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CN101887804B - 一种大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法 - Google Patents

一种大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，首先采用丝网印刷、挤压或注入的方式在洁净的导电衬底上形成金属栅线电极并烧结，再经涂覆法或丝网印刷法在导电衬底上制备纳米半导体膜并干燥，纳米半导体膜边缘与金属栅线电极留有间距，然后通过涂覆法或丝网印刷法，在金属栅线电极上覆盖有机高分子粘合剂浆料并干燥，最后一并烧结，制成染料敏化太阳能电池光阳极。采用本发明的制备方法既可避免大面积光阳极制备过程中纳米半导体膜被污染的问题，又可减少覆形固型材料造成的封装厚度增大和电解质渗透腐蚀金属栅线电极，为获得光电转换效率高、耐腐蚀的染料敏化太阳能电池提供优质光阳极，本制备方法工艺简单，可重复性强。

Description

一种大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池制作领域，具体涉及一种大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池光阳极的制作方法。
背景技术：
随着全球性能源危机和环境污染问题的加剧，如何利用清洁、无污染、不受地理环境限制的太阳能资源已成世界范围内的研究热点。在各种新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池以其具理论转化效率高、工艺简单、透明度好、对温度和入射光角度依赖小、制备过程耗能少、成本低等众多优点，而愈来愈受到广泛重视。自1991年瑞士洛桑高等理工学院M.
Figure GDA0000130877610000011
教授实验室报道以来，染料敏化太阳能电池不管在研究还是实用化前景方面都得到较大发展。
目前小面积(＜1cm2)染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高可达11.1％，但在大面积电池制备过程中，由于电池密封、电极关键材料等关键环节相互制约，大大的阻碍了电池效率的提高。如在制备大面积电池时需要引入金属栅线电极，若不在金属栅线电极上覆盖玻璃粉类介质材料，则在纳米半导体膜烧结过程中会因为金属栅线中金属离子的扩散而导致膜被污染，甚至能明显观察到纳米半导体膜周边变黑，这些金属离子掺入纳米半导体膜会引起电池效率的下降；若在金属栅线电极上覆盖玻璃粉类介质材料，烧结后金属栅线电极被包裹，保证纳米半导体膜烧结过程中无金属离子渗入，但玻璃粉类介质浆料烧结后形成一定厚度的壁障，首先增加了封装厚度，增大了两电极间距，可能降低电池效率，另外大部分玻璃粉类介质电解质长期浸泡能够浸透，从而使金属栅线电极被电解质腐蚀。如何解决这类问题是未来染料敏化太阳能电池发展及应用的关键。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种适合于工业化大面积、高效率染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法；旨在解决现有制备方法中纳米半导体膜易被污染，封装厚度增大和电解质渗透腐蚀金属栅线电极导致光电转换效率低的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的，一种大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，首先在导电衬底上制备金属栅线电极并烧结，再在导电衬底上制备纳米半导体膜并干燥，纳米半导体膜边缘与金属栅线电极留有间距，然后在烧结后的金属栅线电极上覆盖有机高分子粘合剂浆料并干燥，最后一并烧结，制成染料敏化太阳能电池光阳极；
所述的纳米半导体薄膜是通过纳米TiO2与乙基纤维和松油醇混合后形成浆料，经涂覆法或丝网印刷法制备并经80℃～160℃干燥，纳米半导体膜边缘与金属栅线电极有0.5～2mm的间距；
所述的高分子粘合剂指环氧树脂、酚醛树脂、聚氨脂、聚丙烯酸类树脂、聚乙烯类、聚丙烯类或聚甲基丙烯酸类烯烃类聚合物流体材料。
所述的金属栅线电极是通过丝网印刷、挤压或注入的方法形成栅线，在375℃～600℃烧结15～60min，形成0.5～2mm宽、5～15μm厚的金属栅线电极。
在完成纳米半导体膜印制及干燥后，将有机高分子粘合剂通过涂覆法或丝网印刷法覆盖在烧结后的栅线电极上并80℃～160℃干燥，保证完全覆盖金属栅线电极。
纳米半导体膜和高分子粘合剂覆形涂覆或印制完成干燥后，共同在375℃～500℃烧结30～90min。
采用本发明的方法制备大面积染料敏化太阳能电池光阳极，既可避免大面积光阳极制备过程中纳米半导体膜被污染的问题，又可减少覆形固型材料造成的封装厚度增大和电解质渗透腐蚀金属栅线电极，为获得光电转换效率高、耐腐蚀的染料敏化太阳能电池提供优质光阳极，本制备方法工艺简单，可重复性强。
具体实施方式：
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
(1)准备工作：导电玻璃按尺寸切割，依次用洗洁剂/水-丙酮-乙醇清洗干净，用洁净空气吹干或真空烘干待用；将高分子聚合物乙基纤维素按质量比1∶9加入松油醇中，60℃混合搅拌2h，形成黏度约5.9KcP的有机载体；纳米半导体浆料制备，将P25二氧化钛颗粒按1∶3的质量比加入已制备的有机载体中混合均用，再经过充分滚轧研磨即形成所需的二氧化钛浆料；Ag浆选用三星3100A。
(2)制备Ag栅：用400目涤纶丝网印刷Ag电极，140℃干燥，370℃烧结30min，600℃烧结30min，Ag电极宽约0.5mm，厚度约5μm。
(3)TiO2膜及覆形有机载体的印刷与干燥：250目涤纶丝网印刷TiO2膜，然后120℃干燥；120目丝网印刷有机载体覆形，120℃干燥。
(4)最后烧结：将步骤(3)制备的膜放入马弗炉中，5℃/min升温至375℃烧结20min，450℃烧结30min，即可制得本发明所述的染料敏化太阳能电池光阳极。
实施例2：
(1)准备工作：导电玻璃按尺寸切割，依次用洗洁剂/水-丙酮-乙醇清洗干净，用洁净空气吹干或真空烘干待用；将乙基纤维素按质量比1∶9加入松油醇中，60℃混合搅拌2h，形成黏度约5.9KcP的有机载体；纳米半导体浆料制备，将P25二氧化钛颗粒按1∶3的质量比加入已制备的有机载体中混合均用，再经过充分滚轧研磨即形成所需的二氧化钛浆料；Ag浆选用上海宝银BYD系列；高分子粘合剂是商购聚醋酸乙烯酯胶乳(陶氏化学)。
(2)制备Ag栅：用250目涤纶丝网印刷Ag电极，120℃干燥，370℃烧结30min，500℃烧结30min，Ag电极宽约0.5mm，厚度约5μm。
(3)TiO2膜及高分子粘合剂覆形层的印刷与干燥：250目涤纶丝网印刷TiO2膜，然后120℃干燥；250目丝网印刷聚醋酸乙烯酯胶乳覆形层，120℃干燥。
(4)最后烧结：将步骤(3)制备的膜放入马弗炉中，3℃/min缓慢升温至375℃烧结20min，450℃烧结30min，即可制得本发明所述的染料敏化太阳能电池光阳极。
实施例3：
(1)准备工作：导电玻璃按尺寸切割，依次用洗洁剂/水-丙酮-乙醇清洗干净，用洁净空气吹干或真空烘干待用；将乙基纤维素按质量比1∶9加入松油醇中，60℃混合搅拌2h，形成黏度约5.9KcP的有机载体；纳米半导体浆料制备，将P25二氧化钛颗粒按1∶3的质量比加入已制备的有机载体中混合均用，再经过充分滚轧研磨即形成所需的二氧化钛浆料；Ag浆选用三星3100A；将酚醛树脂以1∶12的质量比加入乙醇中，60℃混合充分混合搅拌，形成黏度约6.0KcP的高分子粘合剂体系。
(2)制备Ag栅：用250目涤纶丝网印刷Ag电极，140℃干燥，370℃烧结30min，600℃烧结30min，Ag电极宽约1mm，厚度约6μm。
(3)TiO2膜及高分子粘合剂覆形层的印刷与干燥：250目涤纶丝网印刷TiO2膜，然后120℃干燥；250目丝网印刷高分子粘合剂体系覆形层，120℃干燥。
(4)最后烧结：将步骤(3)制备的膜放入马弗炉中，3℃/min缓慢升温至375℃烧结20min，450℃烧结15min，500℃烧结15min，即可制得本发明所述的染料敏化太阳能电池光阳极。
实施例4：
(1)准备工作：导电玻璃按尺寸切割，依次用洗洁剂/水-丙酮-乙醇清洗干净，用洁净空气吹干或真空烘干待用；将高分子聚合物乙基纤维素按质量比1∶9加入松油醇中，60℃混合搅拌2h，形成黏度约5.9KcP的有机载体；纳米半导体浆料制备，将P25二氧化钛颗粒按1∶3的质量比加入已制备的有机载体中混合均用，再经过充分滚轧研磨即形成所需的二氧化钛浆料；Ag浆选用上海宝银BYD系列；杜邦CORLAR25P环氧树脂做高分子粘合剂覆形层。
(2)制备Ag栅：用250目涤纶丝网印刷Ag电极，120℃干燥，370℃烧结30min，500℃烧结30min，Ag电极宽约0.5mm，厚度约5μm。
(3)TiO2膜及高分子粘合剂覆形层的制备与干燥：250目涤纶丝网印刷TiO2膜，然后80℃干燥；在Ag栅覆形图形区域内，用点胶机挤压点注环氧树脂，形成覆形层，然后60℃干燥。
(4)最后烧结：将步骤(3)制备的膜放入马弗炉中，3℃/min升温至375℃烧结20min，450℃烧结30min，即可制得本发明所述的染料敏化太阳能电池光阳极。

