CN103210458A - 改进的染料敏化太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种生产染料敏化太阳能电池(DSC)的方法，该染料敏化太阳能电池包括衬底，工作电极，提取光致电子的静合接点，电解质，和对电极，其中通过多孔导电粉末层，PCPL形成静合接点和/或对电极。通过下述步骤制备PCPL：a.粉末制备；b.粉末油墨制备；c.粉末油墨沉积；d.粉末层加热；e.粉末层压缩；和f.粉末层后处理。

Description

改进的染料敏化太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及在染料敏化太阳能电池(DSC)内实现多孔层和具有多孔导电电极层的DSC的制造方法。
背景技术
M
Figure BDA00003005498400011
等人开发的染料敏化太阳能电池(DSC’s)是由低成本材料制造的一类新型太阳能电池，且可通过常规的印刷技术制造，参见例如US5084365。
图1中示出了常规的夹层型DSC。DSC(1)具有在透明导电衬底(3)上沉积的数微米厚的多孔TiO2电极层(2)。TiO2电极包括通过在TiO2颗粒表面上吸收染料分子(典型地多吡啶钌络合物)染色的互连TiO2金属氧化物颗粒。透明导电衬底(3)通常是在玻璃衬底(5)上沉积的透明导电氧化物(TCO)(4)，例如掺杂氟的氧化锡(FTO)。同样还使用其他类型的TCO材料，例如氧化锡铟(ITO)，或掺杂铝的氧化锌，或掺杂锑的氧化锡。
TCO层(4)起到静合接点(back contact)的作用，它从TiO2电极(2)中提取光致电子。TiO2电极(2)与电解质(6)(典型地含有I-/I3 -离子对)和另一透明导电衬底，即对电极(7)接触。对电极中的TCO层(8)通常覆盖有薄的铂催化层。铂具有强烈的催化效果，从而有助于电子转移到电解质。
通过染料收获太阳光，从而产生光激发的电子，所述电子注入到TiO2颗粒的导带中，并进一步由导电衬底(8)收集。与此同时，氧化还原电解质内的I-离子还原经氧化的染料并将生成的电子受主物质(I3 -)传输到对电极上，在此I3 -物质被还原成I-。已经报道了11%的能量转化效率的记录，尽管良好品质的电池典型地提供5%-8%。
导电衬底的边缘通常没有沉积TiO2电极材料。在边缘处密封两个导电衬底，以保护DSC部件免受周围气氛影响，并防止电池内部的DSC组分蒸发或泄露。
由于透明导电氧化物(4,8)的低导电率，因此电池(1)必须以间隙分段或分条沉积。在间隙内沉积集流体以连接各段或各条，形成太阳能电池模块。各段越宽，则TCO层内的电子欧姆损失越大，这是TCO的导电率差导致的。
单个电池(1)并联或串联地电连接，以便分别提高DSC电流或DSC电压。可在电池外部，使用外周设备例如电缆或焊料进行电连接。或者，可在电池内部，通过以实现电池所需的串联或并联连接的方式分配DSC部件，进行电连接。
透明导电氧化物TCO的导电率低是一个问题，因为它限制了各段的宽度。另一问题是TCO基玻璃昂贵，且在DSC结构内使用两片TCO基玻璃甚至进一步增加成本。为了解决这些问题，尝试通过使用金属喷射技术，用在TiO2上的多孔导电金属层的真空沉积物交换静合接点中的TCO基玻璃。由于沉积的喷射多孔金属层导电，因此可用便宜得多的较少-TCO的玻璃交换TCO基玻璃。
在Yohei Kashiwa,Yorikazu Yoshida，和Shuzi Hayase,PHYSICSLETTERS92,033308(2008))中，描述了在TiO2层上电喷射(electro-spraying)四脚体形状(tetrapod-shaped)的ZnO，接着在ZnO覆盖的TiO2层顶上喷射钛金属。然后通过随后ZnO溶解在HCL内，洗涤掉包埋在钛层内的四脚体形状的ZnO，以便形成足够多孔的钛层。钛层的孔隙率必须足够，以便不产生电解质离子扩散限制及由此导致的电阻损失。此外，由于通过钛层扩散的问题导致可减慢染料敏化工艺。因此，需要在喷射的钛层内引入孔。所得的整体光电能量转化效率为7.43%。
