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Abstract

本发明涉及一种染料敏化纳米晶太阳能电池柔性对电极制备方法，属太阳能电池技术领域，具体为利用具有催化功能的柔性体作为染料敏化纳米晶太阳能电池的对电极。其染料敏化纳米晶太阳能电池柔性对电极的制备方法是通过镀膜的方法在选取的柔性基材表面镀一层催化层。本发明的太阳能电池柔性对电极制备方法将刚性的对电极变成了柔性对电极，为将来染料敏化纳米晶太阳能电池的柔性化奠定了基础。本发明的染料敏化纳米晶太阳能电池柔性对电极的适用性也很广泛，不但可以用在凝胶电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池中，也可以用在液体电解质和固体电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池中。利用这种方法制备的对电极可以减低电池的成本和电池的重量。

Description

一种太阳能电池柔性对电极制备方法
技术领域
本发明涉及一种染料敏化纳米晶太阳能电池柔性对电极制备方法，属太阳能电池技术领域，具体为利用具有催化功能的柔性体作为染料敏化纳米晶太阳能电池的对电极。
背景技术
自从1991年M.Grtzel教授报道基于染料敏化纳米多孔TiO2薄膜的太阳能电池的效率达到7.1％以来，由于染料敏化纳米晶太阳能电池可以克服硅太阳能电池的缺点，具有制作工艺简单、材料纯度要求不高、价格低廉等优点的原因，所以世界各国科学家对它进行了大量的研究。
染料敏化纳米晶太阳能电池采用表面吸附光敏剂的宽禁带半导的纳米晶膜为工作电极，由于纳米晶体膜具有非常大的比表面积，可以吸附大量的光敏剂，从而可以有效的吸收太阳光。染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理：当染料吸收太阳光时，电子从基态跃迁到激发态，激发态的电子迅速转移到半导体的导带中，而空穴留在染料中，电子随后经纳米半导体网络扩散至导电基材，经过外电路转移至对电极，而氧化态的染料被还原态的电解质还原，氧化态的电解质在对电极的催化作用下接受电子被还原，从而完成电子的运输过程。
在染料敏化纳米晶太阳能电池的一个光电转换过程中，对电极上的催化材料为氧化还原对的氧化还原反应起到催化作用，提高氧化还原反应的效率，从而大大提高染料敏化纳米晶太阳能电池的光电性能。传统的染料敏化纳米晶太阳能电池对电极，采用的是表面镀有催化材料的导电玻璃。使用导电玻璃不但增加了电池的成本和电池的重量，而且也为染料敏化纳米晶太阳能电池的柔性化带来了困难。现如今，在染料敏化纳米晶太阳能电池柔性化过程中，对电极的柔性化仅仅通过利用柔性导电薄膜代替导电玻璃来完成。但是，在导电薄膜的制备过程中，为保证能将导电材料均匀的镀到柔性基材表面，因此，要求柔性基材薄膜具有一定的刚性。所以，最后得到的导电薄膜是一个有一定刚度的导电体，由此导电薄膜做成的对电极同样也具有了一定的刚性，不能实现完全柔性化的目的。另外，由于导电薄膜表面的导电层没有经过烧结，所以导电层强力大大小于导电玻璃表面的导电层，同时也降低了导电层与柔性基材表面的粘附力。强力和粘附力下降都会降低催化材料和导电层的结合力，增加对电极的电阻，降低对电极的催化能力。对于该问题的解决一直没有提出好的办法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池柔性对电极制备方法，在不降低对电极催化能力的前提下，将对电极柔性化。其技术解决方案为：
一种太阳能电池柔性对电极的制备方法，具体步骤如下：
(1)选取基材：选取具有抗氧化性金属长丝柔性体作为太阳能电池柔性对电极的基材，
(2)基材催化处理：
A电镀液预处理：将电镀液置于40-80℃水浴锅中加热3min，
B将钛网与基材同时放入经预处理的电镀液中，并用导线将恒流电源的阳极与钛网相连，将恒流电源阴极与基材相连，
C在钛网和基材之间通2-20mA直流电，对基材表面催化处理2-5min，在基材表面形成一层催化层，
D将催化处理后的基材在50-90℃水中洗涤，然后去湿、干燥，
(3)成型：将催化处理后的基材编织成与阳极表面纳米晶体膜形状相似的对电极。
金属长丝的细度在50μm以下，并且截取金属长丝表面积是阳极表面纳米晶体膜面积的3.5-4倍。
抗氧化性金属长丝的材料包括镍、锌、锡、不锈钢和部分合金材料。
电镀液选自镀铂，金，铑、镧的电镀液。
电镀液的体积与基材的体积之比为10000∶1。
基材表面催化层的厚度为2-13μm。
