CN103021509B - 染料敏化太阳能电池对电极用碳浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳浆料及其制备方法、包含该碳浆料的染料敏化太阳能电池对电极及制备方法。本发明的碳浆料，其包括如下组分：0.3~30wt%碳材料、1~30wt%粘结剂、1~30wt%粘度调节剂和20~95%溶剂；其中，所述碳材料由重量比为1:20~20:1的碳纤维和碳黑组成，所述碳黑为超导碳黑和/或电阻率在3.0Ω·m以下的导电碳黑。由本发明的碳浆料制得的染料敏化太阳能电池对电极具有良好的电催化性能和导电性能，具有较好的市场发展前景。

Description

染料敏化太阳能电池对电极用碳浆料
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池对电极用碳浆料。
背景技术
染料敏化太阳能电池自1991年瑞士洛桑理工学院M.Graetazel教授提出以后，由于其制作工艺相对简单，成本低廉，环境友好，一直受到广泛关注，发展十分迅速。此外染料敏化太阳能电池对光照条件要求不高，这也是相对于硅基太阳能电池的一个优势。这些特点使其具备了巨大的商业应用价值。
染料敏化太阳能电池的对电极的理想性能，一是具有良好的导电性；二是对于电池中电解液中I3-还原为I-的反应具有较好的电催化活性。染料敏化太阳能电池的对电极可以基于贵金属铂制得，铂的导电性较好，而且对于电解液中的氧化还原反应具有较好的电催化活性，可以有效提高电池效率。然而其缺点是使用贵金属铂，成本较高，不利于大规模工业化生产。此外，对电极也可基于碳材料制备获得。使用碳材料的对电极，成本低廉，适合大规模工业化生产，但是其光电转换效率仍然不够，因此制备高光电转换效率的碳对电极已成为染料敏化太阳能电池的一个重要课题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中染料敏化太阳能电池中铂对电极价格昂贵，碳对电极光电转换效率仍然不够高的技术问题，目的之一在于提供一种染料敏化太阳能电池对电极用的碳浆料。
本发明的碳浆料包括如下组分：0.3～30wt％碳材料、1～30wt％粘结剂、1～30wt％粘度调节剂和20～95％溶剂；其中，所述碳材料由重量比为1∶20～20∶1的碳纤维和碳黑组成，所述碳黑为超导电碳黑和/或电阻率在3.0Ω·m以下的导电碳黑。较佳地是，所述碳材料由重量比为1∶10～10∶1的碳纤维和碳黑组成。本发明将颗粒状碳黑和一维线状碳纤维分散均匀，以一维线状碳纤维为支线，颗粒状碳黑为节点，形成空间网状导电结构，有效的提高了碳浆料的导电性能。
其中，所述粘结剂可以为本领域所公知的，如二氧化钛粉末和/或二氧化钛胶体、或二氧化锡粉末和/或其胶体，所述粘结剂的粒径可为10～30nm，优选二氧化钛粉末和/或二氧化钛胶体。
所述粘度调节剂为纤维素和/或其盐和/或其衍生物、淀粉和、或其盐或其衍生物、聚醚类，优选为纤维素和/或其盐和/或其衍生物；所述纤维素可以为甲基纤维素、乙基纤维素、纤维素醋酸酯或羧甲基纤维素钠；所述聚醚类可以为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇。
所述溶剂可为醇类和/或萜类化合物。所述醇类可以为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、苯甲醇等等；所述萜类化合物可以为冰片、异冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇等等。
本发明的碳浆料还可以包括表面活性剂、造孔物质等等。表面活性剂可以是Triton系列物质；造孔物质可以是聚醚类。
本发明的目的之二在于提供一种本发明的碳浆料的制备方法，包括：将碳纤维和碳黑进行混合，之后加入粘结剂和粘度调节剂适当混匀，最后加入溶剂，用机械搅拌、离心或者球磨使浆料充分混合，制得碳浆料。
本发明的目的之三在于提供一种包含本发明的碳浆料的染料敏化太阳能电池对电极。
本发明的目的之四在于提供一种本发明的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，该方法为：将碳浆料均匀刮涂或丝网印刷于清洁的导电基底上，之后将附有碳浆料的导电基底在200-450℃下煅烧或者60-150℃下干燥，制得碳对电极。
所述的导电基底可为金属基底、金属氧化物或金属氮化物基底。
所述的导电基底可用丙酮或者乙醇对其进行超声清洗10-30min，以去除导电基底表面的污迹和油渍。
本发明的积极进步效果在于：由本发明的碳浆料制得的染料敏化太阳能电池对电极，具有成本低廉及良好的电催化性能和导电性能，电池光电转换效率达到7.33％，具有较好的市场发展前景。