Yohei Kashiwa,Yorikazu Yoshida，和Shuzi Hayase,PHYSICSLETTERS92,033308(2008))和US2009314339描述了增加真空沉积的金属层孔隙率的方法。在US2009314339中，在多孔TiO2层表面上形成微粒层，随后在微粒层的表面上形成导电金属膜；之后通过加热或溶剂清洁，除去微粒层。在J.M.Kroon1,N.J.Bakker,H.J.P.Smit,P.Liska,K.R.Thampi,P.Wang,S.M.Zakeeruddin,M.Graetzel,A.Hinsch,S.Hore,U.Wu rfel,R.Sastrawan,J.R.Durrant,E.Palomares,H.Pettersson,T.Gruszecki,J.Walter,K.Skupien and G.E.Tull,Prog.Photovolt:Res.Appl.2007;15:1–18(ENK6-CT2001-00575NANOMAX)中还公开了在TiO2层顶上沉积的喷射多孔钛层。
所得整体光电能量转化效率为3.6%。这些科学家得出结论，为了改进效率，需要进一步的研究。
已使用真空基电子束气相沉积，在TiO2层顶上沉积多孔钛层，Nobuhiro FUKE Japanese Journal of Applied Physics Vol.46,No.18,2007,pp.L420–L422,Back Contact Dye-Sensitized Solar cells vacuumprocess；Nobuhiro Fuke,Atsushi Fukui,Ryohichi Komiya,AshrafulIslam,Yasuo Chiba,Masatoshi Yanagida,Ryohsuke Yamanaka，和Liyuan Han,Chem.Mater.2008,20,4974–4979。在这些研究中的整体光电能量转化效率为7.1-8.4%。
真空沉积金属层具有数个缺点：
-与其他技术例如印刷技术相比，真空沉积慢。
-真空沉积所使用的设备相对昂贵。
-真空设备要求在真空条件下不释放出气体的衬底。
-真空沉积的多孔金属层对DSC电解质内的离子具有低的渗透率。
-真空沉积的多孔金属层对染料敏化分子具有低的渗透率，从而导致较长的染料敏化时间。
-真空技术要求掩模，以便在DSC内在恰当的位置处沉积金属颗粒。
-由于在沉积腔室内，沉积的材料在衬底表面上非选择性地铺涂，因此，在沉积过程中，沉积的金属材料被浪费。
-真空沉积所使用的金属靶昂贵。
采用真空法的优点是，可形成兼有良好机械稳定性和良好导电率的多孔金属膜。可能的情况是，该优点部分是由于在无氧气氛内真空允许沉积纯金属颗粒导致的。在沉积过程中不存在氧使得可形成良好的金属颗粒与颗粒的接触。由于具有高纯度且在表面上基本上不含金属氧化物的金属颗粒导致实现颗粒与颗粒的接触。
在喷射过程中，用高能金属颗粒轰击衬底。大的物理接触面积提高颗粒和衬底之间的结合能，而金属颗粒与颗粒之间接触的结合能导致金属颗粒与衬底的强烈机械粘合以及强烈的机械颗粒与颗粒粘合。
发明概述
本发明的目的是提供具有增加的电流处理能力的染料敏化的太阳能电池，DSC。
本发明的另一目的是提供不含有或者含有较少TCO的DSC。
本发明进一步的目的是提供用于制造具有多孔导电粉末层PCPL的DSC的成本有效的方法。
通过含多孔导电粉末层(PCPL)的DSC，本发明的目的得到满足，所述多孔导电粉末层提高了DSC的电流处理能力。通过在衬底上沉积导电粉末(CPL)例如金属粉末形成PCPL。对多孔金属粉末层施加机械压力，以便形成机械稳定层并增加该层的导电率。随后，可对PCPL进行加热，进一步提高机械稳定性和导电率。
