CN103400698A - 粉体制浆的方法、染料敏化电池光阳极、染料敏化电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种粉体制浆的方法、染料敏化电池光阳极、包括该染料敏化电池光阳极的染料敏化电池，属于太阳能电池技术领域，其可解决现有的粉体制浆的方法中浆料分散不均匀的问题。本发明的粉体制浆的方法，包括：将粉体浆进行离心处理的步骤。本发明是在浆料的制备过程中增加了一步离心处理的过程，就能去除未分散好的大颗粒，获得分散更加的均匀的浆料，有利于形成光滑平整的光阳极膜层，使光阳极膜层中的电子传输顺畅，提高了染料敏化太阳能电池的效率。本发明的光阳极是由上述方法制备的。本发明的染料敏化电池包括上述的光阳极。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种粉体制浆的方法、染料敏化电池光阳极、包括该染料敏化电池光阳极的染料敏化电池。
背景技术
染料敏化太阳能电池主要包括光阳极、光阴极、染料及电解质四个部分，目前，光阴极、染料及电解质的制备方法相比来说都已经比较成熟，染料敏化电池转化效率的高低在很大程度上取决于光阳极浆料的制备。在制备光阳极浆料的过程中，传统技术一般考虑使光阳极浆料尽量分散获得分散均匀的混合物，一般采用机械分散方式进行处理，但很难保证所有粉体都分散均匀，总会残留少量大颗粒；
而且光阳极浆料的原料粉体（例如，纳米级的二氧化钛粉体）团聚成大颗粒，即使进行了分散处理，也无法获得分散均匀浆料；当采用这种浆料刮涂成光阳极膜时，大颗粒所在之处即为应力集中之处，膜层烧结时容易以大颗粒为中心形成裂纹，导致膜层中电子传输不顺畅，极大地降低了染料敏化太阳能电池的效率，因此，改善工艺以减少粉体的团聚是浆料制备过程中的关键步骤。
发明内容
本发明的目的是解决现有浆料分散不均匀（易团聚）的问题，提供一种能使浆料分散均匀的粉体制浆的方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种粉体制浆的方法，包括：将粉体浆进行离心处理的步骤。
本发明通过对分散处理后的浆料进行离心处理，由于小颗粒难以沉降而大颗粒容易沉降，以一定速度离心后，未分散好的大颗粒（包括团聚的大颗粒）沉降到离心管底部，离心管的上层浆液中留下的皆是分散好的小颗粒粉体，提高了浆料的分散的均匀性。
优选的是，所述的离心处理的转速为3000r/min-6000r/min。
优选的是，所述的粉体为纳米二氧化钛粉体。
优选的是，所述的纳米二氧化钛粉体为P25。
优选的是，将粉体浆进行离心处理之前还包括将粉体浆分散的步骤。
进一步优选的是，所述的粉体浆分散的步骤包括将粉体研磨、然后将粉体浆交替进行搅拌和超声处理。
本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的染料敏化电池光阳极因其制备过程中光阳极浆料分散不均匀（易团聚）而产生电池效率低下的问题，提供一种电池效率高的染料敏化电池光阳极。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种染料敏化电池光阳极，该染料敏化电池光阳极是通过上述方法制备的。
由于本发明的是以经过离心处理的上层浆液为原料制备光阳极膜层，有利于形成光滑平整的光阳极膜层，使光阳极膜层中的电子传输顺畅，极大地提高了染料敏化太阳能电池的效率。
本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的由染料敏化电池光阳极制备的染料敏化电池的电池效率低下的问题，提供一种电池效率高的染料敏化电池。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种染料敏化电池，该染料敏化电池的光阳极为上述的染料敏化电池光阳极。
由于本发明的染料敏化电池的光阳极为上述的染料敏化电池光阳极，故其电池效率高。
本发明仅仅是在光阳极浆料的制备过程中增加了一步离心处理的过程，就能去除未分散好的大颗粒（包括团聚的大颗粒）发生团聚的颗粒，从而获得分散更加的均匀的浆料，制得了电池效率高染料敏化电池。
附图说明
图1为本发明对比例所制备的染料敏化电池光电性能测试图。
图2为本发明实施例1所制备的染料敏化电池光电性能测试图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
对比例
本对比例提供一种染料敏化电池光阳极浆液的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将6g市售的P25粉体加入无水乙醇分散剂研磨30min，研磨均匀得到第一分散液，其中P25粉体与无水乙醇的质量比为1︰3。
