CN104637693B - 包括复合基材的染料敏化型太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种染料敏化型太阳能电池，所述染料敏化型太阳能电池包括工作电极(1)；用于从所述工作电极中提取光生电子的第一导电层(3)，由微纤维制成的多孔绝缘基材(4)，其中所述第一导电层为形成于所述多孔绝缘基材的一侧上的多孔导电层；包括设置在所述多孔基材的相对侧上的第二导电层(2)的对电极；和用于将电子从所述对电极转移至所述工作电极的电解液。所述多孔绝缘基材包括织造微纤维的层(5)和配置在织造微纤维的层上的非织造微纤维的层(6)。本发明还涉及用于生产染料敏化型太阳能电池的方法。

Description

包括复合基材的染料敏化型太阳能电池
本申请是申请日为2013年3月8日、申请号为201380017889.8、发明名称为“包括复合基材的染料敏化型太阳能电池”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及染料敏化型太阳能电池，其包括由微纤维制成的多孔绝缘基材，具有形成于多孔绝缘基材的一侧上的第一导电层，和设置在多孔基材的相对侧上的第二导电层。本发明进一步涉及用于染料敏化型太阳能电池的多孔绝缘基材。本发明还涉及生产多孔绝缘基材和导电层的方法。
背景技术
染料敏化型太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSC)在过去20年里一直在发展且以类似于光合作用的原理进行工作。不同于硅太阳能电池，这些电池使用可便宜制造的、对环境无害的(environmentally unobtrusive)且丰富的染料从日光中获得能量。
传统的夹层型(sandwich type)染料敏化型太阳能电池具有沉积在透明导电基材上的几μm厚的多孔TiO2电极层。TiO2电极包括通过使染料分子吸附至TiO2颗粒的表面上而染色并形成工作电极的相互连接的TiO2金属氧化物颗粒。透明的导电基材通常为沉积在玻璃基材上的透明的导电氧化物。透明的导电氧化层用作从工作电极中提取光生电子的背接触(back contact)的功能。TiO2电极与电解液和其它透明导电基材即对电极接触。
日光由染料收集，产生注入TiO2颗粒的导带(conduction band)中并进一步由导电基材收集的光激发电子。同时，氧化还原电解液中的I-离子还原氧化的染料，并将产生的电子受体种类输送至对电极。两个导电基材在边缘密封以保护DSC组件抵抗周围气氛，并防止电池内DSC组分的蒸发或泄漏。
WO2011/096154公开了一种夹层型DSC组件，该DSC组件包括多孔绝缘基材，包括形成于多孔绝缘基材顶部的多孔导电金属层并建立背接触的工作电极，包含设置在多孔导电金属层顶部的吸附染料的多孔半导体层，和面向多孔半导体层、适合面向太阳并将日光传输至多孔半导体层的透明基材。所述DSC组件进一步包括含有设置在与多孔绝缘基材的多孔半导体层相对的一侧上且与多孔绝缘层有一定距离的导电基材，从而在多孔绝缘层和导电基材之间形成空间。电解液填充在工作电极和对电极之间的空间中。多孔导电金属层可使用包含金属的或金属系颗粒的糊剂，将其通过印刷施涂在多孔绝缘基材的顶部，接着加热、干燥和烘烤来生成。这种类型的DSC组件的优点为工作电极的导电层设置于多孔绝缘基材和多孔半导体层之间。因此，工作电池的导电层不必须为透明的，且可由高导电性的材料制成，这增加DSC组件的电流处理能力(current-handling capability)并确保DSC组件的高效率。
对多孔绝缘基材有高要求。理想的多孔绝缘基材必须满足以下的要求：
基材必须具有足够的机械强度以耐受机械处理和加工。在DSC加工期间，基材进行机械处理如：切割工序、堆叠和去堆叠工序、印刷工序、干燥工序、空气/真空烧结工序、密封工序等。处理和加工期间，具有差的机械强度的基材能遭受损伤，导致有缺陷的太阳能电池，这降低制造产率。
