[发明专利]染料敏化太阳能电池对电极

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池对电极。

背景技术

在过去的20年里，染料敏化太阳能电池的发展迅速，凭借着其相比传统电池低廉的成本，相对简单的制作工艺，环保以及优良的转换效率，受到世界的广泛关注，成为有远大应用前景的光伏设备。

染料敏化太阳能电池的结构主要有三部分组成：导电基板上印刷着的吸附了光敏化剂的半导体多孔膜作为工作电极、对电极、以及包裹着光敏化剂的电子传输媒介，例如液相的电解质溶液。

其工作原理为：染料分子在吸收了光子后跃迁到激发态，处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中，电子扩散至导电基底，后流入外电路中，处于氧化态的染料被电解质还原再生，氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环。

良好的对电极必须有良好的导电性能以及对于电子还原的催化性能，但是金属对极基板在生产和加工过程中容易被氧化，从而使得电池耐久性能降低。因此提高电池的耐久性能成为了染料敏化太阳能电池的一个重要课题。另一方面，对电极需要良好的导电性能，因此对对电极金属的选择也有了一定的局限性，从而对电极成本一直无法降低。

发明内容

限制染料敏化太阳能电池产业化发展的主要问题之一，就是耐久性能。而生产以及发电过程中金属对极板容易被氧化，从而影响电池的耐久性能。因此，本发明所要解决的就是改善染料敏化太阳能电池在生产、发电过程中，金属基板被氧化的问题，以便大幅度提高其耐久性能。另一方面，本发明的目的是扩大对电极金属的选择自由度，从而降低对电极生产成本。

在此，本发明提供一种染料敏化太阳能电池对电极，其包括：金属基板、形成于所述金属基板上的氮化钛薄膜、和形成于所述氮化钛薄膜上的对电极材料层。

本发明通过在对电极的金属基板上形成氮化钛薄膜，钛由于其外层电子结构，导致很容易在空气或水中被氧化，而氮化钛带有离子键，降低钛外层电子云密度，即降低了钛的反应活性，更不容易在空气中被氧化，进而改善其耐久性能。

较佳地，所述氮化钛薄膜是溅射于所述金属基板上的氮化钛薄膜。本发明中，溅射形成的氮化钛薄膜与金属基板之间具有良好的附着力，从而能够更好地防止金属基板的氧化。

较佳地，所述溅射的工艺参数为：溅射温度在400℃以下，溅射前真空度≤5E-7torr。靶材可以是氮化钛或钛，钛靶需要氮气气氛。

较佳地，所述氮化钛薄膜的厚度为1埃～1微米。

较佳地，所述金属基板的厚度为10微米～1毫米。

较佳地，所述金属基板为不锈钢或过渡金属。本发明中，金属基板可为不锈钢或过渡金属，打破了常规金属基板选用的局限性，扩大金属基板的选用范围。通过选择较为廉价的金属基板材料，可以降低其生产成本。

较佳地，所述对电极材料层为导电炭、铂金、或导电聚合物。

较佳地，所述对电极材料层是通过在所述氮化钛薄膜上印刷多孔导电炭浆料后于400℃以下干燥而形成的对电极材料层。

本发明可以提高染料敏化太阳能电池对电极的耐久性并降低其生产成本。

本发明还提供一种具备上述任意一种染料敏化太阳能电池对电极的染料敏化太阳能电池。

本发明的染料敏化太阳能电池具有良好的耐久性，相比于非氮化钛溅射的电池，耐久性能可以提高10％～20％。

相较于具有钛基板的染料敏化太阳能电池对电极，本发明的使用不锈钢以及其他过渡金属(例如镍、鈀)作为对电极基板的染料敏化太阳能电池对电极降低了对电极基板成本80％。

附图说明

图1是示出本发明的染料敏化太阳能电池的一个示例结构的示意图，其中：1工作电极基板、2工作电极、3导电栅线、4密封材料、5电解液、6对电极材料层、7氮化钛薄膜、8对电极基板、电解液注入孔9；

图2是使用了两种不同氮化钛溅射工艺的电池的1000小时耐久性能的各参数图(注：此处STD为标准工艺无氮化钛溅射，对电极基板厚度是0.5mm)；

图3是氮化钛溅射不同厚度的电池的1000小时耐久性能的各参数图；

图4是在不同厚度基板上溅射氮化钛的电池的900小时耐久性能的各参数图(注：该图中的STD是标准工艺无氮化钛溅射，但对电极基板厚度是0.1mm)；

图5在不同金属基板上溅射氮化钛的电池的I-V曲线。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。