CN106158390A - 染料敏化太阳能电池浆料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电池电极材料，公开了一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法。由以下步骤组成：（1）制备二氧化钛粉末，（2）配制浆料，（3）固化浆料及（4）浓缩浆料；采用本方法得到的染料敏化太阳能电池浆料成膜性好，浆料中颗粒分散性好，烧结后膜层不开裂，薄膜烧结后与基板附着性强；本方法制造成本低、制作工艺绿色环保、得到的复合膜导电性优良，为大规模工业化生产提供了便捷的途径。
Description
技术领域
本发明涉及光电池电极材料，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法。
背景技术
随着工业发展及人类活动的增加，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生的矿物能源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。不仅如此，由燃烧矿物能源产生的温室气体加快了全球变暖的步伐，使各种自然灾害频繁发生，因此开发利用新型的、环保的、可再生能源已是当务之急。太阳能电池可以直接将光能转化为电能，是一种可以有效利用太阳能的方式，也是重要的可再生清洁能源。
染料敏化太阳能电池，凭借其低成本、简捷的制备工艺条件和良好的环境相容性成为了太阳能电池领域的研究热点。而其核心部件二氧化钛光阳极起着负载敏化剂，收集和传导电子的重要作用，因而制备出适于比表面积大、颗粒结合好的二氧化钛薄膜对提高电池性能至关重要，同时原料及工艺的低成本也是其走向产业化的前提。
二氧化钛是一种重要的无机材料制备原料，其颗粒尺寸在1nm-100μm之间，纳米二氧化钛由于其自身尺度达到纳米级别，因而比表面积大，表面能高，表面原子所占比例大，因此产生的许多纳米材料所共有的特别性质。以及其特有的三大效应：表面效应﹑小尺寸效应和宏观量子隧道效应。宏观上面表现出特殊的光学性质热学性质，磁学性质，力学性质。纳米二氧化钛因其自身的特殊性质在制造染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等新一代太阳能如扮演电子传递载体的重要角色，是下一代太阳能电池制作的重要材料和组成部分。
目前，很少有一种方法能够将碳纳米管和二氧化钛充分均匀地制备成复合浆料，复合了碳纳米管的二氧化钛浆料，克服了用单一组分二氧化钛制备电极的导电性，机械性能差的缺点，拓展二氧化钛提高现在新兴能源材料领域的应用范围。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法。本发明的电池浆料颗粒分散均匀、成膜性好，具有在太阳能电池表面附着力强、电池光电转换效率及导电能力优良的特点。
本发明采用的技术方案如下：
一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，由以下步骤组成：
（1）制备二氧化钛粉末：称取钛源10-50份溶于100-200份的无水乙醇中，搅拌中添加乙酰丙酮0.1-2份，并加入水1-5份，15-25℃下静置24-48h后，真空干燥，得到白色二氧化钛粉末；
（2）配制浆料：称取碳纳米管1-10份放于50-100份的水中，加入步骤（1）所得二氧化钛粉末5-20份，超声分散，再加入有机溶剂50-100份，搅拌，配制得浆料；
（3）固化浆料：在步骤（2）配制的浆料中加入固化剂5-10份，搅拌，然后加入高分子聚合物10-20份，搅拌，得到固化浆料；
（4）浓缩浆料：将步骤（3）所得到的固化浆料经旋转蒸发仪蒸发或蒸馏塔蒸馏后得到浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料。
进一步地，在步骤（1），所述钛源为钛酸丁酯或硫酸氧钛，所述真空干燥的温度为60-100℃。
进一步地，在步骤（2），所述有机溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇。
进一步地，在步骤（3），所述固化剂为聚乙二醇或松油醇。
进一步地，在步骤（3），所述高分子聚合物为甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
更进一步地，在步骤（4），所述浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛的浓度为1-50g/L，碳纳米管的浓度为1-30g/L。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）采用本方法得到的染料敏化太阳能电池浆料成膜性好，浆料中颗粒分散性好，用丝网刮涂方法可以得到表面均匀，膜厚可控的二氧化钛薄膜，并且烧结后膜层不开裂，薄膜烧结后与基板附着性强。
（2）添加碳纳米管有利于光电子在氧化钛薄膜中垂直导电基底方向上的传导，从而降低传导阻力，减少传输过程中的电子损失，最终达到增大染料敏化太阳能电池短路电流的作用。
（3）本方法制造成本低、制作工艺绿色环保、得到的复合膜导电性优良，为大规模工业化生产提供了便捷的途径。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，由以下步骤组成：
（1）制备二氧化钛粉末：称取钛酸丁酯10份溶于100份的无水乙醇中，搅拌中添加乙酰丙酮0.1份，并加入水5份，15℃下静置48h后，60℃真空干燥，得到白色二氧化钛粉末；
（2）配制浆料：称取碳纳米管1份放于100份的水中，加入步骤（1）所得二氧化钛粉末5份，超声分散，再加入乙醇50份，搅拌，配制得浆料；
（3）固化浆料：在步骤（2）配制的浆料中加入聚乙二醇10份，搅拌，然后加入甲基纤维素10份，搅拌，得到固化浆料；
（4）浓缩浆料：将步骤（3）所得到的固化浆料经旋转蒸发仪蒸发后得到浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料。
浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛的浓度为50g/L，碳纳米管的浓度为30g/L。得到的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛膜表面光滑，主体的部分没有因为成分不同而出现龟裂现象。电阻率测试结果：电阻率4.10×10-8Ω·m。
