[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硬碳类材料和半导体材料的电极，特别是涉及一种用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料及其制法。

背景技术

从1991年，瑞士联邦工学院的Michael教授及其合作者发明了一种新型的太阳能电池——纳晶染料敏化太阳能电池(自然，353卷，737页，1991年(Nature，Vol.353，737，1991))以来，这种电池就因其制备工艺简单、费用低、效率高而受到世界各国科学家的关注。这种电池由三部分组成：吸附了一层染料的二氧化钛光电阳极、对电极和这两个电极之间的电解质。

目前这种电池中使用的对电极主要分为两大类：一是基于贵金属铂制成的电极；二是基于廉价的碳材料或者用碳材料添加有机粘合剂或者纳米二氧化钛烧结制成的电极。第一类贵金属铂制成的电极，显而易见铂是贵金属，这大大增加了电极的成本，虽然现在很多研究组在降低铂的用量，但是铂毕竟是贵金属，不利于大规模的推广及应用，所以急需寻找廉价的替代品。第二类电极或者由于制作过程复杂、成本较大，或者由于掺入了不导电的粘合剂，大大增大了电极的电阻。

发明内容

本发明的目的在于：克服已有的贵金属铂制成的电极成本高，不利于大规模的推广及应用的缺陷；以及克服已有的第二类电极的电阻高和制作过程复杂的缺陷；从而提供一种廉价的碳材料做成的可用于染料敏化太阳能电池对电极的浆料。

本发明提供的用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料，包括以下成份和配比：

A.液体混合物     15-95wt％

B.固体碳粉末     5-85％wt％；

所述的固体碳粉末的粒径在1毫米以下，比表面积为10-2000m²/g；

所述的液体混合物由

(a)粘度调节剂    0.5-40wt％；

(b)溶剂          20-99.5wt％混合而成。

在上述的技术方案中，还包括在液体混合物中添加表面活性剂，其添加量为0.5-20wt％；所述的表面活性剂为TritonX 100、TritonX 405、TritonX 114、TritonCF10、TritonDF 20、Triton 15-S-7、Triton 15-S-9等中的一种或它们任意组成的混合物。表面活性剂用于改善浆料的流动性，同时也用于增加多孔固体薄膜中的孔率和调节孔的分布。

在上述的技术方案中，还包括在液体混合物中添加粘合剂，其添加量为0.5-20wt％；所述的粘合剂包括：粉末二氧化锡、二氧化锡胶体或他们任意组成的混合物。

在上述的技术方案中，还包括在液体混合物中添加造孔物质，其中添加量为0.5-20wt％；所述的造孔物质为：纤维素及其盐或衍生物、聚醚类中的一种或它们任意组成的混合物。

在上述的技术方案中，所述的固体碳粉末由不同比表面积硬碳类材料中的一种或它们任意组成的混合物；或所述的固体碳粉末由硬碳类材料与碳黑组成的混合物，其中硬碳类材料为70-100wt％，碳黑为0.5-30wt％。

在上述的技术方案中，所述的溶剂为水、醇类、萜类化合物中的一种或它们任意组成的混合物；其中

所述的醇类为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、苯甲醇、烯丙醇等中的一种或它们任意组成的混合物；

所述的萜类化合物为异冰片、冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇等中的一种或它们任意组成的混合物。

在上述的技术方案中，所述的粘度调节剂为淀粉及其盐或衍生物、纤维素及其盐或衍生物、聚醚类中的一种或它们任意组成的混合物；在制备方法后详细地说明。

本发明的制备用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料的方法，包括以下步骤：

1)首先配制液体混合物，按照粘度调节剂为0.5-40wt％、溶剂为20-99.5wt％的配方称料；

2)将称好的粘度调节剂溶解在溶剂中，然后进行机械搅拌混合均匀，机械搅拌时间5分钟-4小时，温度保持在20-80℃，形成透明的液体混合物；

3)然后把步骤2)配制的液体混合物与固体碳粉末混合均匀，按照固体碳粉为5-85wt％，液体混合物为15-95wt％称料混合，制得用于染料敏化太阳能电池对电极的碳浆料；所述固体碳粉末的粒径在1毫米以下，比表面积为10-2000m²/g。