优选情况下，所述混合粘结剂中低温粘结剂与高温粘结剂重量比为1∶3-4∶1。根据本发明的方法，以100重量份的粉末混合浆料为基准，粘结剂的用量为3-10重量份；优选情况下，所述粘结剂中含有低温粘结剂和高温粘结剂，其中低温粘结剂的用量为2-4重量份，高温粘结剂的用来为1-6重量份。

根据本发明的制备方法，还包括在加入粘结剂后球磨之前往所述粉末混合浆料中加入分散剂、塑化剂和消泡剂的步骤。其中，所述分散剂为聚丙烯、高分子聚羧酸铵盐物质、聚丙烯酸(PAA)和聚丙烯酸铵(PAA·NH4)中的一种或多种；所述塑化剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂和甘油中的一种或多种；所述消泡剂为复合硅酮类物质或正丁醇。以100重量份的粉末混合浆料为基准，分散剂的用量为1-3重量份，塑化剂的用量为1-3重量份，消泡剂的用量为0.5-1.5重量份。

本发明中，在粉末混合浆料中加入粘结剂、分散剂、塑化剂和消泡剂后，球磨得到电极浆料；将电极浆料成型，制备薄膜状电极生坯。所述薄膜状电极生坯的厚度为15-25微米。所述成型所采用的工艺根据成型后样品的形状而定。本发明中，所述电极生坯为薄膜状，优选情况下，所述成型采用丝网印刷、流延成型或喷涂法。流延成型、丝网印刷和喷涂的方式为本领域技术人员所公知，此处不赘述。

根据本发明的方法，将电极生坯转入微波冶炼设备中，进行微波烧结，即可得到本发明的二氧化锡陶瓷电极。本发明中，对电极生坯采用微波烧结，升温快速且加热均匀。由于本发明中所采用的原料粉末均为纳米尺寸，对微波辐射有强吸收性，适用于纳米材料的烧结处理。采用微波烧结时，升温快使得烧结时间远低于普通烧结，因此可防止长时间烧结时晶粒的持续长大。另外，微波烧结条件下电极坯体的内应力小，不会导致陶瓷膜的开裂。所述微波烧结温度为400-800℃，烧结时间30-90min。

本发明还提供了一种染料敏化太阳能电池，如图1所示，本发明提供的染料敏化太阳能电池包括半导体电极12、对电极14以及位于半导体电极12和对电极14之间的电解质13；所述半导体电极12包括导电底层121、形成于该导电底层上的半导体纳米基材122和附着于该半导体纳米基材122上的染料层123，其中半导体纳米基材122为本发明的二氧化锡陶瓷电极。

所述导电底层121已为本领域技术人员所公知，可以使用现有的各种用于染料敏化太阳能电池半导体电极的导电底层，例如，所述导电底层可以为表面具有掺氟二氧化锡膜或掺氧化铟锡膜的石英玻璃。所述石英玻璃可以商购得到，例如可以使用锦州晶诚石英玻璃制品有限公司制造的透明石英玻璃。在透明石英玻璃表面镀一层掺氟二氧化锡膜，即可制得方阻为15欧的FTO导电底层。所述导电底层的厚度可以为0.5-5毫米，优选为1-2毫米。

半导体纳米基材122即为本发明的二氧化锡陶瓷电极，已在上文中做了详细的描述，在此不再赘述。所述二氧化锡陶瓷电极形成于导电底层121上的方法采用在二氧化锡陶瓷电极的制备过程中，将电极浆料在导电底层上成型，然后烧结即可得到。

所述染料层123附着于半导体纳米基材12上，染料层123中含有光敏化染料。由于本发明的二氧化锡陶瓷电极为纳米多孔结构，所以染料在二氧化锡电极上的附着力较高。所述光敏化染料可以为现有的各种用于染料敏化太阳能电池的染料，例如，可以选自钌基多吡啶配合物、卟啉配合物、酞菁配合物和非金属有机染料中的一种或多种。其中，钌基多吡啶配合物可以采用顺式-二异硫氰酸根-二(4，4’二羧酸-2，2’-联吡啶)合钌，也称作N3染料；卟啉配合物可以采用间位取代的配合物M-TCPP；酞菁配合物可以采用酞菁锌(ZnPc)；非金属有机染料可以采用香豆素。染料层的制备方法和步骤已为本领域技术人员所公知，例如，可以通过将二氧化锡陶瓷电极浸渍在含有染料的溶液或凝胶中，从而在二氧化锡陶瓷电极上形成染料层。