当沉积时，金属粉末可以是金属的化合物形式。之后处理该化合物，经历反应，以便形成金属。该处理可以是热处理。
导电粉末可由钛和/或钛合金和/或钛氢化物组成。若使用钛氢化物，则引入将氢化物转化成金属的步骤。
导电粉末也可以是金属的粉末，例如镍、钼、钨、钴、铌、锆及其合金。
可使用金属粉末或金属合金粉末或金属化合物的混合物。
可使用本领域已知的各种技术，例如缝模涂布、照相凹版印刷、喷涂、丝网印刷、刮刀涂布(knife coating)、刮板涂布、刮涂(doctorblading)、柔版（flexo）印刷、和浸涂、通过印刷进行导电粉末的沉积。也可使用干粉沉积。
可在各种衬底或DSC部件，例如塑料、PET,PEN,TCO-较少的玻璃、TCO-覆盖的玻璃、玻璃、金属或多孔衬底、例如玻璃微纤维基衬底、陶瓷微纤维基-衬底、纤维素基衬底、纺织品、陶瓷纸(ceramicpaper)上或者在DSC的TiO2层或分隔层上沉积导电粉末。
对于多孔衬底来说，可在衬底的一侧上形成PCPL，和在衬底的另一侧上形成PCPL或其他DSC部件。
在DSC中，PCPL可具有下述不同的功能：
-静合接点功能。静合接点从工作电极中提取电子。
-对电极功能。对电极将电子转移到电解质中。
-静合接点和对电极。
DSC也可以是具有相反方向电流的空穴导体。
当PCPL用作静合接点时，PCPL与工作电极电接触。
当PCPL用作对电极时，PCPL是与工作电极相对的对电极的一部分。
在DCS内PCPL的优点：
-就所产生的沉积面积和单位面积单位时间内所产生的沉积量来说，印刷比真空沉积技术，例如喷射沉积或电子束蒸发沉积快速得多。
-可选择性进行印刷，因此不需要昂贵的掩蔽(masking)，这是因为可将各层印刷成图案。
-与真空沉积相比，印刷导致较少的材料浪费。
-可在多种衬底上进行印刷。
-与真空沉积设备相比，印刷设备比较便宜。
-可形成高度多孔的PCPL膜，从而允许快速的电解质离子传输和快速的染料敏化。
-可在没有电解质离子传输或染料敏化问题的情况下，形成较厚的膜。
-可形成高度导电的多孔PCPL膜，从而允许印刷较宽的太阳能电池区段(segments)。
也可使用印刷技术形成集流体。集流体从静合接点和/或对电极中收集电子。集流体中的导电粉末层不应当是多孔的。
发明详述
通过参考下述例举实施方案和附图的说明，进一步解释本发明。
提到染色的TiO2作为工作电极不限于TiO2，而可以是在DSC内的任何其他材料或适合于作为染色工作电极的材料，例如ZnO。同样，电解质可由任何适用于DSC的电解质或者固态空穴导体组成。
多孔导电粉末可以是金属，例如钛或钼、钨、钴或镍、铌、锆和它们的合金的粉末。可使用这些金属粉末或金属合金粉末的混合物。
可在导电金属氧化物的颗粒中混合金属颗粒。也可在其内混合由金属的碳化物和氮化物组成的颗粒。也可在陶瓷粘结剂，例如氧化硅纳米颗粒内混合无机前体，例如钛螯合剂、钛酸盐。同样可使用乙酰丙酮化钛。也可使用硅烷。
钛及其合金具有高的耐腐蚀性，能耐受电解质的腐蚀性侵蚀。STM(等级1-38)确定了可使用的钛的标准值。ASTM等级(1-4)，即商业纯(CP)的钛例如可用于其中要求极高耐腐蚀性的应用中。
导电颗粒的尺寸或直径可以是约0.1μm到最多15μm，或最多10μm。PCPL的厚度可以是0.3-100微米。
图1示出了夹层型DSC的截面。染色的TiO2工作电极层1位于衬底2顶上。PCPL3位于染色的TiO2工作电极层1顶上。具有镀铂的TCO层5和玻璃或塑料衬底6的对电极4与工作电极1相对地布置。电解质7与对电极和工作电极接触。电解质与PCPL和染色的TiO2层物理接触，且它渗透PCPL和染色的TiO2层二者。
在图1中，PCPL3以染色的TiO2工作电极层1的静合接点形式工作。这意味着可省去常规DSC中所使用的TCO静合接点层并由PCPL替换。PCPL3的孔隙率允许电解质7渗透并穿过PCPL。可通过PCPL提取在染色的TiO2内产生的光致的电荷。
