[发明专利]一种染料敏化太阳能电池的对电极、其制备方法、染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池的对电极及其制备方法。本发明还涉及一种使用该对电极的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

自1991年瑞士洛桑工学院的教授等人首次利用纳米技术，对染料敏化太阳能电池的光电转化效率取得突破性进展以来(O’Regan，B.；，M.Nature 1991，353，737.)，染料敏化太阳能电池(DSSCs)以其简单的制作工艺，低廉的成本和良好的应用前景而备受关注。这种光伏电池的制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，使用寿命能够达到20年以上，被人们认为是最有希望取代硅基太阳能电池的下一代太阳能电池。

这种三明治结构的光伏电池通常是由吸附有染料的纳米晶TiO₂光阳极(工作电极)、含有I^-/I₃^-氧化还原电对的电解质和对电极三部分组成。对电极的作用是收集电池外电路的电子，并把它快速、低耗地传递给电解质，同时催化还原电解质中的I^-。此外对电极还可以将工作电极未吸收的光反射回到工作电极进行二次吸收，提高太阳光的吸收效率。因此，作为DSSCs的对电极，必须具备有高催化活性、高载流子传输能力以及良好的稳定性。

通常一般采用贵金属铂，金等作为DSSCs的对电极，这是因为铂，金对电极具有催化活性高和表面电阻小，这样制备的DSSCs的光电转换效率高，但是铂材料长期在电解质溶液中使用时，会与其中的I₂发生反应生成PtI₄，从而显著降低电池的光伏性能；除此之外，由于铂是一种贵金属材料，也限制了它的大规模应用。因此为了降低成本，人们不得不去寻找其他材料来代替贵金属铂作为对电极，从而制得高效，成本低廉，容易推广应用的染料敏化太阳能电池。

发明内容

本发明所要解决的问题之一在于提供一种成本低廉、易于推广的染料敏化太阳能电池的对电极。

一种染料敏化太阳能电池的对电极，包括阴极导电基板以及覆盖在阴极导电基板表面的碳活性层；所述碳活性层的材质包括碳黑、二氧化钛溶胶以及表面活性剂，且碳黑、二氧化钛溶胶以及表面活性剂按照1∶0.5～2∶0.1～0.5的重量比混合成胶体。

在该染料敏化太阳能电池的对电极中：

所述阴极导电基板为导电玻璃或金属薄片；其中，如果阴极导电基板为导电玻璃，则导电玻璃包括玻璃基板和涂覆在玻璃基板一表面的导电薄膜，且碳活性层覆盖在导电薄膜表面；导电薄膜可以为铟锡氧化物(ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)、掺铝的氧化锌(AZO)或者掺铟的氧化锌(IZO)等材料；

所述碳黑的粒径为20～100nm；所述表面活性剂为非离子型表面活性剂(如，OP-10，曲拉通X-100)；其中，所述二氧化钛溶胶由钛醇盐、乙醇、水和浓硝酸按照1∶1.5∶3∶0.01的体积比混合组成；所述钛醇盐选自钛酸正丁酯、钛酸异丁酯、钛酸丙酯以及钛酸乙酯中的至少一种。

本发明所要解决的问题之二在于提供上述染料敏化太阳能电池的对电极的制备方法，包括如下步骤：

S1、提供并清洗阴极导电基板；

S2、在阴极导电基板表面涂覆一层碳活性层；其中，所述碳活性层的材质包括碳黑、二氧化钛溶胶以及表面活性剂，且碳黑、二氧化钛溶胶以及表面活性剂按照1∶0.5～2∶0.1～0.5的重量比混合成胶体；

S3、将步骤S2制得碳活性层置于惰性气氛中，并升温至450℃下保温30分钟，冷却至室温，制得所述染料敏化太阳能电池的对电极。

上述染料敏化太阳能电池的对电极的制备方法的步骤S3中，所述惰性气氛由氮气和氩气中任一气体组成。

本发明所要解决的问题之三在于提供一种染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池包括上述染料敏化太阳能电池的对电极、多孔半导体薄膜、阳极导电基板以及密封材料；所述多孔导电薄膜设置在阳极导电基板和对电极之间，对电极和阳极导电基板的周边通过绝缘密封材料密封后形成一腔体；所述腔体中还封灌有液体电解质。

在染料敏化太阳能电池中：

所述所述阳极导电基板为导电玻璃或金属薄片；其中，如果阳极导电基板为导电玻璃，则导电玻璃包括玻璃基板和涂覆在玻璃基板一表面的导电薄膜，且碳活性层覆盖在导电薄膜表面；导电薄膜可以为铟锡氧化物(ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)、掺铝的氧化锌(AZO)或者掺铟的氧化锌(IZO)等材料；

所述多孔导电薄膜为纳米二氧化钛胶体。