对电极14的结构及其制备方法已为本领域技术人员所公知。对电极14包括导电基片和形成于该导电基片上的金属层。所述导电基片可以为表面具有掺氟二氧化锡膜或掺氧化铟锡膜的导电玻璃。所述导电基片可以商购得到，例如可以使用由秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO导电玻璃。所述导电基片的厚度可以为0.5-5毫米，优选为1-2毫米。所述金属层可以由金、铂或金铂合金组成。在导电基片上形成金属层的方法已为本领域技术人员所公知，例如，可以采用电镀或气相沉积方法。

所述电解质13已为本领域技术人员所公知，可以为液态电解质或固态电解质。液态电解质的一个优选的实例为薄层氧化还原电解质溶液，该溶液含有碘/碘化锂电解质。

一般情况下，半导体电极12作为染料敏化太阳能电池的阳极，对电极14作为染料敏化太阳能电池的阴极。如图1所示，半导体电极12的染料层123与对电极14的金属层相对。所述染料敏化太阳能电池可以采用公知的组装方式进行组装，例如将半导体电极12和对电极14叠放在一起，在半导体电极12和对电极14的边缘四周涂上环氧树脂胶，留孔后封装成盒，从小孔处注入电解液，利用毛细管作用使电解液进入电池内部，最后封孔。

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明的二氧化锡陶瓷电极及其制备方法。

(1)按以下重量百分比称取原料粉末：SnO₂ 95wt％，Sb₂O₃ 1wt％，ZnS0.5wt％，Nb₂O₃ 0.5wt％，SrAl₂O₄(掺杂Eu²⁺，Dy³⁺)1.5wt％，ZnCO₃ 0.5wt％，NiO 0.5wt％，V₂O₅ 0.5wt％，其中所有原料的粒径均为10-50nm；将原料粉末置于球磨罐中，在行星球磨机上球磨30h，球磨罐的转速为250rpm，其中原料粉末∶混料球∶无水乙醇(体积比)＝3∶5∶2；球磨后取出烘干得到固含量为50％的粉末混合浆料。

(2)取100重量份的步骤(1)制备的粉末混合浆料，加入5重量份的低温粘结剂聚乙烯醇、3重量份的高温粘结剂玻璃釉、1重量份的分散剂聚丙烯、1重量份的塑化剂聚乙二醇、0.8重量份的消泡剂正丁醇后在行星球磨机上球磨40h，球磨罐的转速为300rpm，球磨后过200目筛网，得到电极浆料。

(3)在尺寸为5×2.5厘米的导电底层上(在锦州晶诚石英玻璃制品有限公司制造的透明石英玻璃表面镀上一层掺氟二氧化锡膜制得方阻为15欧的FTO导电底层，厚度为4毫米)，通过丝网印刷在导电底层上形成厚度为20微米的薄膜电极生坯，60℃下干燥5h；

(4)将步骤(3)得到的表面形成有干燥坯体的导电底层置于微波高温炉(NJL07-1，南京杰全微波设备有限公司)中，700℃下烧结60min，在导电玻璃表面得到本实施例的二氧化锡陶瓷电极，记为A1。

对比例1

本对比例用于说明现有技术的二氧化锡电极。采用CN101439966A中实施例1公开的方法制备本对比例的薄膜状二氧化锡电极，记为D1。

实施例2

采用与实施例1相同的方法制备本实施例的二氧化锡陶瓷电极，不同之处在于：步骤(1)中原料粉末如下配比：SnO₂ 95wt％，Sb₂O₃ 1wt％，ZnS 0.5wt％，Nb₂O₃ 0.5wt％，BaAl₂O₄(掺杂Eu²⁺，Dy³⁺)2wt％，ZnCO₃ 1wt％，其中所有原料的粒径均为10-50nm。

通过上述方法，得到本实施例的二氧化锡陶瓷电极，记为A2。

实施例3

采用与实施例1相同的方法制备本实施例的二氧化锡陶瓷电极，不同之处在于：步骤(1)中原料粉末如下配比：SnO₂ 95wt％，Sb₂O₃ 1wt％，ZnS 0.5wt％，Nb₂O₃ 0.5wt％，BaAl₂O₄(掺杂Eu²⁺，Dy³⁺)2wt％，V₂O₅ 1wt％，其中所有原料的粒径均为10-50nm。

通过上述方法，得到本实施例的二氧化锡陶瓷电极，记为A3。

实施例4

采用与实施例1相同的方法制备本实施例的二氧化锡陶瓷电极，不同之处在于：步骤(1)中原料粉末如下配比：SnO₂ 95wt％，Sb₂O₃ 1.5wt％，ZnS 1wt％，Nb₂O₃ 0.5wt％，BaAl₂O₄(掺杂Eu²⁺，Dy³⁺)2wt％，其中所有原料的粒径均为10-50nm。