由于采用了以上技术方案，本发明的太阳能电池柔性对电极制备方法将刚性的对电极变成了柔性对电极，为将来染料敏化纳米晶太阳能电池的柔性化奠定了基础，同时由于采用了便宜的基材作为对电极的基材，所以大大降低了染料敏化纳米晶太阳能电池的成本。本发明的染料敏化纳米晶太阳能电池柔性对电极的适用性也很广泛，不但可以用在凝胶电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池中，而且也可以用在液体电解质和固体电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池中。利用这种方法制备的对电极可以减低电池的成本和电池的重量。
附图说明：
附图为本发明实施例1的柔性对电极横截面示意图。图中，1-经纱组中镍金属长丝，2-经纱组中镍金属长丝表面催化层，3-纬纱组中镍金属表面催化层，4-纬纱组中镍金属长丝。
具体实施方式
太阳能电池柔性对电极的制备方法如下：
(1)选取基材：选取细度在50μm以下抗氧化性金属长丝柔性体作为太阳能电池柔性对电极的基材。对于选材而言，不仅仅是抗氧化性金属长丝，还可以选择另外4种柔性材料作为太阳能电池柔性对电极的基材：
1.由细度在50μm下的抗氧化性金属长丝制备的织物；
2.细度在50μm下的抗氧化性高分子长丝；
3.由细度在50μm下的抗氧化性高分子长丝制备的织物；
4.厚度小于2mm的高分子膜；
如果选用织物或膜作为对电极基材，就将织物或膜裁剪成面积大小和形状都与阳极表面上的纳米晶体膜相当的基体。如果选用金属或高分子长丝作为对电极基材，就截取表面积为阳极表面积上的纳米晶体膜面积3.5-4倍的金属或高分子长丝长丝，用来制备对电极。
(2)基材催化处理：
如果选用金属材料制备对电极，就选择电镀的方法在基材表面镀一层催化层，电镀过程如下：
A电镀液预处理：将电镀液置于40-80℃水浴锅中加热3min；
B将钛网与基材同时放入经预处理的电镀液中，并用导线将恒流电源的阳极与钛网相连，将恒流电源的阴极与基材相连；
C在钛网和基材之间通2-20mA直流电，对基材表面催化处理2-5min，在基材表面形成一层催化层；
D将催化处理后的基材在50-90℃水中洗涤1min，然后去湿、干燥；
如果选用高分子材料制备对电极，就需要首先在基材表面通过真空蒸镀或磁控溅射或离子镀镀一层金属，使基材具有一定的导电性，具体步骤如下：
1)将选取的基材放入镀膜设备中。
2)将要镀的金属靶材装入设备中。
3)开始镀膜，在基材的表面镀一层催化材料，镀层厚度在3μm左右。然后再按照上述电镀过程，在镀有金属的高分子基材表面镀一层催化层。
对于选用高分子基材还可以采用另外一种更简单的方法来完成催化处理。直接采用真空蒸镀、磁控溅射、离子镀的方法在高分子基材表面镀一层催化层，催化层的厚度控制在2-13μm。该方法同样可以得到电镀方法的效果。
(3)成型：将催化处理后的基材编织成与阳极表面纳米晶体膜形状相似的对电极。
如果是织物或膜做基材，镀层之后的柔性体具有一定的催化面积，可以直接作为太阳能电池的对电极。如果选用金属长丝或高分子长丝作为基材，由于催化面积太小，镀层之后不能直接作为太阳能电池的对电极，需要经过加工成具有一定面积的物体，才能作为太阳能电池的对电极。将镀膜中得到的长丝制备成织物，织物的大小和形状保持与阳极表面上的纳米晶体膜面积和大小相似，然后即可以用做太阳能电池的对电极。
上述方法中，抗氧化性金属长丝或金属织物的材料包括镍、锌、锡、不锈钢和部分合金材料。抗氧化性高分子长丝或薄膜材料包括聚酰胺高分子、聚酯高分子、聚乙烯高分子和聚氨酯高分子等。
电镀液选取镀铂，金，铑、镧的电镀液。
电镀液的体积与基材的体积之比为10000∶1。
基材表面催化层的厚度为2-13μm。
基材的抗氧化性是指基材具有很好的抵抗碘和碘离子腐蚀性的能力，金属或高分子长丝可以编织成机织物，针织物或非织造物。
具体实施例：
实施例1：选取细度为10μm的镍金属长丝作为太阳能电池柔性对电极的基材。根据阳极表面纳米晶体薄膜的面积1cm2，来截取35cm长镍金属丝来制备对电极。将120cm3的镀铂电镀液放置在60℃中加热3min，然后把钛网和截取的金属丝共同放入到电镀液中，同时并保证钛网和基材不接触在一起。用导线将直流电源的阳极与钛网相连，将直流电源的阴极与镍金属长丝相连。通10mA直流电对镍金属长丝电镀3min，取出后放在80℃水中洗涤1min，再去湿、干燥。完成后在镍金属长丝表面形成一层3μm后的铂金属催化层。将带有铂金属催化层的镍丝编织成面积为1cm2的机织物，做成柔性金属网，用做染料敏化纳米晶太阳能电池对电极。
实施例2：选取由细度为20μm的涤纶长丝编织的机织物作为太阳能电池柔性对电极的基材。根据阳极表面纳米晶体薄膜的面积1cm2，来截取1cm2的涤纶织物来制备对电极。将截取到的织物放在小型真空蒸镀机中，同时将铂靶也安放在真空蒸镀机的靶材位置上。开动机器，实施镀膜，在涤纶织物的表面镀一层3μm后的催化层。取出后即可用做染料敏化纳米晶太阳能电池对电极。