另一变体是省去对电极4中的TCO层5且被PCPL替换。这一PCPL可含有铂，以实现催化效果。因此，就导电率和催化效果二者来说，具有镀铂PCPL的对电极4可替换在玻璃或塑料上的镀铂TCO层。
在DSC内的PCPL可发挥对电极内的电子导体和/或对电极内的电子导体和催化层的功能。这还意味着在对电极上的TCO层可被PCPL替换。
在染色的TiO2工作电极层1上的衬底2可以是玻璃。重要的是，对于图1中的染色的TiO2工作电极层1来说，衬底2是透明的，以便允许入射光被染色的TiO2吸收。衬底2应当具有良好的耐温性，以便耐受在高温下的加工。
图2示出了夹层型的DSC的截面。在衬底2顶上沉积PCPL3；在PCPL3顶上沉积工作电极层1。具有镀铂TCO层5和玻璃或塑料衬底6的对电极4与工作电极层1相对地布置。电解质7与对电极4和工作电极1二者接触。电解质7还与PCPL3和染色的TiO2工作电极层1物理接触，而电解质7渗透PCPL3与染色的TiO2工作电极层1二者。
在图2中，PCPL3以工作电极1的静合接点形式工作。这意味着可省去在常规DSC中所使用的TCO静合接点层并被PCPL替代。
图3示出了单片型DSC的截面。在衬底2顶上布置染色的TiO2工作电极层1。在工作电极层1顶上布置PCPL3。在PCPL3顶上沉积多孔分隔体8。在分隔体8顶上沉积多孔对电极9。电解质(在图3中未示出)与对电极9和分隔体8和PCPL3和染色的TiO2工作电极层1接触。电解质渗透多孔对电极9和分隔体8和PCPL3和染色的TiO2工作电极层1。
在图3中，PCPL3以工作电极1的静合接点形式工作。这意味着可省去在常规DSC中所使用的TCO静合接点层并被PCPL替代。PCPL的孔隙率允许电解质渗透PCPL并穿过PCPL。可通过PCPL提取在染色的TiO2内产生的光致电荷。由于PCPL导电，因此减少了用于电荷提取的TCO层的需要。
图3的变体可以是以PCPL形式制造的多孔对电极。这一PCPL可包括铂，以增强催化效果。
在染色的TiO2工作电极层1上的衬底2可以是玻璃。重要的是，对于图1中的染色的TiO2工作电极层1来说，衬底2是透明的，以便允许入射光被染色的TiO2吸收。衬底2应当具有良好的耐温性，以便耐受在高温下的加工。
分隔体8是多孔、化学惰性且导电性差的氧化物，例如氧化铝，硅铝酸盐，氧化镁，氧化硅和氧化锆。分隔体材料还应当基本上对电解质和染料敏化工艺惰性。分隔层8应当与PCPL3粘结良好，并提供充足的电绝缘性以及在电解质中在最小欧姆下降下良好的孔隙率和电解质渗透。可通过多次沉积化学惰性和导电性差的相同或不同的材料形成分隔层。也可通过沉积化学惰性和导电性差的层的交替层，来形成分隔层。
多孔对电极9包括常规的碳基材料，例如石墨，炭黑和铂颗粒。也可在这些混合物中使用碳纳米-管或-锥(-cones)。
多孔对电极9通常包括催化层和导电层。催化层适合于在电池内容纳碘的氧化还原反应。与催化碳层直接接触的是导电碳层。
图4示出了单片型DSC的截面。在衬底2顶上沉积多孔对电极9，在多孔对电极9顶上沉积分隔体8，在分隔体8顶上形成PCPL3，和在PCPL3顶上沉积经染色的TiO2工作电极层1。电解质(在图4中未示出)与对电极9、分隔体8、PCPL3和工作电极1接触。
在图4中，PCPL3以工作电极1的静合接点形式工作。这意味着可省去在常规DSC中所使用的TCO静合接点层并被PCPL替代。
图4的变体可以是用PCPL替代的多孔对电极。这一PCPL可含有铂颗粒，以增强其催化效果。
在多孔对电极9上的衬底2可以是玻璃衬底或金属箔衬底。
为了生产图1-4中所示的DCS，密封该电池，和另外进行电连接，以便可在外部电路中使用光致电流。
导电粉末层CPL可用作集流体。可在没不使用掩模的情况下，选择性印刷由CPL组成的并联和/或串联的电池互连体。