基材必须具有足够的耐高温性并显示出高温处理后的低机械变形和/或机械稳定性的损失小。加工期间，基材承受在空气中500℃的温度和在真空或惰性气氛中580℃-650℃的温度。基材必须耐受在空气中达到500℃的温度而无显著的机械变形或机械稳定性损失。基材必须耐受在真空或惰性气氛中至少达到580℃以上的温度而无显著的机械变形或机械稳定性损失。
基材必须对高温加工化学惰性。各种高温处理期间，基材暴露在，例如热空气、包含有机溶剂的热空气、包含有机燃烧产物的热空气和氢气中。基材必须对所有这些高温处理化学惰性且不会化学反应产生能对DSC有害的化合物。
基材必须耐受用于DSC中的化学制品。DSC包含活性物质如有机溶剂，有机染料，和离子如I-和I3-等。为了具有良好的DSC性能稳定性和寿命，基材必须不与DSC的活性物质反应，而不会改变DSC的化学组成或产生能对DSC有害的化合物。
基材必须考虑到离子在电极之间的快速输送。为了具有电极之间的快速离子输送，基材必须具有足够高的孔隙率(孔体积分数)和低弯曲度。
基材必须为电绝缘。这是为了防止对电极和集电器之间的电短路。
对电极和工作电极之间的距离受基材厚度的影响。对电极和工作电极之间的距离应尽可能地小以使对电极和工作电极之间的离子的输送尽可能地快。因此，基材的厚度应尽可能地薄。
基材必须具有足够的容量以阻止印刷墨中的导电性颗粒穿过基材渗出。为了避免印刷在基材的两侧上的导电层之间的电短路，基材必须能够阻止印刷在基材的一侧上的导电性颗粒穿过其渗出至基材的另一侧。
总之，多孔绝缘基材必须允许离子穿过基材并防止颗粒穿过基材，且必须具有足够的机械特性。
WO2011/096154中提出使用模塑纤维玻璃坯体(molded fiber glass compact)作为多孔绝缘基材。模塑纤维玻璃坯体可为包含玻璃纤维的织造玻璃织物，或以具有玻璃纤维的片的形式的非织造玻璃纤维，将它们以合适的方式连接。
通过使用高温相容的玻璃系基材，可满足大部分上述要求。然而，如果基材由非织造微玻璃纤维制成，基材必须制得非常薄以耐受太阳能电池的制造期间的机械处理和加工。这是因为非织造玻璃微纤维具有非常差的机械性能的事实，且因此，为了增加它们的机械稳定性，必须生产具有非常高厚度的基于非织造玻璃微纤维的基材。具有高厚度的基材导致对电极和工作电极之间的大距离，且因此，导致对电极和工作电极之间的离子的输送非常慢。
织造玻璃纤维，即玻璃织物，包括玻璃微纤维的织造纱线，其中各玻璃纤维纱线由多根玻璃微纤维组成。与非织造玻璃纤维相比，织造玻璃纤维固有地机械性更强。此外，织造纤维的厚度可在维持机械强度的情况下制得非常薄。然而，织造纤维在织造纱线之间经常具有大洞，这引起印刷墨中大量的颗粒以不受控制的方式直接穿过基材横穿织造纤维的整个区域、引起对电极和集电器之间的电短路。因此，织物中的洞使得难以将包括金属的或金属系颗粒的墨施涂在多孔绝缘基材的两侧而不造成电短路，除非颗粒比洞大很多。然而，在墨中具有如此大的颗粒使得导电金属层太厚。厚的导电金属层将增加对电极和工作电极之间的距离，导致对电极和工作电极之间的离子输送较慢。
发明内容
本发明的目的是提供具有满足上述要求的多孔绝缘基材的染料敏化型太阳能电池。
此目的用由根据本发明的染料敏化型太阳能电池来实现。
染料敏化型太阳能电池包括工作电极；用于从工作电极中提取光生电子的第一导电层；由微纤维制成的多孔绝缘基材，其中第一导电层为形成于多孔绝缘基材的一侧上的多孔导电层；包括设置在多孔基材的相对侧上的第二导电层的对电极；和用于将电子从对电极转移至工作电极的电解液。太阳能电池的特征在于，多孔绝缘基材包括织造微纤维的层和配置在基材的第一侧的织造微纤维的层上的非织造微纤维的层。
