[實(shí)用新型]制備柔性染料敏化太陽能電池光陽極的設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720046544.7
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN201112400Y
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代云茜;孫岳明;王育喬;宋鉑
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L51/48;H01L21/28;H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01M4/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

一、技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于一種制備染料敏化太陽能電池光陽極的技術(shù)，尤其涉及一種制備柔性染料敏化太陽能電池光陽極的設(shè)備。

二、背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)：作為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的焦點(diǎn)，太陽能是一種無污染并且取之不盡的能源，近年來越來越受到各國政府的重視。美國、日本、德國等國家都頒布了相應(yīng)的法律法規(guī)，鼓勵(lì)使用太陽能等可再生能源。隨著太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高、成本的降低，不出20年，太陽能就可以同其它電力能源展開競爭。

我國是世界上能源消費(fèi)增長最快的國家，也是SO₂，NO_x，CO₂排放大國，環(huán)境污染的壓力愈來愈大。而我國的能源結(jié)構(gòu)和能源資源布局不太理想，人均資源貧乏。我國政府積極鼓勵(lì)太陽能的開發(fā)利用，新頒布的《可再生能源法》已于2006年1月1日實(shí)施。但目前研究現(xiàn)狀與技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家有較大的差距，開發(fā)利用太陽能是我國科技工作者面臨的緊迫研究課題之一。

目前，瑞士、美國、澳大利亞、日本等許多國家都投入了大量的資源進(jìn)行染料敏化太陽電池(Dye-sensitized?Solar?Cell，DSC)的研究開發(fā)。我國973項(xiàng)目“低價(jià)、長壽新型光伏電池的基礎(chǔ)研究”中，把染料敏化納米晶薄膜太陽電池列入重點(diǎn)研究，國內(nèi)很多科研院所正積極地開展針對染料敏化太陽能電池的各個(gè)方面的研究工作。

DSCs主要由表面吸附了染料敏化劑的納米半導(dǎo)體光陽極、電解質(zhì)、Pt對電極組成。傳統(tǒng)的DSCs均以鍍有FTO或ITO金屬氧化物導(dǎo)電層的透明玻璃為電極基底。近年來，以柔性、輕質(zhì)量的塑料或金屬箔為電極基底制備柔性DSCs電池因其重量輕、可彎曲、成本低廉、應(yīng)用廣泛等突出優(yōu)點(diǎn)引起了國內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的高度重視。以柔性基底制得的DSCs質(zhì)量輕，可彎曲，不但利于電池的連續(xù)制造工藝以及機(jī)械化、滾筒式生產(chǎn)，從而降低制造成本，而且大大拓展了這類電池的應(yīng)用范圍，如嵌入筆記本電腦箱壁，在光照條件下對電腦充電；裝在電動(dòng)汽車車身為電動(dòng)機(jī)供電；覆蓋在房屋的屋頂供應(yīng)照明用電等；甚至可以廣泛應(yīng)用在雨傘、衣物等日常生活用品上，發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

DSC實(shí)現(xiàn)柔性化，關(guān)鍵技術(shù)在于光陽極的制備。與玻璃基底相比，柔性基底光陽極的制備工藝截然不同。前者的傳統(tǒng)制備方法是：將納米TiO₂固體粉末加入溶劑、一定的分散劑、穩(wěn)定劑等，經(jīng)研磨、超聲處理，在高速剪切力的作用下將其分散為均勻的溶膠液，采用刮涂法或絲網(wǎng)印刷法在導(dǎo)電玻璃上制備無裂TiO₂痕涂層，再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，從而獲得光陽極。后者由于基底為不耐高溫的透明導(dǎo)電高分子材料，不能采用傳統(tǒng)工藝對其高溫?zé)Y(jié)。目前主要采用的ITO/PET(鍍氧化銦錫的聚對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜，其耐熱溫度低于150℃，溫度過高，PET基底易破裂、變形。因此，柔性光陽極的低溫制備技術(shù)成為關(guān)鍵。

目前制備柔性DSCs的主要方法是機(jī)械壓膜法。首先將TiO₂納米粉末均勻分散在溶劑中，隨后涂在柔性基底上，自然晾干后對薄膜施加瞬時(shí)高壓實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓制，促使TiO₂納米顆粒之間頸連接的形成，提高TiO₂薄膜比表面積，降低平均孔徑。雖然機(jī)械壓膜法的效率相對較高，但制備的光陽極TiO₂薄膜粒子僅限于物理結(jié)合，形成的頸連接不完整，結(jié)合強(qiáng)度較低，并且高壓不能完全將薄膜表面壓平坦，局部表面密度仍然隨機(jī)分布。機(jī)械壓制結(jié)束后TiO₂薄膜會殘留在壓板上，造成薄膜的部分脫落，甚至在電極彎曲時(shí)，TiO₂薄膜將出現(xiàn)龜裂。

低溫?zé)Y(jié)法。這種方法在TiO₂薄膜的制備過程中不使用任何有機(jī)物，只在低溫條件下進(jìn)行燒結(jié)處理，但耗時(shí)長、獲得的電池效率低。

水熱法。這種方法以水作溶媒，通過加熱密閉的水熱釜，形成低溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，對附著TiO₂前驅(qū)體的ITO/PET進(jìn)行12小時(shí)低溫水熱燒結(jié)。采用這種方法可獲得機(jī)械性能穩(wěn)定，無卷曲、開裂等缺陷的均一性光陽極。但是電極中會殘留部分有機(jī)物，TiO₂顆粒聚集不完全，此外這種方法制備周期較長、效率較低，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。