图5示出了基于图1所示的电池的太阳能电池器件。
图5示出了在太阳能电池器件中如何实施图3中的电池几何形状。在电池的所有边缘周围沉积密封化合物10a,b以包封DSC部件，以便防止电池和周围环境之间的物质传递。可看出，在工作电极1顶上和在与工作电极1的一侧相邻的衬底2上形成PCPL3，其方式使得来自染色的TiO2的光电流被传导并远离染色的TiO2到达CPL11。在PCPL3的外端顶上形成CPL11。在CPL顶上沉积导电银或能传输电流的其他导电材料的层12a。还在对电极上的TCO层顶上沉积导电银12b。
第二CPL在导电银和PCPL之间形成电连接。为了实现跨这一结点尽可能安全的密封，和最小化DSC部件和围绕电池的环境的污染，CPL应当具有充足的厚度和非常低的孔隙率。
可借助导电银12a,b在外电路(在该附图中未示出)中收集电流。
图6示出了基于图2的太阳能电池。
图6示出了可如何在器件中实现图2中的电池几何形状。在电池的所有边缘周围沉积密封化合物10a,b以包封DSC部件。可看出，在工作电极1下方和在与工作电极1的一侧相邻形成PCPL3，其方式使得来自染色的TiO2的光电流被传导远离染色的TiO2到达CPL11。在PCPL3的外端顶上沉积较厚的CPL11。在CPL11顶上沉积导电银层12a。也可在对电极4的TCO层5顶上沉积导电银12b。
CPL11在导电银12a和PCPL之间形成电学接头。
CPL11优选具有尽可能低的孔隙率。
可借助导电银层，在外电路(该附图中没有示出)中收集生成的电流。
图7示出了可如何在器件中实施图3的电池几何形状。在电池的所有边缘周围沉积密封化合物10a,b,c以包封DSC部件。可看出，在工作电极1顶上和在工作电极1的一侧相邻的衬底2上形成PCPL3，其方式使得来自染色的TiO2工作电极的光电流被传导出并远离染色的TiO2到达CPL11a。在PCPL3的外端顶上沉积CPL11a。在CPL11顶上沉积导电银层11a。在PCPL3顶上并与之相邻沉积分隔体8。在分隔体8顶上并与之相邻沉积多孔对电极9。沉积第二CPL11b，连接多孔对电极9与导电银12b。
CPL11a,b在导电银和PCPL之间形成电学接头。
可借助导电银，在外电路(该附图中没有示出)中收集产生的电流。
图8示出了可如何在器件中实施图4的电池几何形状。在电池的所有边缘周围沉积密封化合物10a,b,c以包封DSC部件。可看出，在工作电极1顶上和在工作电极1的一侧相邻的衬底2上形成PCPL，其方式使得来自染色的TiO2的光电流被传导出并远离染色的TiO2到达CPL11a。在PCPL3的外端顶上沉积CPL11a。在CPL11a顶上沉积导电银层12a。在衬底2上，在多孔对电极9顶上并与它的一侧相邻沉积分隔体8。在多孔对电极9顶上沉积CPL12b。
CPL11a在导电银12a和PCPL3之间形成电学接头。CPL11b在导电银12b和多孔对电极9之间形成电学接头。
可借助导电银，在外电路(该图8中没有示出)中收集产生的电流。
对于多孔衬底来说，可在衬底的两侧上沉积DSC部件。例如，可在多孔玻璃微纤维基衬底的一侧上形成PCPL和在玻璃微纤维基衬底的另一侧上形成TiO2工作电极。玻璃微纤维基衬底的孔隙率允许于PCPL和染色的TiO2工作电极层之间的机械接触和电子接触。因此，PCPL起到染色的TiO2层的静合接点的作用。因此，玻璃微纤维基衬底充当形成PCPL和TiO2工作电极的多孔衬底的基体，且它还起到增强PCPL和TiO2工作电极层的机械稳定性的目的。通过在PCPL顶上沉积分隔层，和通过在分隔层顶上沉积多孔对电极，和通过用电解质填充多孔结构，形成基本DSC器件。
或者，可在多孔玻璃微纤维基衬底的一侧上形成PCPL，并在多孔玻璃微纤维基衬底的另一侧上形成分隔层。然后可在分隔层顶上沉积多孔对电极层。因此，这一几何形状可用作静合接点和对电极。通过在PCPL顶上沉积TiO2层，并通过用电解质填充多孔结构，形成基本DSC。多孔对电极可由常规碳基材料或具有充足催化性能的PCPL组成。
