[发明专利]染料敏化太阳能电池的柔性碳对电极的制备方法、柔性碳对电极以及电池

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池的柔性碳对电极的制备方法、柔性碳对电极以及电池。 

背景技术

1991年瑞士洛桑高等工业学院Greatzel教授领导的研究小组，把纳米多孔TiO₂应用于染料敏化太阳能电池（DSSC），该研究取得了突破性进展。自Gratzel教授在实验室小面积（<0.2cm²）电池取得7.1%的光电转换效率以来，染料敏化太阳能电池引起了越来越多的科学家重视，在2004年小面积电池效率提高到11.04%，目前日本Sharp公司宣布小面积电池效率达到11.1%。由于染料敏化太阳能电池潜在的应用前景，吸引了众多商业公司和研究机构投入大量的力量，并加大了具有实用化意义的大面积电池的研究。 

根据染料敏化太阳能电池的对电极的导电基底材料软硬的性质不同可将染料敏化太阳能电池分为刚性染料敏化太阳能电池和柔性染料敏化太阳能电池两大类。目前制备的刚性染料敏化太阳能电池的对电极大多数是以刚性的导电玻璃为导电基底，因此电池不可弯曲。而柔性染料敏化太阳能电池的对电极是以柔性导电薄膜为导电基底，柔性导电薄膜具有重量轻、可挠曲、可弯折等特性，恰恰弥补了刚性导电玻璃较重、易碎、不能随意变形等缺点。柔性染料敏化太阳能电池的结构与刚性染料敏化太阳能电池结构基本相同，两者的区别主要在于导电基底不同。柔性染料敏化太阳能电池的实现，对于太阳能电池产业化具有重要的意义， 但是，柔性染料敏化太阳能电池的对电极所采用的柔性导电薄膜所能承受的最高温度较低（能够耐受的温度＜150℃），因此在柔性染料敏化太阳能电池的对电极的柔性导电薄膜上低温制备导电膜层成为影响染料敏化太阳能电池发展的一个重要因素。 

染料敏化太阳能电池的对电极主要包括铂对电极、碳对电极、导电聚合物对电极等。传统的对电极多采用铂对电极，虽然铂对电极催化效果优异，但是由于其价格昂贵，不适合大规模生产的需求，从而大大限制了其应用；同样的导电聚合物对电极也存在价格较高的劣势；而碳对电极由于其来源广泛、容易获得、价格低廉，同时兼具有良好的导电性和催化活性成为染料敏化太阳能电池的对电极的研发重点。 

目前，使用柔性导电薄膜作为导电基底的柔性碳对电极引起了广泛关注。在柔性碳对电极的制备过程中，需要在导电基底柔性导电薄膜上设置导电膜层，由于柔性导电薄膜所能承受的最高温度较低，继续升温将导致柔性导电薄膜变形、发生老化，因此难以实现导电膜层内的颗粒间的有效连接，且导电膜层与柔性导电薄膜的结合力差，不利于染料敏化太阳能电池的光电性能的提升。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种染料敏化太阳能电池的柔性碳对电极的制备方法、柔性碳对电极以及电池，通过本发明的制备方法得到的柔性碳对电极的导电基底上的导电膜层表面的材料分布均匀、光滑平整，且没有任何膜裂现象。 

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种染料敏化太阳能电池的柔性碳对电极的制备方法，包括以下步骤： 

将包含碳材料的原料使用冷喷涂法向柔性导电基底上喷涂，在所述柔性导电基底上形成包含所述碳材料的导电膜层，得到柔性碳对电极。 

冷喷涂法是指使用喷枪，喷枪接收（例如）诸如氦、氮或者空气的高压气体，以及（例如）诸如非金属、耐熔金属或合金等粉末材料，粉末材料在高压下被引导到喷枪中的气流中，该粉末材料与气流一起从喷嘴中喷射出，以500m/s～1200m/s的高速向基材碰撞，且该粉末材料保持原固体方式没有发生熔化，但是粉末材料发生纯塑性变形聚合从而在基材上形成导电膜层。当然，气流速度也可以为超音速的。 

优选的是，所述碳材料包括介孔碳、微孔碳、活性碳、玻璃碳、炭黑、石墨中的一种或几种的混合物。 

优选的是，所述碳材料为所述炭黑和所述石墨的混合物。 

优选的是，所述炭黑和所述石墨的质量比为（1∶2）～（1∶10）。 

优选的是，所述炭黑的粒径为10～500nm，和/或所述石墨的粒径为500nm～5μm。 

优选的是，所述炭黑的比表面积为10～3000m²/g。 

优选的是，所述石墨的比表面积为1～20m²/g。 

优选的是，所述冷喷涂法中喷涂用的气体的压力为0.1～0.5MPa。