本发明专利技术涉及一种低电阻电极、制法及其在碳基钙钛矿太阳能电池上的应用，该电极是由平面碳层和碳指或碳网结构层构成的双层复合碳层结构，所述的平面碳层为平面结构，所述的碳指或碳网结构层为碳指或碳网结构；所述的碳指或碳网结构层设置在平面碳层上，其覆盖率不超过80％。制备方法包括：(1)低电阻碳浆料制备；(2)建立碳层厚度和方阻之间的工作曲线；(3)确定双层复合碳层结构的适宜厚度；(4)平面碳层的制备；(5)低电阻碳指或碳网结构层的制备。将低电阻电极用在无空穴的碳基钙钛矿太阳能电池上。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高电池的光电转换效率、提高电池的稳定性、成本低、工艺简单等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低电阻电极，尤其是涉及一种低电阻碳指或碳网电极、制备方法及其在碳基钙钛矿太阳能电池上的应用。
技术介绍
近年来，新一代钙钛矿太阳能电池的研究风靡全球，目前其权威机构认证的最高电池效率已经突破22％，超过传统薄膜太阳能电池的效率。与其它类型的太阳能电池相比，这类电池还具有无可比拟的优点，如材料来源方便、制作工艺简单、设备要求不高以及电池成本低等。这些特点说明了钙钛矿太阳能电池可望成为新一代太阳能电池最具产业化的代表。钙钛矿太阳能电池是一类以钙钛矿为光敏化剂的全固态太阳能电池。根据背电极的不同，它可以分为金属基钙钛矿太阳能电池和碳基钙钛矿太阳能电池，其中，碳基钙钛矿太阳能电池，根据有无空穴传输层的特点，又可以分为无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池和有空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池。与金属基钙钛矿太阳能电池相比，碳基钙钛矿太阳能电池由于不涉及昂贵的贵金属及其制作工艺，因此其成本更加低廉和工艺更加简单。另外，与有空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池相比，无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池不仅无需空穴传输层，而且电极制作工艺仅仅采用成本低廉的印刷技术，避免采用有空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池所需要的难以工业化生产的旋涂技术，因此其工业化发展前景更加看好。碳电极是无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池的背电极，它不仅是电池的重要组成部分，而且还承载着空穴传输和构成电子回路的作用。因此，碳电极的性能会很大地影响着电池的性能。考察无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池的碳电极的性能是否好坏主要表现在两个方面，一是碳电极层的厚度；二是碳电极层的面电阻。其中，碳电极层的厚度与钙钛矿前驱体溶液的灌注有关，太厚的碳电极层势必影响着钙钛矿前驱体溶液的灌注效率，因此，合理的碳电极层的厚度宜薄些，但不能太厚；碳电极层的面电阻与碳电极层的材料和厚度有关，对于确定的碳电极层材料而言，碳电极层的面电阻是随着碳电极层的厚度的增大而减少，且变化趋势是先大后小，最后趋于稳定。可见，碳电极层的厚度和面电阻是一对矛盾体，要想获得优异的碳电极性能，就必须对碳电极层的厚度和面电阻进行合理优化。有效地降低碳电极的厚度和面电阻是这类太阳电池的重点发展方向。然而，我们调研发现，目前大部分的碳电极研究主要是集中在小面积电池上，而且重点在于优化材料组成和碳电极的厚度上，从而获得合理的结果。而在大面积电池上，尽管也有报道，但是其做法和小面积电池一样。与小面积电池相比，大面积电池，随着碳电极面积增加，电池内阻增大，空穴传输过程中能量损耗大，电池的光电转换效率将大大降低。为了最大限度地减少电池内阻的增大，大面积电池有必要对碳电极表面进行低电阻改性处理。那种单纯地采用小面积电池的技术用于大面积电池显然是不可行的。