或者，可在多孔玻璃微纤维基衬底的一侧上形成PCPL，并在另一侧上沉积TiO2。
上述实例绝非穷举。
必须密封在多孔衬底上制造的DSC电池，以确保DSC部件的完整性。可通过例如将含所有沉积的DSC部件的多孔衬底置于两片玻璃片之间并通过密封两片玻璃片的边，进行密封。另外，必须进行电连接，使得生成的电流可在外电路中使用。
PCPL层的制造包括6步：
-粉末制备
-粉末油墨制备
-粉末油墨沉积
-粉末层加热
-粉末层压缩
-粉末层的后处理
粉末制备
合适组合物的起始粉末的粒度范围可以是0.1-10微米。优选最大粒度保持低于10μm或低于1μm。低于50重量%的全部颗粒的用量可以是直径低于0.1μm的颗粒。可使用不同粒度的颗粒混合物。
颗粒可以是球形和/或不规则形状。
在金属颗粒表面上的金属氧化物防止良好的金属颗粒间接触。可通过在惰性气氛，真空或还原气氛内加热，预处理金属颗粒，进行金属颗粒上的氧化物层的除去。若使用钛和钛氢化物的混合物，则钛氢化物可在加热程序期间充当氢源。也可通过化学方法，例如化学研磨和使用标准化学试剂的酸洗，除去在钛颗粒上的氧化物层。同样可使用在标准焊接实践中所使用的清洁化学品。
可混合催化量的铂与钛粉以供形成DSC内的对电极。也可独立地用铂盐处理金属粉末，以实现在金属颗粒表面上沉积铂。
可在导电金属氧化物颗粒中混合金属颗粒，例如，ITO,ATO,PTO,FTO。由导电金属碳化物和金属氮化物组成的颗粒也可与金属粉末混合。
粉末油墨制备
水可用作油墨的溶剂。也可使用有机溶剂，例如萜、醇、二元醇醚、二醇醚乙酸酯、酮、烃、和芳烃溶剂。然而，应当避免氯化溶剂。
可在加热该层之前使用粘结剂或其他这种物质以提高沉积的导电粉末层的机械强度。
油墨沉积
可通过常规的印刷技术沉积导电粉末油墨。印刷技术的实例是缝模涂布、照相凹版印刷、喷涂、丝网印刷、刮刀涂布、刮板涂布、刮涂、或浸涂。
对于用于制造DSC的粉末沉积来说，优选丝网印刷，这是因为可选择性进行沉积，并可在许多种类的衬底，例如刚性，柔性或多孔衬底上容易地沉积数微米到数十微米厚的层。当要在衬底的两侧同时进行覆盖的情况下，浸涂是有利的，从而减少工艺步骤的数量。缝模涂布可用于卷到卷地（roll-to-roll）生产柔性衬底。
可在各种衬底，例如塑料、PET,PEN,TCO-较少的玻璃、TCO-覆盖的玻璃、玻璃、金属或多孔衬底、例如玻璃微纤维基衬底、陶瓷微纤维基衬底、金属网、多孔金属、纤维素基衬底、纺织品上或者在DSC的TiO2层或分隔层上，沉积导电粉末油墨。
导电粉末层加热
在沉积导电粉末油墨之后，通过在空气或惰性气氛中加热，除去溶剂，以产生干燥粉末层。
可通过分别在氧化或还原气氛内加热，通过氧化或还原除去非挥发性的有机物质。
可除去在干燥的导电粉末层内的非挥发性的无机物质，例如无机成孔剂，例如碳酸铵。可在空气，氮气或真空中，通过在升高的温度下分解，除去非挥发性无机物质，例如碳酸铵。
导电粉末层的压缩
期望压缩干燥的导电粉末层，以便形成PCPL。PCPL应当具有足够的机械强度，以耐受DSC的处理。为了得到导电率，同时维持足够的孔隙率以允许电解质进行循环，应当实现粉末颗粒之间的接触。压缩的PCPL的强度取决于因塑料变形促进的粉末颗粒的不规则性的机械互穿。在PCPL内使用仅仅球形金属颗粒导致相邻颗粒较少的互穿和较低的机械强度。在PCPL内使用不规则形状的金属颗粒导致相邻颗粒较多的互穿和较高的机械强度。高压缩力导致较低的PCPL孔隙率和较低的PCPL渗透率。压缩压力越大，则PCPL变得更致密和更加机械稳定。通常要求范围为10–2000kg/cm2或范围为10-200kg/cm2的压力，以便实现约40%-70%的致密度。
可获得数种压缩方法，其中包括等静压成型，模压和辊压。例如辊压是经济的且导致均匀的PCPL密度和紧密的尺寸公差。在压缩过程中，可对压缩工具施加热量。此外，在压缩过程中，可对压缩工具施加超声振动。