微纤维为具有小于10μm且大于1nm的直径的纤维。
我们已经发现，通过组合织造微纤维和非织造微纤维的性能，可实现理想多孔绝缘基材的所有上述要求。织造织物可制得非常薄且机械性非常强，但它在织造纱线之间包含大洞。另一方面，非织造微纤维机械性差，但具有优异的阻止印刷墨中的导电性颗粒穿过多孔绝缘基材渗出的过滤性能。通过将非织造微纤维的薄层沉积在织造微纤维的层的顶部，可防止墨中的颗粒直接穿过织造纤维，且可实现所有上述要求。通过织造微纤维的支承层使得非织造微纤维的薄脆层机械性稳定。
根据本发明的实施方案，第一导电层配置在非织造微纤维的层上。非织造层在基材上提供平滑表面，适合于将平滑导电层通过印刷施涂在基材上。
根据本发明的实施方案，织造微纤维的层包括具有在单根的织造纱线之间形成的洞的纱线，且至少一部分非织造微纤维累积在纱线之间的洞中。因此，非织造微纤维的层的厚度依赖于微纤维的织造层中洞的位置而变化，以使非织造微纤维的层在织造微纤维的层的洞中较厚，且在织造微纤维的层的纱线的顶部较薄。非织造微纤维的层突出到纱线之间的洞中。本实施方案减少非织造微纤维的层的厚度并可以提供薄基材。由此，对电极和工作电极之间的距离变小且对电极和工作之间的离子输送变快。与在织造纤维片的顶部设置均一厚的非织造微纤维的层，例如在织造纤维片的顶部堆叠非织造纤维片相比，基材的厚度变得显著减小。
根据本发明的实施方案，多孔绝缘基材包括在基材的第二侧的织造微纤维的层上设置的非织造微纤维的第二层。通过将非织造微纤维的第二层设置在织造微纤维的层的另一侧，可实现对称的且机械上更稳定的基材，且在制造太阳能电池期间的热处理期间，防止基材卷曲。此外，非织造微纤维的第二层进一步提高阻止墨中的导电性颗粒直接穿过织造纤维。本实施方案在基材两侧提供平滑平面，因此可以通过印刷将平滑导电层施涂在基材的两侧。优选地，将第二导电层配置于基材的第二侧在非织造微纤维的第二层上。
根据本发明的实施方案，织造微纤维的层由包含多根微纤维的织造纱线(下文中表示为单丝)制成，且非织造微纤维的层中的微纤维的直径小于织造微纤维的层中的单丝的直径。本实施方案能使纤维在纱线之间的洞中累积，因此阻塞洞。
根据本发明的实施方案，织造微纤维的层由如玻璃织物等陶瓷微纤维制成。陶瓷微纤维机械性非常强且可制得非常薄且仍足够强。陶瓷微纤维也能耐受制造工序期间用于太阳能电池的热处理的高温。陶瓷微纤维为由例如玻璃、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、硅铝酸盐和石英等耐熔和惰性材料制成的纤维。
根据本发明的实施方案，非织造微纤维的层由如非织造玻璃微纤维等陶瓷微纤维制成。陶瓷微纤维能耐受制造工序期间用于太阳能电池的热处理的高温。
根据本发明的实施方案，织造微纤维的层的厚度在4μm和30μm之间，优选在4μm和20μm之间，且更优选在4μm和10μm之间。这种层提供所需的机械强度，同时其足够薄能够使离子在对电极和工作电极之间快速输送。
根据本发明的实施方案，非织造微纤维的层中的微纤维的直径小于4μm，优选小于1μm，且更优选小于0.5μm。非常薄的纤维的使用减少非织造微纤维的层的厚度，因此减少基材的厚度。进一步地，薄纤维有效地阻塞织造微纤维的层中的洞并防止导电性颗粒穿过基材渗出，因此防止电短路的形成。
本发明的进一步的目的是提供满足上述要求的多孔绝缘基材。此目的由多孔绝缘基材实现。多孔绝缘基材包括织造微纤维的层和配置在织造微纤维的层上的非织造微纤维的层。优选地，织造微纤维的层由陶瓷微纤维制成。涉及太阳能电池的多孔绝缘基材的上述进一步的特征也适用于多孔绝缘基材本身。
根据本发明的实施方案，织造微纤维的层和非织造微纤维的层由如玻璃微纤维等陶瓷微纤维制成。陶瓷微纤维机械性非常强且可制得非常薄且仍足够强。
