专利名称：染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池电极材料及其制备方法，属于金属和有机与无机材料领域。
染料敏化纳米薄膜太阳电池主要由以下几个部分组成光阳极、纳米多孔半导体薄膜、染料光敏化剂、电解质和反电极。由于染料敏化纳米薄膜太阳电池的内部为具有高氧化-还原能力的电解质，对普通金属腐蚀性特别强，若不采用保护或处理，电极会在瞬间被腐蚀。这也是该类电池在过去10年间未有突破性进展的根本性原因。目前该类小面积电池(小于1平方厘米)的最高转换效率已达到10.8％左右，但在大面积(大于1平方厘米)电池的应用上未有明显的改善，严重阻碍了这种太阳电池的广泛应用。
一种染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于太阳电池包括下列三层第一层镀有透明导电薄膜的玻璃衬底上利用丝网印刷或其它成膜的方法沉积一层宽带隙半导体多孔薄膜，此半导体层用于吸附光敏化剂，第二层为电解质层，第三层为镀有催化剂的透明导电玻璃，在上述第一层或第三层上，利用丝网印刷、挤压或注入方法涂附金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料并固化，制成金属电极。
在金属电极上覆盖一层高分子粘合剂。
金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料是金、镍、钨、钼、锰、铂或钛粉末和环氧树脂、酚醛树脂、聚氨脂、丙烯酸酯树脂、各种有机硅胶、聚乙烯或聚甲基丙稀酸的混合浆料，并在金属电极上覆盖一层高分子粘合剂。
金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料是金属粉末与玻璃粉以及松油醇的混合浆料。
所述的混合浆料是单组份或双组份及多组份电极浆料如银浆料、铜浆料、铝浆料、钌浆料、铂浆料、银/钯浆料、银/铝浆料。
把第一层和第三层粘贴在一起。
所述的混合浆料涂附成电极后经过50至700℃之间烧结。
制备的电池单元上的金属电极可以为单条也可以为多条和各种形状。
所有电极材料可以为单组份，也可以为双组份及多组份。
金属粉末为50-400目。
本发明提出的应用于大面积染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备可以通过两种方法和技术来实现。第一种方法是通过选用可耐电解质腐蚀的各种金属材料，如金、镍、钨、钼、锰、铂、钛，所需的金属研磨成一定体积大小的粉末(50-400目)。在单组份或双组份及多组份环氧树脂或有机硅胶粘合剂中掺入一定比例金属粉末，将粘合剂和金属粉末按一定比例充分混合后，充分混合和研磨，使金属粉末和胶粘剂充分均匀，制成一定稠度的浆料，得到金属浆料，然后利用丝网印刷、挤压或注入方法把这些金属浆料涂附在染料敏化纳米薄膜太阳电池的第一层和第三层其中之一层导电玻璃上，然后把第一层和第三层粘贴在一起，在室温或加温烧结使其固化。电极固化完成后将大大减少导电玻璃的内阻，提高电池的各项性能。
第二种方法是利用电阻较小的金属浆料(主要是金属粉末与玻璃粉以及松油醇等混合)，如在半导体工业中常用的金属浆料银浆料、铜浆料、铝浆料、钌浆料、铂浆料、银/钯浆料、银/铝等单组份或双组份及多组份电极浆料，利用丝网印刷技术在导电玻璃印刷设计所需的电极图形，并烧结成型。再在电极图形上覆盖一层保护层，此保护层可以是有机高分子聚合物薄膜，如聚乙烯和聚甲基丙稀酸薄膜，也可以是环氧树脂或有机硅胶等粘和剂，也可以是低温玻璃粉浆料，利用加温融化、固化和烧结等方法使以上材料完全保护电极材料，然后可以把第一层和第三层粘贴在一起，在室温、加温或烧结使第一层和第三层完全粘结在一起。
利用此方法和技术可以使电极得到完全保护，同时大大减少导电玻璃的内阻，有效地降低了大面积太阳电池的生产成本，有效地改善了电池的性能(效率提高50％~200％；填充因子提高30％~120％)。材料的性能稳定，电池的性价比得到很大的提高，从而进一步保证了电池性能的稳定、可靠，达到实用和长寿命的目的。技术简单易行，同时解决了一直困扰在生产大面积的低价长寿命染料敏化纳米薄膜太阳电池的瓶颈问题。
图1为本发明染料敏化纳米薄膜太阳电池原理图。
图2为使用二维平台和多筒挤压管制备本发明电极的示意图。
图3为本发明大面积染料敏化纳米薄膜太阳电池剖视图。
图4为本发明大面积染料敏化纳米薄膜太阳电池剖视图。