通过上述方法，得到本实施例的二氧化锡陶瓷电极，记为A4。

实施例5

采用与实施例1相同的方法制备本实施例的二氧化锡陶瓷电极，不同之处在于：步骤(2)中：取100重量份的电极浆料，加入5重量份的低温粘结剂聚乙烯醇，1.5重量份的高温粘结剂玻璃釉，1.5重量份的分散剂聚丙烯酸、1.5重量份的塑化剂邻苯二甲酸二丁酯；步骤(3)中通过丝网印刷在导电玻璃表面制备电极生坯。

通过上述方法，得到本实施例的二氧化锡陶瓷电极，记为A5。

实施例6

采用与实施例1相同的方法制备本实施例的二氧化锡陶瓷电极，不同之处在于：步骤(4)中：微波烧结温度为800℃，烧结时间为30min。

通过上述方法，得到本实施例的二氧化锡陶瓷电极，记为A6。

实施例7

本实施例用于说明本发明的染料敏化太阳能电池。

(1)制备半导体电极：将实施例1得到的表面形成有二氧化锡陶瓷电极的导电玻璃转入浓度为3×10^-4mol/L的N3染料水溶液中浸泡24小时，在二氧化锡陶瓷电极上形成染料层，由此制得半导体电极。

(2)制备对电极：将尺寸为5×2.5厘米的镀有掺氟二氧化锡膜的导电玻璃(秦皇岛耀华玻璃股份有限公司制造的方阻为15欧的FTO导电玻璃，厚度为4毫米)作为基材送入中频磁控溅射仪，在该导电玻璃的一个表面溅射铂。靶材选用纯度为99.99％的Pt，靶材和基材之间的距离保持在10厘米，基材温度设定为400℃，基材在基座以5转/分钟的速度转动。溅射压力(绝对压力)为0.2帕，溅射气氛为氩气，溅射功率为125瓦。经过3小时的溅射，在导电玻璃的一个表面上形成厚度为5微米的铂膜，制得对电极。

(3)制备染料敏化太阳能电池：将上述制得的对电极和半导体电极叠放在一起，其中，对电极的铂膜与半导体电极的染料层相对。然后，在对电极和半导体电极之间加入电解质溶液(碘/碘化锂的乙腈溶液，0.1摩尔/升的LiI+0.01摩尔/升的I₂)，制得染料敏化太阳能电池R1。

对比例2

采用与实施例7相同的方法制备本对比例的染料敏化太阳能电池，不同之处在于：步骤(1)中采用对比例1的方法在镀有掺氟二氧化锡膜的导电底层上形成二氧化锡电极，然后转入染料水溶液中浸泡制备本对比例的半导体电极。

通过上述方法，制的本对比例的染料敏化太阳能电池DR1。

对比例3

采用与实施例7相同的方法制备本对比例的染料敏化太阳能电池，不同之处在于：步骤(1)中先采用水热法制备二氧化锡纳米粉体：将SnCl₄·5H₂O溶于水和酒精的等体积混合液中，浓度为0.001mol/L，加入十六烷基三甲基溴化铵，加入NaOH溶液至pH为12；洗涤烘干得到白色粉体；再加入乙酸锌(锌锡摩尔比为0.1)、酒精、乙酰丙酮和OP乳化剂得到SnO₂胶体；在导电底层上采用丝网印刷SnO₂胶体成型薄膜电极生坯，微波烧结，得到表面形成有二氧化锡电极的导电玻璃；在二氧化锡电极上形成染料层，制得本对比例的半导体电极。

通过上述方法，制的本对比例的染料敏化太阳能电池DR2。

实施例8-12

采用与实施例7相同的方法制备染料敏化太阳能电池，不同之处在于：步骤(1)中分布采用实施例2-6得到的表面形成有二氧化锡陶瓷电极的导电玻璃，转入浓度为3×10^-4mol/L的N3染料水溶液中浸泡24小时，在二氧化锡陶瓷电极上形成染料层，由此制得半导体电极。

通过上述方法，分别制得实施例8-12的染料敏化太阳能电池R2-R6。

性能测试

1、二氧化锡陶瓷电极孔隙率测试：采用GB/T1966-1996公开的真空法测定二氧化锡陶瓷电极样品A1-A6和D1的孔隙率，测试结果如表1所示。

2、二氧化锡陶瓷电极平均孔径测试：采用压汞法测试二氧化锡陶瓷电极样品A1-A6和D1的平均孔径D；测试结果如表1所示。

D＝-4g cosα/P；

其中，D——多孔材料中孔直径(假设为圆柱状孔)；

P——施加的外界压力；

g——汞和多孔材料的表面张力；

α——汞和多孔材料的接触角。

表1

二氧化锡电极	孔隙率(％)	平均孔径D(nm)
			A1	32.4	60.7
A2	33.8	56.9
			A3	26.7	61.5
A4	20.5	52.4
			A5	34.8	62.7
A6	28.9	67.2
			D1	4.3	＞3000