Claims (6)

1.一种太阳能电池柔性对电极的制备方法，具体步骤如下：
(1)选取基材：选取具有抗氧化性金属长丝柔性体作为太阳能电池柔性对电极的基材，
(2)基材催化处理：
A电镀液预处理：将电镀液置于40-80℃水浴锅中加热3min，
B将钛网与基材同时放入经预处理的电镀液中，并用导线将恒流电源的阳极与钛网相连，将恒流电源阴极与基材相连，
C在钛网和基材之间通2-20mA直流电，对基材表面催化处理2-5min，在基材表面形成一层催化层，
D将催化处理后的基材在50-90℃水中洗涤，然后去湿、干燥，
(3)成型：将催化处理后的基材编织成与阳极表面纳米晶体膜形状相似的对电极。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池柔性对电极制备方法，其特征在于：金属长丝的细度在50μm以下，并且截取金属长丝表面积是阳极表面纳米晶体膜面积的3.5-4倍。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池柔性对电极制备方法，其特征在于：抗氧化性金属长丝的材料包括镍、锌、锡、不锈钢和部分合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池柔性对电极制备方法，其特征在于：电镀液选自镀铂，金，铑、镧的电镀液。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池柔性对电极制备方法，其特征在于：电镀液的体积与基材的体积之比为10000∶1。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池柔性对电极制备方法，其特征在于：基材表面催化层的厚度为2-13μm。
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