CN105428073B - 一种太阳能电池光阳极散射层浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池光阳极散射层浆料，其组分为玻璃粉末、TiO2颗粒、锌粉、阿拉伯胶、水，且玻璃粉末：TiO2颗粒：锌粉：阿拉伯胶：水：的重量比为(2.5‑4)：(0.2‑0.5)：(0.1‑0.6)：(12‑17)：100。本发明采用金红石矿结构的纳米颗粒TiO2与微米级大颗粒的玻璃粉末和金属锌粉按照一定比例混合，其中小颗粒TiO2在其中具有过渡作用，促进了传递层与散射层之间的结合，防止光阳极在高温烧结后的龟裂现象发生，同时增加了光程提高电池效率；大颗粒玻璃粉末和金属锌粉提高光散射作用，增加光程和对太阳光可以二次吸收，从而增加光的再次利用效率，提高DSSC的光电转换效率，光电转换效率可达42％。

Description

一种太阳能电池光阳极散射层浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池光阳极散射层浆料，属于电池制造领域。
背景技术
太阳能作为一种新的能源，在全球气候变暖和雾霾不断出现的环境下，越来越受到人们的关注。在各种薄膜太阳能电池中，染料敏化太阳能电池以其制作工艺简单、便于大规模生产、成本低廉等优点愈来愈受到广泛重视。在染料敏化太阳能电池中，多孔光阳极的性能对电池的性能的影响尤为重要，因此多年来关于光阳极膜的研究也越来越多。
为实现尽可能多的吸附染料，同时实现与导电基底的牢固接触，并实现电子从染料激发态到导电衬底的传输以及电解质中氧化还原电对的有效传输，多孔光阳极的制备技术方面的研究报道较多。
目前多孔光阳极基本为叠层结构，吸收层为粒径较小的纳米TiO2，其对太阳光的利用率不是很高，在吸收层上面再制备具有光再次利用的大颗粒的光散射层对太阳光的利用率明显提高，因此通过大颗粒的光散射作用增加光程和对太阳光可以二次吸收，从而增加光的再次利用效率，提高DSSC的光电转换效率。但是，将这样的大颗粒散射层制备于基底层上，通过高温烧结后将产生龟裂现象，而且颗粒过大对染料的吸附性大大降低，颗粒之间接触较小，比表面积大大减小，影响电池效率。
另外，现有的散射层浆料都用有机溶剂作为分散粘结剂，对环境污染过大，对于日益严重的环境问题提出了挑战，对于作业人员的健康也造成重大威胁。电池的绿色环保的改良迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种安全环保、吸附性好、稳定性强的太阳能电池光阳极散射层浆料；
本发明的另一目的是提供上述太阳能电池光阳极散射层浆料的制备方法，方法简单，易于工业化生产。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种太阳能电池光阳极散射层浆料，其组分为玻璃粉末、TiO2颗粒、锌粉、阿拉伯胶、水，且玻璃粉末：TiO2颗粒：锌粉：阿拉伯胶：水的重量比为(2.5-4)：(0.2-0.5)：(0.1-0.6)：(12-17)：100。
作为优选方案，上述的太阳能电池光阳极散射层浆料，所述玻璃粉末：TiO2纳米颗粒：锌粉：阿拉伯胶：水的重量比3：0.3：0.3：15：100。
优选的，所述TiO2颗粒为10-60nm的TiO2纳米颗粒。例如：10nm、12nm、15nm、16nm、17nm、19nm、22nm、25nm、27nm、30nm、34nm、40nm、41nm、45nm、48nm、50nm、53nm、57nm、60nm等，10-60nm两端点或中间值大小的粒径的TiO2纳米颗粒的单一粒径的颗粒或者两种以上粒径颗料的混合，均可。
优选的，所述TiO2颗粒采用金红石型颗粒。
优选的，所述玻璃粉末的粒径为2-15μm。例如：2μm、2.5μm、4μm、6μm、7.2μm、8.1μm、9μm、10μm、11μm、12.7μm、13μm、13.4μm、14μm、14.6μm、15μm等，于2-15μm的两端点或中间值大小的粒径的玻璃粉末的单一粒径的颗粒或两种以上粒径颗料的混合，均可。
优选的，所述锌粉的粒径为1-10μm。
上述的太阳能电池光阳极散射层浆料的制备方法，包括如下步骤：
1)将TiO2纳米颗粒、玻璃粉末和锌粉按照比例混合；
2)将阿拉伯胶溶解于水中，形成粘结剂溶液；
3)超声搅拌的条件下，将1)中混合好的粉末均匀分散于粘结剂溶液中，形成胶体状乳液，即可得到散射层浆料。
优选的，所述超声的强度为170-220w/cm2。
进一步优选的，所述超声的强度为185w/cm2。
优选的，所述步骤3)中，于冰水浴中进行超声搅拌混合。