根据本发明的另一个实施方案，非织造微纤维的层包括有机微纤维。有机微纤维为由有机材料制成的纤维，所述有机材料如聚合物例如聚己内酯、PET或PEO，和纤维素例如纳米纤维素(MFC)或木浆。可在非织造微纤维的层上使用有机微纤维。有机微纤维不能耐受制造染料敏化型太阳能电池期间用于热处理的高温。然而，有机微纤维可作为阻止墨中的导电性颗粒在印刷期间直接穿过织造纤维渗出并干燥多孔绝缘基材上的墨的目的，从而减少电短路的风险。然后在热处理期间在较高温下将有机微纤维除去。有机纤维更柔韧且不像陶瓷纤维一样脆。因此，通过添加有机纤维，基材的机械强度增加，其例如在印刷和干燥工序期间是有利的。
根据本发明的进一步实施方案，非织造微纤维的层包括有机微纤维和陶瓷微纤维。非织造微纤维的层由有机微纤维和陶瓷微纤维制成。在非织造微纤维的层中混合有机微纤维和陶瓷微纤维的优点是，有机微纤维比陶瓷微纤维薄，从而在陶瓷纤维的微网络内生成有机纤维的纳米网络，并且通过其减小微网络内的洞的尺寸。有机纤维填满微纤维之间的洞，从而改进阻止墨中的颗粒的能力，因此避免短路。进一步地，通过在非织造微纤维的层中混合有机微纤维和陶瓷微纤维，与在基材中仅具有陶瓷微纤维相比，改进基材的机械强度。
本发明的另一目的是提供生产满足上述要求的多孔绝缘基材和形成于绝缘基材上的多孔导电层的方法。
此目的通过根据本发明的方法来实现。
所述方法包括：
a)通过提供包括具有形成于它们之间的洞的纱线的织造微纤维的织物，借助混合液体和微纤维制备纤维母液(fiberstock solution)，用纤维母液覆盖织物的第一侧，使来自纤维母液的液体通过织物中的洞流出，并干燥具有配置在织物上的微纤维的湿织物，来生产多孔绝缘基材，和
b)将包含导电性颗粒的墨沉积在绝缘基材的一侧以形成多孔导电层。
将来自纤维母液的液体通过织物中的洞排出，微纤维跟随液体且大部分非织造微纤维累积在纱线之间的洞中，因此，纱线之间的洞的尺寸减小。这种方法可以制造足够紧密以防止墨中导电性颗粒穿过基材且足够薄以允许离子在对电极和工作电极之间的快速输送的绝缘基材。织造纤维的层的顶部的非织造纤维的层提供平滑表面以印刷。
根据本发明的实施方案，织物由织造陶瓷微纤维制成，且所述纤维母液通过混合液体和陶瓷微纤维来制备。
根据本发明的实施方案，纤维母液通过混合液体和有机微纤维来制备。
根据本发明的实施方案，纤维母液通过混合液体、陶瓷微纤维和有机微纤维来制备。
将墨沉积在配置的微纤维的顶部以在多孔绝缘基材的第一侧形成多孔导电层。根据本发明的实施方案，步骤a)进一步包括用纤维母液覆盖织物的第二侧，并将来自纤维母液的液体通过织物中的洞排出，且步骤b)进一步包括：将墨沉积在配置的微纤维的顶部的织物的第二侧，以在多孔绝缘基材的第二侧上形成多孔导电层。本实施方案在基材的两侧提供平滑表面，因此能将平滑导电层通过印刷施涂于基材的两侧上。
根据本发明的实施方案，步骤a)进一步包括将粘合剂添加至纤维母液。粘合剂添加至纤维母液中提高非织造纤维彼此的粘合(binding)并提高非织造纤维对织物的粘合。此外，添加粘合剂至纤维母液可以减少添加至溶液的纤维的量，以实现织物中洞的令人满意的覆盖率。粘合剂的实例为例如聚乙烯醇(PVA)、淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、和纳米纤维素即所谓的微纤化纤维素(MFC)。
根据本发明的实施方案，方法进一步包括将选自包含表面活性剂、分散剂、湿润剂、消泡剂、助留剂和流变改变剂的组的一种以上的添加剂添加至纤维母液。通过使用添加剂，可以制造较薄且较致密的具有较小洞的基材。
附图说明
将通过本发明的不同实施方案的描述和参考附图更准确地解释本发明。
图1示出穿过根据本发明的实施方案的染料敏化型太阳能电池组件的截面图。
图2示出玻璃织物的光学显微镜照片。
图3示出在两侧用20g玻璃微纤维母液处理的玻璃织物的光学显微镜照片。
图4示出在两侧用80g玻璃微纤维母液处理的玻璃织物的光学显微镜照片。