3、染料敏化电池光电转化效率测试：使用上海辰华公司生产的CHI660A型电化学工作站对染料敏化太阳能电池R1-R5和DR1-DR2进行测定，得到如图2所示的电流-电压曲线(图2中，I_mp表示最佳工作电流；V_mp表示最佳工作电压；I_sc表示短路光电流密度；V_oc表示开路电压；P_max表示最大功率)，根据电流-电压曲线得到电池的最佳工作电流和最佳工作电压，并按照下式(1)计算染料敏化太阳能电池的光电转换率，结果如表2所示。

H = \frac{P_{\max}}{P_{in}} = \frac{V_{mp} \times I_{mp}}{P_{in}} \times 100 % - - - (1)

其中，η为染料敏化太阳能电池的光电转换率，％；

P_in为太阳光的入射功率，毫瓦/平方厘米；P_in＝140mW/cm²

I_mp为最佳工作电流，毫安/平方厘米；

V_mp为最佳工作电压，伏。

表2

染料敏化太阳能电池	光电转化效率η(％)
		R1	7.97
R2	8.19
		R3	8.12
R4	7.24
		R5	8.57
R6	7.86
		DR1	1.06
DR2	1.75

由上表1可知，本发明提供的二氧化锡陶瓷电极为纳米多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm；由上表2可知，采用本发明的二氧化锡陶瓷电极的燃料敏化太阳能电池的光电转化效率达到7.0％以上，高于现有技术中的各种染料敏化太阳能电池。

Claims

1.一种二氧化锡陶瓷电极，所述二氧化锡陶瓷电极中含有SnO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₃、ZnS和稀土掺杂碱土金属铝酸盐，所述二氧化锡陶瓷电极为多孔结构，孔隙率为20-40％，平均孔径为20-100nm。

2.根据权利要求1所述的二氧化锡陶瓷电极，其特征在于，以所述二氧化锡陶瓷电极的质量为基准，SnO₂的含量为94-99wt％，Sb₂O₃的含量为0.1-5wt％，Nb₂O₃的含量为0.05-1wt％，ZnS的含量为0.05-5wt％，稀土掺杂碱土金属铝酸盐的含量为0.5-5wt％。

3.根据权利要求1或2所述的二氧化锡陶瓷电极，其特征在于，所述稀土掺杂碱土金属铝酸盐为稀土掺杂铝酸锶、稀土掺杂铝酸钡、稀土掺杂铝酸钙或稀土掺杂铝酸镁，其中稀土元素铕、钐、镨或钕。

4.根据权利要求1或2所述的二氧化锡陶瓷电极，其特征在于，所述二氧化锡陶瓷电极中还含有V₂O₅、NiO和ZnO。

5.根据权利要求4所述的二氧化锡陶瓷电极，其特征在于，以二氧化锡陶瓷电极的质量为基准，V₂O₅的含量为0.01-3wt％，NiO的含量为0.01-2wt％，ZnO的含量为0.1-3wt％。

6.一种二氧化锡陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以混合物的质量为基准，SnO₂的含量为94-99wt％，Sb₂O₃的含量为0.1-5wt％，Nb₂O₃的含量为0.05-1wt％，ZnS的含量为0.05-5wt％，稀土掺杂碱土金属铝酸盐的含量为0.5-5wt％。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合物中还含有V₂O₅、NiO和ZnCO₃。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以混合物的质量为基准，V₂O₅的含量为0.01-3wt％，NiO的含量为0.01-2wt％，ZnCO₃的含量为0.1-3wt％。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，混合物、溶剂与混料球的体积比为3-6∶1-4∶1-3。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，粉末混合浆料的固含量为30-60％。

12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以100重量份的粉末混合浆料为基准，粘结剂的用量为3-10重量份。

13.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述成型为丝网印刷、流延成型或喷涂。

14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)中还包括在加入粘结剂后球磨之前往粉末混合浆料中加入分散剂、塑化剂和消泡剂的步骤；以100重量份的粉末混合浆料为基准，分散剂的用量为1-3重量份，塑化剂的用量为1-3重量份，消泡剂的用量为0.5-1.5重量份。

15.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微波烧结温度为400-800℃，烧结时间30-90min。

16.一种染料敏化太阳能电池，该电池包括半导体电极、对电极以及位于半导体电极和对电极之间的电解质；所述半导体电极包括导电底层、形成于该导电底层上的半导体纳米基材和附着于该半导体纳米基材上的染料层；其特征在于，所述半导体纳米基材为权利要求1-5任一项所述的二氧化锡陶瓷电极。