本发明采用金红石矿结构的纳米颗粒TiO2与微米级大颗粒的玻璃粉末和金属锌粉按照一定比例混合，其中小颗粒TiO2在其中具有过渡作用，促进了传递层与散射层之间的结合，防止光阳极在高温烧结后的龟裂现象发生，同时增加了光程，提高电池效率；大颗粒玻璃粉末和金属锌粉提高光散射作用，增加光程和对太阳光可以二次吸收，从而增加光的再次利用效率，提高DSSC的光电转换效率，光电转换效率可达42％。同时，本发明采用价格低廉、安全绿色的阿拉伯胶为分散粘结剂，有效提高了大小颗料的分散度，避免抱团现象的出现，减少了工艺中的麻烦。阿拉伯胶是一种安全无害的植物胶，具有水溶性，可以用水做粘结剂，避免了采用传统粘结剂是有毒有机溶剂的使用，使得电极浆料制备过程更加绿色环保。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中，所述TiO2颗粒采用金红石型颗粒，为10-60nm的TiO2纳米颗粒。例如：10nm、12nm、15nm、16nm、17nm、19nm、22nm、25nm、27nm、30nm、34nm、40nm、41nm、45nm、48nm、50nm、53nm、57nm、60nm等，10-60nm两端点或中间值大小的粒径的TiO2纳米颗粒的单一粒径的颗粒或者两种以上粒径颗料的混合，均可。所述锌粉的粒径为1-10μm。所述玻璃粉末的粒径为2-15μm。例如：2μm、2.5μm、4μm、6μm、7.2μm、8.1μm、9μm、10μm、11μm、12.7μm、13μm、13.4μm、14μm、14.6μm、15μm等，于2-15μm的两端点或中间值大小的粒径的玻璃粉末的单一粒径的颗粒或两种以上粒径颗料的混合，均可。但是，不限于上述的选择，本领域技术人员在本发明内容的解读下可以根据常识进行了选择替换，均可达到本发明目的。
实施例1：
一种太阳能电池光阳极散射层浆料，各组分及含量参见表1。
其制备方法，包括如下步骤：
1)将TiO2纳米颗粒、玻璃粉末和锌粉按照比例混合；
2)将阿拉伯胶溶解于水中，形成粘结剂溶液；
3)冰水浴中，超声搅拌的条件下，将1)中混合好的粉末均匀分散于粘结剂溶液中，形成胶体状乳液，一般2-3小时，即可得到散射层浆料。
所述超声的强度为170-220w/cm2，优选185w/cm2。
采用本实施浆料的DSSC的光电转换效率参见表1。
实施例2：
一种太阳能电池光阳极散射层浆料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施浆料的DSSC的光电转换效率参见表1。
实施例3：
一种太阳能电池光阳极散射层浆料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施浆料的DSSC的光电转换效率参见表1。
实施例4：
一种太阳能电池光阳极散射层浆料，各组分及含量参见表1。
其制备方法同实施例1。
采用本实施浆料的DSSC的光电转换效率参见表1。
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能电池光阳极散射层浆料，其特征在于：其组分为玻璃粉末、TiO2颗粒、锌粉、阿拉伯胶、水，且玻璃粉末：TiO2颗粒：锌粉：阿拉伯胶：水的重量比为(2.5-4)：(0.2-0.5)：(0.1-0.6)：(12-17)：100，所述TiO2颗粒为10-60nm的TiO2纳米颗粒；所述玻璃粉末的粒径为2-15μm；所述锌粉的粒径为1-10μm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池光阳极散射层浆料，其特征在于：所述玻璃粉末：TiO2纳米颗粒：锌粉：阿拉伯胶：水的重量比3：0.3：0.3：15：100。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池光阳极散射层浆料，其特征在于：所述TiO2颗粒采用金红石型颗粒。
4.权利要求1-3任一项所述的太阳能电池光阳极散射层浆料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将TiO2纳米颗粒、玻璃粉末和锌粉按照比例混合；
2)将阿拉伯胶溶解于水中，形成粘结剂溶液；
3)超声搅拌的条件下，将1)中混合好的粉末均匀分散于粘结剂溶液中，形成胶体状乳液，即可得到散射层浆料。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池光阳极散射层浆料的制备方法，其特征在于：所述超声的强度为170-220w/cm2。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池光阳极散射层浆料的制备方法，其特征在于：所述超声的强度为185w/cm2。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池光阳极散射层浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，于冰水浴中进行超声搅拌混合。
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