图5示出穿过根据本发明的实施方案的多孔绝缘基材的截面图。
具体实施方式
将通过本发明的不同实施方案的描述和参考附图更准确地解释本发明。图1示出穿过根据本发明的实施方案的染料敏化型太阳能电池(DSC)的截面图。图1中公开的DSC为单片型(monolithic type)。DSC包括工作电极1和对电极2。在工作电极和对电极之间的空间填充有包含用于将电子从对电极转移至工作电极的离子的电解液。DSC组件包括用于从工作电极1中提取光生电子的导电层3。导电层3用作背接触，且在下文中称为背接触层。工作电极1包括配置在背接触层3上的多孔TiO2电极层。TiO2电极包括通过吸附染料分子至TiO2颗粒的表面而染色的TiO2颗粒。使工作电极位于DSC组件的顶侧。顶侧应面对太阳以允许日光射中工作电极的染料分子。
DSC组件进一步包括设置在工作电极1和对电极2之间的多孔绝缘基材4。多孔绝缘基材的多孔性能使离子输送通过基材。例如，多孔绝缘基材4由如玻璃微纤维等陶瓷微纤维制成。由陶瓷微纤维制成的基材为电绝缘体，但为多孔的，从而允许液体和电解质离子渗入。陶瓷微纤维便宜、化学惰性，能耐受高温且在各种工序步骤中处理简单。
多孔绝缘基材4包括织造微纤维的层5和在基材的第一侧配置在织造微纤维的层5上的非织造微纤维的第一层6。这可提供薄且强的基材。背接触层3为配置在基材的第一侧上的、在非织造微纤维的层6上的多孔导电层。图1中公开的实施方案中，基材进一步包括在基材的第二侧上配置在织造微纤维的层5上的非织造微纤维的第二层7。通过在织造微纤维的层的两侧设置非织造微纤维的层，实现对称的基材。这可防止在制造太阳能电池期间的热处理期间基材卷曲，且此外有助于防止印刷墨中的颗粒穿过织造微纤维的层。以下参考图5将更详细描述多孔绝缘基材4。
对电极包括导电层2，下文中称为对电极层。本实施方案中，导电层2为配置在多孔绝缘基材4的第二侧上的、在非织造微纤维的第二层7的顶部上的多孔导电层。当多孔导电层用作对电极时，其为与工作电极相对的对电极的一部分。背接触层3和对电极层2通过多孔绝缘基材4而物理分开且电分开。然而，背接触层和对电极层经由渗入多孔绝缘基材的离子而电连接。多孔导电层2、3可使用包含金属的或金属系颗粒的墨，将墨通过印刷施涂在多孔绝缘基材4的顶部，然后加热、干燥和烘烤来生成。颗粒一般在0.1-10μm之间，优选在0.5-2μm之间。
DSC也包括覆盖DSC组件的顶侧的第一片8和覆盖DSC组件的底侧的第二片9，且用作挡板以保护DSC组件抵抗周围气氛，并防止电池内DSC组分的蒸发或泄漏。在DSC组件的顶侧的第一片8覆盖工作电极且需要为透明的以允许光透过。
多孔基材越薄越好，因为在工作电极和对电极之间的小距离提供电解液的扩散电阻(diffusion resistance)的最小损失。然而，如果基材太薄，基材的机械强度将太低。优选地，多孔绝缘基材的厚度大于4μm且小于100μm。更优选地，多孔绝缘基材的厚度为小于50μm。多孔绝缘基材的厚度一般在10-30μm之间。
下文中将更详细地描述根据本发明的多孔绝缘基材的实例。多孔绝缘基材是基于由包括多根玻璃纤维的织造纱线制成的玻璃织物的层。织造纤维比非织造纤维更强。此外，织造纤维的层可在维持机械强度的情况下为薄的。
图2示出15μm的薄玻璃织物(Asahi Kasei E-材料)的光学显微镜照片。如图所示，玻璃织物包括玻璃纤维的织造纱线10a-b。各纱线包括多根玻璃纤维，也称作单丝(filaments)。单丝的直径一般为4-5μm，且纱线中单丝的数量一般为50。玻璃织物具有在织造纱线之间的洞14，所述洞14将允许印刷墨中的大量导电性颗粒以不受控制的方式直接穿过织造纤维。这是不期望的效果。洞的尺寸可大至200μm。为了阻塞织物中的洞，将非织造玻璃纤维配置在织物的顶部。这可通过将织物浸泡在包含玻璃纤维的溶液中、然后除去溶液的液体部分来完成。