实施例2
一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，由以下步骤组成：
（1）制备二氧化钛粉末：称取硫酸氧钛50份溶于200份的无水乙醇中，搅拌中添加乙酰丙酮2份，并加入水1份，25℃下静置24h后，60℃真空干燥，得到白色二氧化钛粉末；
（2）配制浆料：称取碳纳米管10份放于50份的水中，加入步骤（1）所得二氧化钛粉末20份，超声分散，再加入乙醇100份，搅拌，配制得浆料；
（3）固化浆料：在步骤（2）配制的浆料中加入松油醇5份，搅拌，然后加入羟丙基甲基纤维素20份，搅拌，得到固化浆料；
（4）浓缩浆料：将步骤（3）所得到的固化浆料经蒸馏塔蒸馏后得到浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料。
浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛的浓度为50g/L，碳纳米管的浓度为1g/L。得到的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛膜表面光滑，主体的部分没有因为成分不同而出现龟裂现象。电阻率测试结果：电阻率3.81×10-8Ω·m。
实施例3
一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，由以下步骤组成：
（1）制备二氧化钛粉末：称取钛酸丁酯35份溶于150份的无水乙醇中，搅拌中添加乙酰丙酮1份，并加入水3份，25℃下静置24h后，80℃真空干燥，得到白色二氧化钛粉末；
（2）配制浆料：称取碳纳米管6份放于80份的水中，加入步骤（1）所得二氧化钛粉末10份，超声分散，再加入异丙醇80份，搅拌，配制得浆料；
（3）固化浆料：在步骤（2）配制的浆料中加入聚乙二醇8份，搅拌，然后加入甲基纤维素15份，搅拌，得到固化浆料；
（4）浓缩浆料：将步骤（3）所得到的固化浆料经旋转蒸发仪蒸发后得到浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料。
浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛的浓度为35g/L，碳纳米管的浓度为20g/L。得到的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛膜表面光滑，主体的部分没有因为成分不同而出现龟裂现象。电阻率测试结果：电阻率3.51×10-8Ω·m。
实施例4
一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，由以下步骤组成：
（1）制备二氧化钛粉末：称取钛酸丁酯35份溶于150份的无水乙醇中，搅拌中添加乙酰丙酮1份，并加入水3份，25℃下静置24h后，80℃真空干燥，得到白色二氧化钛粉末；
（2）配制浆料：称取碳纳米管10份放于50份的水中，加入步骤（1）所得二氧化钛粉末20份，超声分散，再加入乙醇100份，搅拌，配制得浆料；
（3）固化浆料：在步骤（2）配制的浆料中加入松油醇5份，搅拌，然后加入羟丙基甲基纤维素20份，搅拌，得到固化浆料；
（4）浓缩浆料：将步骤（3）所得到的固化浆料经蒸馏塔蒸馏后得到浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料。
浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛的浓度为40g/L，碳纳米管的浓度为15g/L。得到的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛膜表面光滑，主体的部分没有因为成分不同而出现龟裂现象。电阻率测试结果：电阻率4.23×10-8Ω·m。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）制备二氧化钛粉末：称取钛源10-50份溶于100-200份的无水乙醇中，搅拌中添加乙酰丙酮0.1-2份，并加入水1-5份，15-25℃下静置24-48h后，真空干燥，得到白色二氧化钛粉末；
（2）配制浆料：称取碳纳米管1-10份放于50-100份的水中，加入步骤（1）所得二氧化钛粉末5-20份，超声分散，再加入有机溶剂50-100份，搅拌，配制得浆料；
（3）固化浆料：在步骤（2）配制的浆料中加入固化剂5-10份，搅拌，然后加入高分子聚合物10-20份，搅拌，得到固化浆料；
（4）浓缩浆料：将步骤（3）所得到的固化浆料经旋转蒸发仪蒸发或蒸馏塔蒸馏后得到浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，其特征在于：在步骤（1），所述钛源为钛酸丁酯或硫酸氧钛，所述真空干燥的温度为60-100℃。
3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，其特征在于，在步骤（2），所述有机溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇。
4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，其特征在于，在步骤（3），所述固化剂为聚乙二醇或松油醇。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，其特征在于，在步骤（3），所述高分子聚合物为甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
6.根据权利要求1至5任一项所述的染料敏化太阳能电池浆料的制备方法，其特征在于，在步骤（4），所述浓缩后的染料敏化太阳能电池浆料中二氧化钛的浓度为1-50g/L，碳纳米管的浓度为1-30g/L。
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2016
- 2016-08-15 CN CN201610665152.2A patent/CN106158390A/zh active Pending
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