附图说明
图1为实施例1中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m2标准测试条件下测得的I-V曲线；
图2为实施例2中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m2标准测试条件下测得的I-V曲线；
图3为实施例3中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m2标准测试条件下测得的I-V曲线；
图4为实施例4中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m2标准测试条件下测得的I-V曲线；
图5为实施例5中碳浆料制得的碳对电极电池在AM1.5，1000W/m2标准测试条件下测得的I-V曲线；
图6为实施例1中碳浆料制得的碳对电极电池与对比例中碳浆料制得的碳对电极电池的对比图，其中，A线为实施例1碳浆料制得的电池的I-V曲线，B线为对比例碳浆料制得的电池的I-V曲线。
具体实施方式
实施例1
1)将10g气相生长碳纤维和15g凯琴碳黑混合，之后加入25g粒径10～30nm二氧化钛粉末，和40g乙基纤维素，适当混匀后，加入200g松油醇，离心混合30min，制得碳浆料。
2)基底清洗：将钛板用丙酮进行超声清洗30min，之后取出钛板，干燥气枪吹净表面残留丙酮。在钛板两侧激光刻蚀出两个0.5mm的小孔，留作电解液注入时用。
3)将碳浆料丝网印刷到已经清洗好的钛板上，马弗炉内410℃煅烧20分钟，冷却至室温后取出，制得碳对电极。
实施例2
1)将10g气相生长碳纤维和10g凯琴碳黑混合，之后加入25g粒径10～30nm二氧化钛粉末，和40g乙基纤维素，适当混匀后，加入220g松油醇，离心混合30min，制得碳浆料。
2)其他条件和步骤同实施例1，制得碳对电极。
实施例3
1)将5g气相生长碳纤维和10g凯琴碳黑混合，之后加入20g粒径10～30nm二氧化钛粉末，和40g乙基纤维素，适当混匀后，加入220g松油醇，离心混合30min，制得碳浆料。
2)其他条件和步骤同实施例1，制得碳对电极。
实施例4
1)将1g气相生长碳纤维和10g凯琴碳黑混合，之后加入20g粒径10～30nm二氧化钛粉末，和40g乙基纤维素，适当混匀后，加入220g体积比1∶1的松油醇和异丙醇混合物，离心混合30min，制得碳浆料。
2)其他条件和步骤同实施例1，制得碳对电极。
实施例5
1)将10g气相生长碳纤维和5g凯琴碳黑混合，之后加入20g粒径10～30nm二氧化钛粉末，和40g乙基纤维素，适当混匀后，加入220g体积比1∶1的松油醇和异丙醇混合物，离心混合30min，制得碳浆料。
2)其他条件和步骤同实施例1，制得碳对电极。
对比例
1)称取20g凯琴碳黑，之后加入25g粒径10～30nm二氧化钛粉末，和40g乙基纤维素，适当混匀后，加入200g松油醇，离心混合30min，制得碳浆料。
2)其他条件和步骤同实施例1，制得碳对电极。
效果实施例对电极光电性能测试
1)将二氧化钛浆料丝网印刷到FTO上，马弗炉500℃煅烧20分钟，冷却至室温后取出。
2)印有二氧化钛膜的FTO置于准备好的染料溶剂中，染料溶剂为Z991的乙腈叔丁醇混合溶剂，乙腈叔丁醇混合比例为1∶1。FTO浸泡24～48h取出，制得光阳极。
3)将光阳极分别与实施例1～5及对比例制得的碳对电极使用粘合剂贴合，之后从钛板上的电解液注入孔注入电解液，电解液为常用的碘和碘化锂的液体电解液。之后使用薄玻璃片封住钛板上的电解液注入孔，制得电池。
4)在AM1.5，1000W/m2标准测试条件下测试制得的电池。
结果显示：如图1所示，使用实施例1碳浆料制得的对电极的电池，其开路电压为0.687V，短路电流为16.55mA/cm2，填充因子为64.42％，光电转换效率为7.33％。
如图2所示，实施例2碳浆料制得的对电极的电池，其开路电压为0.687V，短路电流为15.72mA/cm2，填充因子为64.75％，光电转换效率为6.99％。
如图3所示，实施例3碳浆料制得的对电极的电池，其开路电压为0.705V，短路电流为15.74mA/cm2，填充因子为66.16％，光电转换效率为7.34％。
如图4所示，实施例4碳浆料制得的对电极的电池，其开路电压为0.698V，短路电流为16.98mA/cm2，填充因子为56.94％，光电转换效率为6.74％。
如图5所示，实施例5碳浆料制得的对电极的电池，其开路电压为0.708V，短路电流为15.42mA/cm2，填充因子为66.82％，光电转换效率为7.30％。
如图6所示，对比例的碳浆料制得的对电极的电池，其光电转换效率为5.81％，低于实施例1～5。