图3示出在两侧用20克玻璃微纤维母液(相当于在各侧每平方厘米0.04毫克沉积的玻璃纤维)处理的图2中所示的玻璃织物的光学显微镜照片。如图所示，玻璃织物中的织造纱线被配置的非织造玻璃纤维覆盖。从图3中也能看到，织物中的洞的尺寸减小。然而，没有达到玻璃织物中洞的全覆盖。
图4示出在两侧用80克玻璃微纤维母液(相当于在各侧每平方厘米0.16毫克沉积的玻璃纤维)处理的图2中所示的玻璃织物的光学显微镜照片。如图4所示，现在洞被玻璃微纤维覆盖。明显地，通过增加玻璃微纤维的量可实现玻璃织物中洞的全覆盖。因此，通过将非织造玻璃纤维沉积在织造玻璃纤维的顶部，可防止印刷墨中的颗粒直接穿过织造纤维。
如果将粘合剂如，例如无机粘合剂如硅酸盐、胶体二氧化硅颗粒、硅烷(例如线性硅烷、支链硅烷或环硅烷)、和胶体Al2O3，添加至包含玻璃纤维的纤维母液中，非织造玻璃纤维可更强地粘着至织造纤维。此外，因此由沉积的非织造组成的层机械性将更强。随后，通过将粘合剂添加至纤维母液，可形成强地粘合至织造玻璃纤维的机械性强的非织造层。
实施例1
下文中将描述用于生产图4中示出的多孔基材的方法的实施例。将具有单丝直径为4μm的50根单丝的如图2所示的15μm的薄玻璃织物(Asahi Kasei E-材料)放在纸样抄取器(hand sheet former)内的不锈钢丝网(33cm×33cm)的顶部，且将母液缸(stockcylinder)放置在玻璃织物的顶部然后关闭并固定。通过将4000克蒸馏水、8克玻璃微纤维(Johns Manville，特定目的型玻璃纤维型号90，纤维直径：0.2μm)、和400克水系胶体二氧化硅(水中包含大约15质量％的SiO2的溶液)混合以使最终二氧化硅浓度为1.4质量％来制备玻璃微纤维母液。使用Ultraturrax间歇分散机进行混合。纸样抄取器的母液缸填充有蒸馏水(包含1.4质量％二氧化硅)以达到高于丝网的表面350mm的水平。接下来的步骤中，将80克玻璃微纤维母液倒入纸样抄取器中。通过压缩空气将玻璃纤维母液和包含二氧化硅的蒸馏水混合4秒、然后静置6秒，之后将水通过玻璃织物和丝网排出。将已湿处理的玻璃织物在110℃下在空气中在带状烘箱内干燥。随后使用与第一处理相同的工序参数在另一侧处理玻璃织物。得到的基材示于图4中。如图4所示，玻璃织物中的织造纱线完全被配置的非织造玻璃微纤维覆盖。具有配置的非织造玻璃微纤维的玻璃织物的厚度大约为30μm。这意味着两层非织造微纤维的总厚度为约15μm。通过使用较薄的玻璃织物，可进一步减少绝缘基材的厚度。
实施例2
实施例1的变形为通过将4000克蒸馏水、200克纳米纤维素分散液(包含2重量％的纳米纤维素的水系纳米纤维素分散液)、和400克水系胶体二氧化硅(水中包含15质量％的SiO2的溶液)混合来制备微纤维母液。因此，微纤维母液中陶瓷玻璃微纤维被由纳米纤维素组成的有机微纤维代替。使用纳米纤维素简化制造工序，因为可使用浸渍来代替使用造纸工序。
实施例3
实施例1的另一变形为通过将4000克蒸馏水、2克玻璃微纤维(Johns Manville，特定目的型玻璃纤维型号90，纤维直径：0.2μm)、200克纳米纤维素分散液(包含2重量％的纳米纤维素的水系纳米纤维素分散液)、和400克水系胶体二氧化硅(水中包含15重量％的SiO2的溶液)混合来制备微纤维母液。因此，将由纳米纤维素组成的有机微纤维和由玻璃组成的陶瓷微纤维两者用于微纤维母液。干燥多孔绝缘基材之后，将具有导电性颗粒的墨沉积在非织造微纤维的层的顶部的基材的至少一侧，以在多孔绝缘基材上形成多孔导电层。如果制造单片DSC组件，将墨沉积在非织造微纤维的层的顶部的基材的两侧上，以在多孔绝缘基材各侧上形成多孔导电层。然而，如果制造夹层型DSC组件，将具有导电性颗粒的墨仅沉积在基材的一侧上。
