[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及粘结剂技术领域，尤其涉及一种用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

在染料敏化太阳能电池碳对电极的制备中，将碳材料制成浆料，然后再涂覆在导电玻璃基底制备成碳对电极。为与导电基底粘合，现有技术常采用添加有机或无机粘结剂的方式，如将活性碳和碳黑分布在SnCl₄水溶液中，球磨时SnCl₄水解转化成锡酸凝胶，后续丝网成膜后，锡酸凝胶进一步固化，这样锡酸凝胶就像无机粘结剂一样将活性碳和碳黑粘结在导电玻璃基底上。此外，也有采用将TiO₂添加到碳浆料中以改善附着力的方式等。虽然现有技术这些添加剂的引入实现了碳浆与导电基底的粘合，但仍然存在着以下致命的缺陷：催化层与导电基底的结合性差，导致电池的接触电阻较大，对电极的稳定性差，从而在一定程度上制约了染料敏化太阳能电池的应用和发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂，以提高催化层与导电基底的结合性，改善对电极的性能及催化活性，从而满足染料敏化太阳能电池对电极的要求，促进染料敏化太阳能电池的应用和发展。本发明的另一目的在于提供上述粘结剂的制备方法，以及上述粘结剂在制备对电极中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂，按照重量份数其组成为：一缩二丙二醇13～18份、钛酸正四丁酯4～5份、糠醇5～7份、糠醇树脂5～7份、对甲苯磺酸1～2份。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

采用聚合物-溶剂相分离法，将上述组成中的一缩二丙二醇、钛酸正四丁酯、糠醇和糠醇树脂放入锥形瓶中在90～110℃温度下回流冷凝5～6h，形成均一溶液，然后将对甲苯磺酸在10min内缓慢加入并搅拌均匀即得到粘结剂。

本发明制备方法采用聚合物-溶剂相分离法技术，将可转变为碳的前驱体（糠醇树脂和糠醇）、孔形成剂及溶剂、助剂混合，在酸的催化作用下，使碳的前驱体聚合，随着聚合过程的进行所形成的聚合物与孔形成剂和溶剂相分离，形成富聚合物相和富孔形成剂和溶剂的双连续相，体系粘度不断增加变化，最后形成粘附力强的粘结剂。

本发明的又一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂，在制备对电极时其添加量在对电极中占20～47wt%。

本发明粘结剂用于染料敏化太阳能电池对电极的制备中，煅烧时粘结剂在热裂解的过程中，聚合物相转化为碳，而孔形成剂和溶剂蒸发或分解产生气孔，从而形成多孔碳。此多孔碳可直接做为染料敏化太阳能电池的对电极，这种原位聚合的碳材料与导电玻璃的结合性好。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过聚合物-溶剂相分离法制备粘结剂，将可转变为碳的前驱体原位聚合，体系的聚合时间以及粘度可调，合成得到的粘结剂体系不仅粘附力强，而且经过热裂解后可以形成多孔碳材料。

(2)本发明通过控制组分的变化量、相分离过程以及热裂解过程，粘结剂的粘度、以及所得多孔碳的密度、孔径的大小和分布及孔的形貌在很大范围内可调。多孔碳粒径由几纳米到微米可调，比表面积大，性能优异。

(3)本发明粘结剂在对电极的制备中，经热裂解后形成的是原位聚合的多孔碳材料，与基底的结合性好，而且这种多孔碳材料为玻璃态碳和少量石墨的混合相，其中玻璃态碳占主体，而玻璃态碳是一种具有良好热性能和极好耐腐蚀性能的导电材料，其电阻率为40×10^-4Ωmm²/M，从而显著提高了导电性、催化活性和稳定性，能够很好地满足染料敏化太阳能电池对电极的要求，从而促进染料敏化太阳能电池的应用和发展。

(4)本发明粘结剂能够与其它非铂材料如TiC、石墨等形成均一的混合体，便于外加其他材料制备复合非铂对电极，从而实现电极结构和性能的可控。

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例一：

1、本实施例用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂，按照重量份数其组成为：一缩二丙二醇13份、钛酸正四丁酯4份、糠醇5份、糠醇树脂5份、对甲苯磺酸1份。

2、本实施例用于染料敏化太阳能电池对电极的粘结剂其制备方法如下：