Claims (4)

1.一种大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：首先在导电衬底上制备金属栅线电极并烧结，然后在导电衬底上制备纳米半导体膜并干燥，纳米半导体膜边缘与金属栅线电极间留有间距，然后在烧结后的金属栅线电极上覆盖有机高分子粘合剂浆料并干燥，最后共同烧结，制成染料敏化太阳能电池光阳极；
所述的纳米半导体薄膜通过纳米TiO2与乙基纤维和松油醇混合后形成浆料，经涂覆法或丝网印刷法制备并经80℃～160℃干燥，纳米半导体膜边缘与金属栅线电极有0.5～2mm的间距；
所述的高分子粘合剂指环氧树脂、酚醛树脂、聚氨脂、聚丙烯酸类树脂、聚乙烯类、聚丙烯类或聚甲基丙烯酸类烯烃聚合物流体材料。
2.如权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：所述的金属栅线电极是通过丝网印刷、挤压或注入的方法形成栅线，在375℃～600℃烧结15～60min，形成0.5～2mm宽、5～15μm厚的金属栅线电极。
3.如权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：在完成半导体膜印制及干燥后，将有机高分子粘合剂通过涂覆法或丝网印刷法覆盖在烧结后的栅线电极上并80℃～160℃干燥，保证完全覆盖金属栅线电极。
4.如权利要求1所述的大面积染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：纳米半导体膜和高分子粘合剂覆形涂覆后或印制完成干燥后，共同在375℃～500℃烧结30～90min。
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