专利名称：染料敏化太阳电池电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池领域，具体是一种染料敏化太阳电池电极的制备方法。
背景技术：
1991年瑞士洛桑高等理工学院实验室在Nature(O’Regan B.，Graetzel.M，1991，353，737)上报道一种全新的染料敏化太阳电池的研究成果，立即得到国际上广泛关注和重视。
染料敏化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。由于染料敏化太阳电池电极的内部为具有高氧化一还原能力的电解质，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年未有突破性进展的根本性原因。目前这类小面积电池(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。
发明内容
本发明的目的是提供适合于大规模生产制备较大面积(大于1平方厘米)的染料敏化太阳电池电极的制备方法。
本发明的技术方案如下一种染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于在染料敏化太阳电池的基底上刻画出一条或多条凹槽，然后利用丝网印刷、挤压或注入方法将金属粉末与高分子粘合剂的混合金属浆料或者导电浆料，导电石墨等导电材料，涂覆在凹槽内，并且与基底上的导电基材相接触，并固化，制成电极。
在电极上或者电极两侧覆盖一层高分子粘合剂或者低温玻璃粉、陶瓷膜等绝缘材料。
所述的高分子粘合剂是指环氧树脂、酚醛树脂、聚氨脂、聚丙烯酸酯类树脂、各种有机硅胶、聚乙烯类，聚丙烯类，或聚甲基丙烯酸类等烯烃类聚合物薄膜材料。
所述的固化是涂敷在凹槽内的材料经过50至700℃之间烧结固化。
所述的混合金属浆料是指选自金、银、铜、镍、钨、铝、锰、铂或钛，或其中任意两种及以上金属粉末与高分子粘合剂混合后的材料。
所述的混合金属浆料是指金属粉末与玻璃粉、松油醇的混合浆料。
所述的凹槽通过以下方法刻画利用激光雕刻、机械打磨、机械研磨、喷砂、或化学刻蚀方法在染料敏化太阳电池的基底上刻画出深度为10纳米以上深度的凹槽，宽度为10纳米以上。
所述的凹槽深为0.1um～2mm，宽度0.1mm～30mm。
化学刻蚀方法是指采用氢氟酸、或氢氧化钠、或氢氧化钾在在染料敏化太阳电池的基底上腐蚀出凹槽，或经过机械打磨，或经过利用研磨膏轻微研磨，然后清洗干燥。
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他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，或者金属电极。在上述第一层或第三层上，把第一层和第三层粘贴在一起。
所述的混合金属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、钉浆料、铂浆料、银/钯浆料、银/铝浆料。
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等导电基材的内阻，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5％以上；填充因子提高5％以上)材料的性能稳定，电池的性能得到很大的提高，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太阳电池的瓶颈问题。
图1是本发明的染料敏化太阳电池以及电极的示意截面图。
具体实施例方式
参见图1。
101-凹槽，102-导电基底，103-导电膜，104-多孔半导体膜，105-染料吸附层，106-电极保护层密封材料，107电解质层，108-凹槽中的电极，109-对电极上的催化剂，110-半导体电极，120-反电极。
参考图1，使用光电转换电极的染料敏化太阳电池具有类似三明治的结构，其中半导体电极110和反电极120彼此面对。两个电极可以基本上彼此平行。其中吸附有染料的氧化物半导体层104在半导体电极110和反电极120之间。
半导体电极110，包括导电基底102，导电基底102可以由透明材料制成，例如玻璃、聚酯类、聚碳酸酯类、聚酰胺类等。在导电基底102中通过刻划制备的凹槽101，凹槽101中的电极108，电极108可以由单一或2种或2种以上金属的浆料或导电石墨等材料，精确涂覆或印刷在凹槽中，固化，并且电极108与导电膜103良好接触。在导电基底102的表面上形成的透明导电膜103，可以由透明导电材料制成，例如氧化铟锡(ITO)，或氧化氟锡(TCO)等。导电膜103上的多孔半导体膜104，以及多孔半导体膜104上吸附染料层105，染料吸附层105可以是有机，无机类的染料或者混合染料。
对电极120的导电基底102也可以是金属片等材料，图中的对电极上的催化剂109，如Pt，C等，涂敷在对电极的导电膜103上，并且固化。
根据上述实施例中描述的染料敏化太阳电池，电极设置在用作氧化物半导体电极的透明电极上以及对电极上。因此，可以提高电子的传输性能，从而提高了大面积染料敏化太阳电池及模块的填充因子，光电转换效率。
同常规太阳电池相比，具有本发明电极的染料敏化太阳电池增加大约35％的光电转换效率。此外，电极被包覆在绝缘体中，防止了电极之间发生的短路，以及电极被电解质腐蚀。
权利要求
1.一种染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于在染料敏化太阳电池的基底上刻画出一条或多条凹槽，然后利用丝网印刷、挤压或注入方法将金属粉末与高分子粘合剂的混合金属浆料或者导电浆料，导电石墨等导电材料，涂覆在凹槽内，并且与基底上的导电基材相接触，并固化，制成电极。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于在电极上或者电极两侧覆盖一层高分子粘合剂或者低温玻璃粉、陶瓷膜等绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的高分子粘合剂是指环氧树脂、酚醛树脂、聚氨脂、聚丙烯酸酯类树脂、各种有机硅胶、聚乙烯类，聚丙烯类，或聚甲基丙烯酸类等烯烃类聚合物薄膜材料。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的固化是涂敷在凹槽内的材料经过50至700℃之间烧结固化。
5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的混合金属浆料是指选自金、银、铜、镍、钨、铝、锰、铂或钛，或其中任意两种及以上金属粉末与高分子粘合剂混合后的材料。
6.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的混合金属浆料是指金属粉末与玻璃粉、松油醇的混合浆料。
7.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的凹槽通过以下方法刻画利用激光雕刻、机械打磨、机械研磨、喷砂、或化学刻蚀方法在染料敏化太阳电池的基底上刻画出深度为10纳米以上深度的凹槽，宽度为10纳米以上。
8.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于所述的凹槽深为0.1um～2mm，宽度0.1mm～30mm。
9.根据权利要求7所述的染料敏化太阳电池电极的制备方法，其特征在于化学刻蚀方法是指采用氢氟酸、或氢氧化钠、或氢氧化钾在在染料敏化太阳电池的基底上腐蚀出凹槽，或经过机械打磨，或经过利用研磨膏轻微研磨，然后清洗干燥。
全文摘要
本发明涉及一种染料敏化太阳电池电极的制备方法。在染料敏化太阳电池的基底上刻画出一条或多条凹槽，然后利用丝网印刷、挤压或注入方法将金属粉末与高分子粘合剂的混合金属浆料或者导电浆料，导电石墨等导电材料，涂覆在凹槽内，并且与基底上的导电基材相接触，并固化，制成电极。电极固化后将减少其在导电基材上突出的高度，大大减少导电基材的电阻，电池的厚度可以大大降低，光电转换效率提高。
文档编号H01G9/20GK101071830SQ200710022758
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者戴松元, 肖尚锋, 隋毅峰, 王孔嘉 申请人:中国科学院等离子体物理研究所