为了确保微纤维母液中的纤维适当地分散，在混合水和微纤维之前将添加剂添加至蒸馏水中是有利的。适合的添加剂的实例是表面活性剂、分散剂、湿润剂、助留剂、消泡剂和流变改变剂。添加一种以上的这些添加剂是有利的。太阳能电池的制造工序的下述步骤期间，添加剂燃烧掉，且因此不会残留在最终产品中。添加剂的目的是实现单根的且非团聚的纤维，以使单根的纤维能尽可能均匀地沉积以提供薄且同时致密的单根纤维的层。因此，通过使用添加剂，可制造较薄且较致密的具有较小的洞的基材。
通过将表面活性剂添加至纤维母液和稀释水中，可完成较平滑和较均匀的微纤维沉积。此外，将湿润剂添加至纤维母液是有利的，以使稀释水湿润纤维和织物。而且，通过将水溶性聚合物添加至纤维母液和稀释水中，可获得较平滑和较均匀的微纤维沉积。然而，发现，当添加聚合物时，需要添加消泡剂以避免在稀释水填充和搅拌和排水循环期间过度的发泡。添加流变改变添加剂以改变纤维母液和稀释水的粘度也是有利的。
也可将粘合剂添加至纤维母液和稀释水中以提高非织造纤维彼此的粘合，并提高非织造纤维对织物的粘合。可使用的粘合剂为例如无机粘合剂如硅酸盐，胶体二氧化硅颗粒，硅烷例如线性硅烷、支链硅烷或环硅烷，和胶体Al2O3。
也可将助留剂添加至纤维母液和稀释水中以改进多孔绝缘基材中的纤维随着其形成的保留。纳米纤维素可用作助留剂。
图5示出穿过根据上述实施例中描述的方法制造的多孔绝缘基材4的截面图。基材具有包括含有多根单丝11的织造纱线10和形成于织造纱线10之间的洞14的织造微纤维的层5。织造纱线10优选由陶瓷微纤维制成。基材也包括设置在织造微纤维的层5的各侧上的非织造微纤维的层6、7。非织造微纤维的层6、7可由陶瓷微纤维、有机微纤维、或其组合制成。如该图所示，非织造微纤维的主要部分累积在织造纱线10之间的洞14中。这是来自纤维母液的液体通过在织物中形成的洞排出的事实的结果。这导致非织造微纤维的层6、7的厚度依赖于微纤维的织造层中洞14的位置而变化，使得非织造层在织造层的洞14中较厚，且在织造层的纱线的顶部较薄。面对远离织造微纤维的层5的非织造微纤维的层6、7的一侧是平滑的，但反向面对织造层的非织造层的相对侧是不平的，且具有突出至织造层的洞14内的厚部16，和配置在织造纱线10的顶部的薄部17。本发明可用于单片型和夹层型DSC。
非织造微纤维应优选为比织造微纤维的层中的单丝薄。因此，如果单丝的直径为大约4μm，非织造微纤维的层中的纤维应具有小于4μm、优选小于1μm、且更优选小于0.5μm的直径，以便以有效的方式阻塞洞。非织造纤维的长度为，例如100nm-3mm。例如，纳米纤维素纤维的直径一般为5-10nm且纤维的长度一般为几μm。然而，也存在具有10-20nm的直径和几mm的长度的纳米纤维素纤维。
本发明并不局限于公开的实施方案，且可在下述权利要求的范围内变更和修改。例如，微纤维母液可包括不同材料和直径的微纤维。虽然，上述实施例使用玻璃微纤维，但本发明并不局限于玻璃微纤维。可使用具有相似性质的其它类型的陶瓷微纤维。进一步地，非织造层中的微纤维可由与织造层中的微纤维不同的陶瓷材料制成。进一步地，非织造层的微纤维可由如纤维素或聚合物等有机微纤维制成。
在代替的实施方案中，基材可包括层压在一起的非织造微纤维的层和织造微纤维的层。
在代替的实施方案中，基材仅具有设置在织造微纤维的层的一侧上的一层非织造微纤维的层。虽然在织造层的两侧具有非织造层是有利的，但不是必需的。可将导电层沉积在基材的两侧，虽然仅一侧织造层设置有非织造微纤维的层。可将导电层印刷在非织造层和织造层上。具有沉积在织造层两侧上的非织造层的基材可在一侧和两侧上覆盖有导电层。
在代替的实施方案中，多孔绝缘基材仅具有一层设置在织造微纤维的层的一侧上的非织造微纤维的层，且将导电层沉积在织造微纤维的另一侧上，即，将导电层沉积在织造微纤维上而不沉积在非织造微纤维上。
