[发明专利]柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及设备

说明书

一、技术领域

本发明属于一种制备染料敏化太阳能电池光阳极的技术，尤其涉及一种柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及设备。

二、背景技术

现有技术：作为解决能源危机和环境污染的焦点，太阳能是一种无污染并且取之不尽的能源，近年来越来越受到各国政府的重视。美国、日本、德国等国家都颁布了相应的法律法规，鼓励使用太阳能等可再生能源。随着太阳能电池转换效率的提高、成本的降低，不出20年，太阳能就可以同其它电力能源展开竞争。

我国是世界上能源消费增长最快的国家，也是SO₂，NO_x，CO₂排放大国，环境污染的压力愈来愈大。而我国的能源结构和能源资源布局不太理想，人均资源贫乏。我国政府积极鼓励太阳能的开发利用，新颁布的《可再生能源法》已于2006年1月1日实施。但目前研究现状与技术水平与发达国家有较大的差距，开发利用太阳能是我国科技工作者面临的紧迫研究课题之一。

目前，瑞士、美国、澳大利亚、日本等许多国家都投入了大量的资源进行染料敏化太阳电池(Dye-sensitized Solar Cell，DSC)的研究开发。我国973项目“低价、长寿新型光伏电池的基础研究”中，把染料敏化纳米晶薄膜太阳电池列入重点研究，国内很多科研院所正积极地开展针对染料敏化太阳能电池的各个方面的研究工作。

DSCs主要由表面吸附了染料敏化剂的纳米半导体光阳极、电解质、Pt对电极组成。传统的DSCs均以镀有FTO或ITO金属氧化物导电层的透明玻璃为电极基底。近年来，以柔性、轻质量的塑料或金属箔为电极基底制备柔性DSCs电池因其重量轻、可弯曲、成本低廉、应用广泛等突出优点引起了国内外学者和研究机构的高度重视。以柔性基底制得的DSCs质量轻，可弯曲，不但利于电池的连续制造工艺以及机械化、滚筒式生产，从而降低制造成本，而且大大拓展了这类电池的应用范围，如嵌入笔记本电脑箱壁，在光照条件下对电脑充电；装在电动汽车车身为电动机供电；覆盖在房屋的屋顶供应照明用电等；甚至可以广泛应用在雨伞、衣物等日常生活用品上，发展潜力很大。

DSC实现柔性化，关键技术在于光阳极的制备。与玻璃基底相比，柔性基底光阳极的制备工艺截然不同。前者的传统制备方法是：将纳米TiO₂固体粉末加入溶剂、一定的分散剂、稳定剂等，经研磨、超声处理，在高速剪切力的作用下将其分散为均匀的溶胶液，采用刮涂法或丝网印刷法在导电玻璃上制备无裂TiO₂痕涂层，再进行高温烧结，从而获得光阳极。后者由于基底为不耐高温的透明导电高分子材料，不能采用传统工艺对其高温烧结。目前主要采用的ITO/PET(镀氧化铟锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜，其耐热温度低于150℃，温度过高，PET基底易破裂、变形。因此，柔性光阳极的低温制备技术成为关键。

目前制备柔性DSCs的主要方法是机械压膜法。首先将TiO₂纳米粉末均匀分散在溶剂中，随后涂在柔性基底上，自然晾干后对薄膜施加瞬时高压实现机械压制，促使TiO₂纳米颗粒之间颈连接的形成，提高TiO₂薄膜比表面积，降低平均孔径。虽然机械压膜法的效率相对较高，但制备的光阳极TiO₂薄膜粒子仅限于物理结合，形成的颈连接不完整，结合强度较低，并且高压不能完全将薄膜表面压平坦，局部表面密度仍然随机分布。机械压制结束后TiO₂薄膜会残留在压板上，造成薄膜的部分脱落，甚至在电极弯曲时，TiO₂薄膜将出现龟裂。

低温烧结法。这种方法在TiO₂薄膜的制备过程中不使用任何有机物，只在低温条件下进行烧结处理，但耗时长、获得的电池效率低。

水热法。这种方法以水作溶媒，通过加热密闭的水热釜，形成低温、高压的反应环境，对附着TiO₂前驱体的ITO/PET进行12小时低温水热烧结。采用这种方法可获得机械性能稳定，无卷曲、开裂等缺陷的均一性光阳极。但是电极中会残留部分有机物，TiO₂颗粒聚集不完全，此外这种方法制备周期较长、效率较低，不易实现工业化生产。