对于脆性衬底来说，使用压板形成PCPL可以是有利的。
可使用具有微结构化的表面的压缩工具，以便在压缩过程中，将表面微结构表面转移到粉末层上。压缩工具的表面微结构可具有例如金字塔形状，正弦曲线形状或锯齿形状。为了得到光学效果，例如在DSC内增强的光吸收，赋予PCPL层表面微结构可以是有用的。或者，可在处理之后，在PCPL内进行这类处理，参见下面。
为了避免PCPL层粘附于冲压工具，可使用剥离材料。
若在平坦的非粘性衬底例如钼或钇的氧化物上沉积PCPL层，则可从衬底上取下PCPL，产生自立式（free standing）PCPL。
PCPL后处理
可通过加热，除去在压缩的PCPL内保留的任何有机物质。
可通过在空气，氮气或真空下，在升高的温度下分解，除去在干燥PCPL内残留的非挥发性无机物质，例如无机成孔剂，例如碳酸铵。
在使用钛氢化物的情况下，它可充当氢源。
为了改进金属颗粒与颗粒之间的接触，可通过施加热对压缩的PCPL进行烧结。烧结引起越过金属颗粒晶界的扩散，得到较高的机械强度；具体地，机械强度和耐腐蚀性的性能取决于与烧结气氛的相互作用。常常在惰性气氛，例如氩或真空中烧结多孔材料，或者可在还原气氛，例如氢-氩混合物，氮-氢混合物，或氢和离解(dissociated)氨中烧结它们。在使用钛氢化物的情况下，它充当氢源。钛是高度反应性的且要求良好的真空烧结，或者在具有高纯度惰性回填气体的干燥氩内烧结。
也可采用后-蚀刻，以便增加PCPL层的孔隙率。
可进行数个不同的连续后处理步骤：例如，首先通过在氧化气氛，例如空气内加热PCPL，除去PCPL内的任何保留的非挥发性有机物质；然后施加热量以烧结PCPL。
可采用进一步的压缩以减少厚度的变化，以便得到PCPL的更加明确的厚度。
可使用微结构工具，采用压缩以得到PCPL上微结构化的表面。
PCPL的孔隙率可以在15%-85%之间变化。优选孔隙率为40%-70%，或50%-60%。
PCPL的厚度范围可以是1-100微米。
实施例1
通过在多孔玻璃纤维衬底上丝网印刷含松油醇和钛金属粉末的导电粉末油墨，形成在DSC内的PCPL。在空气中，在120℃下干燥沉积的导电粉末层3分钟。然后压缩沉积层，得到55%的孔隙率。辊压的PCPL的厚度为32μm。随后，通过在惰性气氛(氩)内急骤加热，对PCPL进行烧结。PCPL的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
实施例2
通过在多孔陶瓷Al2O3纤维衬底上沉积含水和钛金属粉末的导电粉末油墨，形成在DSC内的PCPL。在空气中，在120℃下干燥沉积的导电粉末层10分钟。之后压缩沉积的导电粉末层，得到46%的孔隙率。辊压的PCPL的厚度为24μm。随后，在惰性气氛(氩)内，对PCPL进行急骤加热。PCPL的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
实施例3
通过在多孔玻璃纤维衬底上沉积含烃溶剂和钛金属粉末的导电粉末油墨，形成在DSC内的PCPL。在空气中，在120℃下干燥沉积的导电粉末层3分钟。然后压缩沉积的层，得到51%的孔隙率。随后，使用Sinteron2000，通过在惰性气氛(氩)内急骤加热，对PCPL进行烧结。该膜的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
接下来，在玻璃纤维衬底的相对侧上沉积导电粉末。使用含烃溶剂和钛金属粉末的导电粉末油墨，进行第二次沉积。钛金属粉末含有在钛金属颗粒表面上沉积的小的铂金属颗粒。在空气中，在120℃下干燥第二导电粉末层3分钟。然后压缩该层，得到49%的孔隙率。随后，使用Sinteron2000，在惰性气氛(氩)内对第二压缩的PCPL进行急骤加热。该膜的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