Claims (6)

1.一种碳浆料，其包括如下组分：0.3～30wt％碳材料、1～30wt％粘结剂、1～30wt％粘度调节剂和20～95％溶剂；其中，所述碳材料由重量比为1:20～20:1的碳纤维和碳黑组成，所述碳黑为超导电碳黑和/或电阻率在3.0Ω·m以下的导电碳黑。
2.如权利要求1所述的碳浆料，其特征在于：所述碳材料由重量比为1:10～10:1的碳纤维和碳黑组成。
3.如权利要求1或2所述的碳浆料，其特征在于：所述粘结剂为二氧化钛粉末和/或二氧化钛胶体、或者所述粘结剂为二氧化锡粉末和/或二氧化锡胶体，所述粘结剂的粒径为10～30nm；所述粘度调节剂为纤维素和/或纤维素盐和/或纤维素衍生物；所述溶剂为醇类和/或萜类化合物。
4.权利要求1所述碳浆料的制备方法，其包括：将碳纤维和碳黑进行混合，之后加入粘结剂和粘度调节剂适当混匀，最后加入溶剂，用机械搅拌、离心或者球磨使浆料充分混合，制得碳浆料。
5.一种包含权利要求1所述碳浆料的染料敏化太阳能电池对电极。
6.一种权利要求5所述的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，该方法为：将碳浆料均匀刮涂或丝网印刷于清洁的导电基底上，之后将附有碳浆料的导电基底在200-450℃下煅烧或者60-150℃下干燥，制得碳对电极。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409134A (zh) * 2014-11-14 2015-03-11 厦门惟华光能有限公司 一种用于太阳能电池的复合碳电极及其制备方法
CN104465116A (zh) * 2014-12-30 2015-03-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种染料敏化太阳能电池的对电极及其制备方法
CN105244075B (zh) * 2015-10-20 2017-03-29 国网河南镇平县供电公司 一种电力用导电膏组合物
CN107195385B (zh) * 2017-05-16 2019-03-08 华中科技大学 一种导电碳浆料、其制备方法和应用
CN110136964A (zh) * 2019-04-23 2019-08-16 长江大学 用于染料敏化太阳电池的柔性对电极

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101188257A (zh) * 2006-11-16 2008-05-28 中国科学院物理研究所 一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料及其制法
CN101950595A (zh) * 2010-09-27 2011-01-19 彩虹集团公司 一种超低银含量的低温固化导电浆料及其制备方法
CN102176386A (zh) * 2011-01-12 2011-09-07 南开大学 染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法
CN102832392A (zh) * 2012-06-27 2012-12-19 长沙业翔能源科技有限公司 一种集流体覆碳铝箔及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101188257A (zh) * 2006-11-16 2008-05-28 中国科学院物理研究所 一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料及其制法
CN101950595A (zh) * 2010-09-27 2011-01-19 彩虹集团公司 一种超低银含量的低温固化导电浆料及其制备方法
CN102176386A (zh) * 2011-01-12 2011-09-07 南开大学 染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法
CN102832392A (zh) * 2012-06-27 2012-12-19 长沙业翔能源科技有限公司 一种集流体覆碳铝箔及其制备方法

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