多孔绝缘基材为可用于除染料敏化型太阳能电池之外的其它用途的多孔的、化学惰性、耐高温，且电绝缘的材料。基材可用于过滤/过滤器应用，以用于除去例如，灰尘，有机或无机或生物微颗粒，面粉，沙，烟，细菌和花粉。
基材也可用作隔离体，物质上分离如燃料电池、蓄电池、电化学传感器、电致变色的显示器和光电化学太阳能电池等电化学或光电化学装置中的阴极和阳极。

Claims (14)

1.一种用于生产多孔绝缘基材和形成于所述多孔绝缘基材上的多孔导电层的方法，其中所述方法包括以下步骤：
a)通过提供包括多根纱线和形成于它们之间的洞的织造微纤维的织物，借助混合液体和微纤维来制备纤维母液，用所述纤维母液覆盖所述织物的第一侧，使来自所述纤维母液的液体通过所述织物中的洞流出，并干燥具有配置在所述织物上的所述微纤维的湿织物来生产所述多孔绝缘基材，和
(b)将包含导电性颗粒的墨沉积在所述绝缘基材的一侧以形成多孔导电层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述织造微纤维的织物的纱线包括多根单丝，且所述纤维母液中的微纤维比所述织造微纤维的层中的单丝细。
3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述纤维母液中的微纤维的直径小于4μm。
4.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述纤维母液中的微纤维的直径小于1μm。
5.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述纤维母液中的微纤维的直径小于0.5μm。
6.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述织物由织造陶瓷微纤维制成，且所述纤维母液通过混合液体和陶瓷微纤维来制备。
7.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述纤维母液通过混合液体和有机微纤维来制备。
8.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述纤维母液通过混合液体、陶瓷微纤维和有机微纤维来制备。
9.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述织造微纤维的织物的厚度在4μm和30μm之间。
10.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述织造微纤维的织物的厚度在4μm和20μm之间。
11.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述织造微纤维的织物的厚度在4μm和10μm之间。
12.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中将所述墨沉积在配置的微纤维的顶部以在多孔绝缘基材的第一侧上形成多孔导电层，且步骤a)进一步包括用所述纤维母液覆盖所述织物的第二侧，并使来自所述纤维母液的液体通过所述织物中的洞流出，且步骤b)进一步包括：将所述墨沉积在所述织物的第二侧在配置的微纤维的顶部，以在所述多孔绝缘基材的第二侧形成多孔导电层。
13.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中步骤a)进一步包括添加粘合剂至所述纤维母液。
14.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括将选自包含表面活性剂、分散剂、湿润剂、消泡剂和流变改变剂的组的一种以上的添加剂添加至所述纤维母液。
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