实施例4
通过在多孔玻璃纤维衬底上沉积含松油醇和钛金属粉末的导电粉末油墨，形成在DSC内的PCPL。在空气中，在120℃下干燥沉积的导电粉末层3分钟。然后压缩沉积的层薄膜，得到62%的孔隙率。PCPL的厚度为21μm。随后，在惰性气氛(氩)内，对PCPL进行急骤加热。该膜的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
接下来，在第一PCPL顶上沉积第二导电粉末。使用含异丙醇和钛金属粉末的油墨，进行第二次沉积。在空气中，在120℃下干燥导电粉末层3分钟。然后压缩该层。随后，使用Sinteron2000，在惰性气氛(氩)内对第二PCPL进行急骤加热。双层PCPL的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
实施例5
通过在多孔玻璃纤维衬底上丝网印刷含松油醇和钛氢化物粉末的导电粉末油墨，形成在DSC内的PCPL。在空气中，在120℃下干燥沉积的导电粉末层3分钟。然后压缩沉积的层，得到57%的孔隙率。压缩的PCPL的厚度为20μm。随后，在惰性气氛(氩)内，对PCPL进行急骤加热。PCPL的薄层电阻小于1欧姆/sq.。
实施例6
通过在钼片上丝网印刷含松油醇和钛氢化物粉末的导电粉末油墨，形成在DSC内的PCPL。在空气中，在120℃下干燥沉积的导电粉末层3分钟。然后压缩沉积的层，得到50%的孔隙率。压缩的PCPL的厚度为20μm。随后，通过真空急骤加热，对PCPL进行烧结。可从钼片中以自立式膜形式取下PCPL层。PCPL的薄层电阻小于1欧姆/sq.。

Claims (14)

1.一种生产染料敏化太阳能电池(DSC)的方法，该染料敏化太阳能电池包括衬底2，工作电极1，提取光致电子的静合接点，电解质7，和对电极4,5，其特征在于，通过多孔导电粉末层PCPL形成静合接点3和/或对电极5。
2.权利要求1的方法，其特征在于PCPL的制备包括下述步骤：
a.粉末制备；
b.粉末油墨制备；
c.粉末油墨沉积；
d.粉末层加热；
e.粉末层压缩；和
f.粉末层后处理。
3.权利要求2的方法，其特征在于通过印刷进行步骤c。
4.权利要求3的方法，其特征在于通过丝网印刷进行步骤c。
5.权利要求2,3或4的方法，其特征在于通过压缩粉末层到5%-85%，或40%-70%，或50%-60%的孔隙率，进行步骤e。
6.权利要求5的方法，其特征在于步骤c包括通过具有微结构化表面的压缩工具压缩粉末以便在压缩过程中将表面微结构表面转移到粉末层上。
7.权利要求2,3,4或5的方法，其特征在于步骤f包括热处理。
8.权利要求7的方法，其特征在于热处理是其中在粉末颗粒之间发生烧结效应的情形。
9.权利要求7的方法，其特征在于热处理是快速退火处理，例如急骤加热。
10.权利要求1-7任何一项的方法，其特征在于导电粉末是金属，例如钛、镍、钼、钨、钴、铌、锆及其合金的粉末。
11.一种染料敏化太阳能电池(DSC)，它包括衬底2，工作电极1，电解质7，提取光致电子的静合接点，和将电子转移到电解质中的对电极4，其特征在于静合接点和/或对电极包括根据权利要求1-10任何一项制备的多孔导电粉末层(PCPL)。
12.权利要求11的DSC，其特征在于对电极中的PCPL包括催化量的铂。
13.权利要求11或12的DSC，其特征在于衬底包括TCO-较少的玻璃或TCO-覆盖的玻璃、塑料、例如PET,PEN或多孔衬底、例如纤维素基衬底、玻璃微纤维基衬底、或陶瓷微纤维基衬底。
14.权利要求13的DSC，其特征在于多孔衬底与PCPL在一侧上接触，和在另一侧上与PCPL、工作电极或分隔体接触。
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