（2）将上述的第一分散液用磁力搅拌和超声交替进行分散得到第二分散液，其中，磁力搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min；超声分散时间30min；交替循环处理2次。
（4）按照2︰1︰7的比例将P25粉体、乙基纤维素、松油醇进行混合，然后，进行旋蒸得到质量分数为18%的光阳极浆料。
可选的，可继续用所制备的光阳极浆料制备光阳极。
（5）将上述的光阳极浆料刮涂，在450℃的条件下煅烧30min得到光阳极。
可选的，可继续用所制备的光阳极制备染料敏化电池。
具体过程为：
将市售的光阴极、电解质和染料，在0.4MPa，120℃的条件下封装得到染料敏化电池。染料敏化电池的封装工艺为现有技术范畴，在此不再一一赘述。
本对比例制备的染料敏化电池在AM1.5，100mW/cm2，25℃条件下进行I-V测试，测试数据见图1，染料敏化电池的转化效率为3.42%。
实施例1
本实施例提供一种染料敏化电池光阳极浆液的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将6g市售的P25粉体加入无水乙醇分散剂研磨30min-60min，研磨均匀得到第一分散液，其中P25粉体与无水乙醇的质量比为1︰3。
（2）将上述的第一分散液用磁力搅拌和超声交替进行分散得到第二分散液，其中，磁力搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min；超声分散时间30min；交替循环处理2次。
（3）将第二分散液，在3000r/min的条件下离心；
（4）取离心之后的上层浆液用于光阳极浆料的制备，将下层浆液烘干称量为2.2g，计算得到上层浆液分散好的P25粉体的质量为3.8g；
（5）按照分散好的P25粉体︰乙基纤维素：松油醇=2︰1︰7的比例将松油醇、乙基纤维素加入分散好的P25粉体进行混合，然后，进行旋蒸得到质量分数为18%的光阳极浆料。
可选的，可继续用所制备的光阳极浆料制备光阳极。
（6）将上述的光阳极浆料刮涂，在450℃的条件下煅烧30min得到光阳极。
可选的，可继续用所制备的光阳极制备染料敏化电池。
具体过程为：
将市售的光阴极、电解质和染料，在0.4MPa，120℃的条件下封装得到染料敏化电池。染料敏化电池的封装工艺为现有技术范畴，在此不再一一赘述。
本实施例制备的染料敏化电池在AM1.5，100mW/cm2，25℃，条件下进行I-V测试，测试数据见图2，染料敏化电池的转化效率为4.69%，与对比例相比本实施例制备的染料敏化电池的电池效率提升了约37%。
本发明通过对分散处理后的光阳极浆料进行离心处理，由于小颗粒难以沉降而大颗粒容易沉降，以一定速度离心后，未分散好的大颗粒（包括团聚的大颗粒）沉降到离心管底部，离心管的上层浆液中留下的皆是分散好的小颗粒粉体，提高了浆料的分散的均匀性。以上层浆液为原料制备光阳极膜层，有利于形成光滑平整的光阳极膜层，使光阳极膜层中的电子传输顺畅，极大地提高了染料敏化太阳能电池的效率。本发明仅仅是在光阳极浆料的制备过程中增加了一步离心处理的过程，就能去除未分散好的大颗粒（包括团聚的大颗粒）发生团聚的颗粒，从而获得分散更加的均匀的浆料。
实施例2
本实施例提供一种染料敏化电池光阳极浆液的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将8g市售的P25粉体加入无水乙醇分散剂研磨50min，研磨均匀得到第一分散液，其中P25粉体与无水乙醇的质量比为1︰10。
（2）将上述的第一分散液用磁力搅拌和超声交替进行分散得到第二分散液，其中，磁力搅拌转速为800r/min，搅拌时间为60min；超声分散时间60min；交替循环处理3次。
（3）将第二分散液，在6000r/min的条件下离心；
（4）取离心之后的上层浆液用于光阳极浆料的制备，将下层浆液烘干称量为2.9g，计算得到上层浆液分散好的P25粉体的质量为5.1g；
（5）按照分散好的P25粉体︰乙基纤维素：松油醇=2︰1︰7的比例将松油醇、乙基纤维素加入分散好的P25粉体进行混合，然后，进行旋蒸得到质量分数为18%的光阳极浆料。
可选的，可继续用所制备的光阳极浆料制备光阳极。
（6）将上述的光阳极浆料刮涂，在450℃的条件下煅烧30min得到光阳极。
可选的，可继续用所制备的光阳极制备染料敏化电池。
具体过程为：
将市售的光阴极、电解质和染料，在0.4MPa，120℃的条件下封装得到染料敏化电池。染料敏化电池的封装工艺为现有技术范畴，在此不再一一赘述。
本实施例制备的染料敏化电池在AM1.5，100mW/cm2，25℃，条件下进行I-V测试，测试数据见图2，染料敏化电池的转化效率为4.72%，与对比例相比本实施例制备的染料敏化电池的电池效率提升了约38%。