将烘烤到一定温度的导电玻璃放置在二维平台206上；选择50-400目钨粉末和环氧树脂配成混合浆料，将混合浆料、酚醛树脂分别放入多筒挤压管202中；调节挤压气缸压力，使制备电极的混合浆料能通过一特制混合器205混合后，按一定的比例，均匀地被挤压出来；使平台206上的导电玻璃302按照设计的路线运动，注在导电玻璃302上，即可制成金属电极303，再在金属电极303上覆盖一层环氧树脂高分子粘合剂，成为金属电极保护层305，加温使之固化。
根据需要金属电极303可制作多条也可以为各种图形。
实施例2参见图4，图中，401-导电玻璃402-导电薄膜403-金属电极404-二氧化钛膜405-电解液406-导电玻璃407-密封层408-催化剂1.将需制备电极的导电玻璃401放置在印刷平台206上；2.将设计好的丝网对中，并放入配制好的银/钯浆料，即银/钯粉末与玻璃粉以及松油醇的混合浆料。
3.进行印刷，将银/钯浆料涂附在导电玻璃401上。
4.把导电玻璃401和导电玻璃406粘贴在一起。
5.放在50至700℃之间的隧道窑内烧结；6、也可以用平板压力机在经过烧结的导电玻璃401上覆盖一层丙烯酸酯树脂高分子粘合剂，制成保护层即可。
权利要求
1.一种染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于太阳电池包括下列三层第一层镀有透明导电薄膜的玻璃衬底上利用丝网印刷或其它成膜的方法沉积一层宽带隙半导体多孔薄膜，此半导体层用于吸附光敏化剂，第二层为电解质层，第三层为镀有催化剂的透明导电玻璃，在上述第一层或第三层上，利用丝网印刷、挤压或注入方法涂附金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料并固化，制成金属电极。
2.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于金属电极上覆盖一层高分子粘合剂。
3.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料是金、镍、钨、钼、锰、铂或钛粉末和环氧树脂、酚醛树脂、聚氨脂、丙烯酸酯树脂、各种有机硅胶、聚乙烯或聚甲基丙稀酸的混合浆料，并在金属电极上覆盖一层高分子粘合剂。
4.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料是金属粉末与玻璃粉以及松油醇的混合浆料。
5.根据权利要求4所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的混合浆料是单组份或双组份及多组份电极浆料如银浆料、铜浆料、铝浆料、钌浆料、铂浆料、银/钯浆料、银/铝浆料。
6.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于把第一层和第三层粘贴在一起。
7.根据权利要求5所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的混合浆料涂附成电极后经过50至700℃之间烧结。
8.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于制备的电池单元上的金属电极可以为单条也可以为多条和各种形状。
9.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于所有电极材料可以为单组份，也可以为双组份及多组份。
10.根据权利要求1所述的染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法，其特征在于金属粉末为50-400目。
全文摘要
本发明涉及染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法。太阳电池包括下列三层第一层镀有透明导电薄膜的玻璃衬底上利用丝网印刷或其它成膜的方法沉积一层宽带隙半导体多孔薄膜，此半导体层用于吸附光敏化剂，第二层为电解质层，第三层为镀有催化剂的透明导电玻璃，在上述第一层或第三层上，利用丝网印刷、挤压或注入方法涂附金属粉末与其它高分子粘合剂的混合金属浆料并固化，制成金属电极。电极固化完成后将大大减少导电玻璃的内阻，本发明的技术和方法操作简单，价格低廉，制作的电池性能完好。
文档编号H01L31/0224GK1444291SQ0215728
公开日2003年9月24日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者王孔嘉, 戴松元, 翁坚, 隋毅峰, 王卫国 申请人:中国科学院等离子体物理研究所