实施例3
本实施例提供一种染料敏化电池光阳极浆液的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将7g市售的P25粉体加入无水乙醇分散剂研磨40min，研磨均匀得到第一分散液，其中P25粉体与无水乙醇的质量比为1︰6。
（2）将上述的第一分散液用磁力搅拌和超声交替进行分散得到第二分散液，其中，磁力搅拌转速为600r/min，搅拌时间为50min；超声分散时间40min；交替循环处理3次。
（3）将第二分散液，在4000r/min的条件下离心；
（4）取离心之后的上层浆液用于光阳极浆料的制备，将下层浆液烘干称量为2.5g，计算得到上层浆液分散好的P25粉体的质量为4.5g；
（5）按照分散好的P25粉体︰乙基纤维素：松油醇=2︰1︰7的比例将松油醇、乙基纤维素加入分散好的P25粉体进行混合，然后，进行旋蒸得到质量分数为18%的光阳极浆料。
可选的，可继续用所制备的光阳极浆料制备光阳极。
（6）将上述的光阳极浆料刮涂，在450℃的条件下煅烧30min得到光阳极。
可选的，可继续用所制备的光阳极制备染料敏化电池。
具体过程为：
将市售的光阴极、电解质和染料，在0.4MPa，120℃的条件下封装得到染料敏化电池。染料敏化电池的封装工艺为现有技术范畴，在此不再一一赘述。
本实施例制备的染料敏化电池在AM1.5，100mW/cm2，25℃，条件下进行I-V测试，测试数据见图2，染料敏化电池的转化效率为4.76%，与对比例相比本实施例制备的染料敏化电池的电池效率提升了约39%。
实施例4
本实施例提供一种染料敏化电池光阳极浆液的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将7g市售的P25粉体加入无水乙醇分散剂研磨40min，研磨均匀得到第一分散液，其中P25粉体与无水乙醇的质量比为1︰6。
（2）将上述的第一分散液用磁力搅拌和超声交替进行分散得到第二分散液，其中，磁力搅拌转速为600r/min，搅拌时间为50min；超声分散时间40min；交替循环处理3次。
（3）将第二分散液，在5000r/min的条件下离心；
（4）取离心之后的上层浆液用于光阳极浆料的制备，将下层浆液烘干称量为2.6g，计算得到上层浆液分散好的P25粉体的质量为4.4g；
（5）按照分散好的P25粉体︰乙基纤维素：松油醇=2︰1︰7的比例将松油醇、乙基纤维素加入分散好的P25粉体进行混合，然后，进行旋蒸得到质量分数为18%的光阳极浆料。
可选的，可继续用所制备的光阳极浆料制备光阳极。
（6）将上述的光阳极浆料刮涂，在450℃的条件下煅烧30min得到光阳极。
可选的，可继续用所制备的光阳极制备染料敏化电池。
具体过程为：
将市售的光阴极、电解质和染料，在0.4MPa，120℃的条件下封装得到染料敏化电池。染料敏化电池的封装工艺为现有技术范畴，在此不再一一赘述。
本实施例制备的染料敏化电池在AM1.5，100mW/cm2，25℃，条件下进行I-V测试，测试数据见图2，染料敏化电池的转化效率为4.80%，与对比例相比本实施例制备的染料敏化电池的电池效率提升了约40%。
实施例5
本实施例提供一种由上述方法制备的染料敏化电池光阳极。
实施例6
本实施例提供一种含有上述光阳极的染料敏化电池，当然该锂离子电池还包括其它必要的组件，例如，负极、染料、电解液和外壳等，这里不再赘述。
可以理解的是，本发明提供了一种通用的增强粉体分散性的处理方法，该方法适用范围广，只要通过离心处理增强粉体分散性即属于本发明的保护范围。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种粉体制浆的方法，其特征在于，包括：将粉体浆进行离心处理的步骤。
2.如权利要求1所述的粉体制浆的方法，其特征在于，所述的离心处理的转速为3000r/min-6000r/min。
3.如权利要求1所述的粉体制浆的方法，其特征在于，所述的粉体为纳米二氧化钛粉体。
4.如权利要求3所述的粉体制浆的方法，其特征在于，所述的纳米二氧化钛粉体为P25。
5.如权利要求1-4所述的粉体制浆的方法，其特征在于，将粉体浆进行离心处理之前还包括将粉体浆分散的步骤。
6.如权利要求5所述的粉体制浆的方法，其特征在于，所述的粉体浆分散的步骤包括将粉体研磨、然后将粉体浆交替进行搅拌和超声处理。
7.一种染料敏化电池光阳极，其特征在于，所述染料敏化电池光阳极的浆液是通过权利要求1～6中任意一项所述的方法制备的。
8.一种染料敏化电池，其特征在于，所述的染料敏化电池的光阳极为权利要求7所述的染料敏化电池光阳极。
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