无疑，上述不足将限制了这类电池的进一步推广和工业化发展的进程。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低电阻电极、制法及其在碳基钙钛矿太阳能电池上的应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低电阻电极，其特征在于，该电极是由平面碳层和碳指或碳网结构层构成的双层复合碳层结构，所述的平面碳层为平面结构，所述的碳指或碳网结构层为碳指或碳网结构；所述的碳指或碳网结构层设置在平面碳层上，其覆盖率不超过80％。与单独的平面碳层的面电阻相比，双层复合碳层结构由于在平面碳层上引进了碳指或碳网结构层，从而具有更大的厚度，因此会具有更低的面电阻。通过这些低电阻的碳指或碳网结构层的作用，可以使平面碳层的面电阻得到有效地降低，从而减少了电子或空穴传输过程中的能量损耗，在整个电子回路中起到低电阻的作用。所述的电极的碳层厚度与碳层方阻之间呈反比，是指随着的碳层厚度的增加，碳层的方阻反而减少，减少的趋势是先迅速后缓慢，最后趋向于稳定值。平面碳层的厚度选择位于碳层方阻随着碳层厚度的增加而迅速降低的厚度，优选的厚度是一个厚度区域范围内的任意值；碳指或碳网结构层的厚度选择位于碳层方阻随着碳层厚度的增加而降低趋势开始趋向于稳定值的厚度，优选的厚度是一个厚度区域范围的任意值；所述的平面碳层的厚度为5-20微米；所述的碳指或碳网结构层的厚度为30-100微米。所述的平面碳层的厚度为10微米；所述的碳指或碳网结构层的厚度为30-50微米。所述的碳指或碳网结构层的厚度，如果厚度过小，碳指或碳网结构层的电阻和平面碳层的电阻相差不大，低电阻性能不够好；如果厚度过大，碳指或碳网结构层的厚度太厚，对低电阻性能的效果不大，而且还容易出现膜层开裂等不利的影响。所述的碳指或碳网结构层是指结构层为碳指层，或碳网层，其中碳指层是指由n条碳指组成的碳层结构，n≥2，碳指为类似手指形状的碳层结构，碳指一端开放，另一端相互连接，两侧为直线或曲线；碳指的形状包括单碳指或多碳指；所述的碳网层为类似网格形状的碳层结构，网格的数量n≥1，当n＝1时，为单网格碳网，当n≥2时，为多网格碳网，多网格碳网包括闭合结构或开口结构，闭合结构为碳网全部由闭合的网格构成，开口结构为碳网是由碳指和闭合的网格复合构成；构成网格的线为直线或曲线；碳网的形状包括单网格碳网、竖形多网格碳网、横形多网格碳网、交形多网格碳网、以及多网格单碳指复合碳网和多网格多碳指复合碳网中的任何一种或几种。所述的碳指的线宽度范围为0.2mm-2mm，线厚度大于或等于5微米；碳指宽度a小于或等于碳指下层的碳层的宽度，碳指长度b为小于或等于或大于碳指下层的碳层的长度；所述的碳网的线宽度范围为0.5mm-5mm，线厚度大于或等于10微米，碳网的总宽度c小于或等于碳网下方的碳层的宽度，网格长度d小于或等于或大于碳网下方的碳层的长度。所述的碳指的线宽度范围为0.5-1mm，线厚度为10-50微米；所述的碳网的线宽度范围为1-3mm，线厚度为15-50微米。一种低电阻电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)低电阻碳浆料制备；将石墨、炭黑、无机氧化物、有机增稠剂、以及溶剂混合，采用球磨或三辊法制成碳浆，所述的石墨和炭黑的重量比为1-10：1，所述碳浆中石墨和炭黑所占的固含量为10-60wt％，无机氧化物所占的固含量为1-10wt％，有机增稠剂所占的固含量为1-10wt％；(2)建立碳层厚度和方阻之间的工作曲线将步骤(1)所得碳浆料通过丝网印刷方法、刮涂法或喷涂法制成碳层，然后于350-500℃烧结10-60分钟，用四探针电阻测试仪或欧姆表测量碳层的电阻，建立碳层厚度和方阻之间的工作曲线；所述碳层的厚度通过印刷或刮涂或喷涂的次数来控制；(3)确定双层复合碳层结构的适宜厚度根据步骤(2)所得工作曲线，选择位于碳层方阻随着碳层厚度的增加而迅速降低的厚度作为平面碳层的厚度；选择位于碳层方阻随着碳层厚度的增加而降低趋势开始趋向于稳定值的厚度作为碳指或碳网结构层的厚度；(4)平面碳层的制备采用丝网印刷方法、刮涂法或喷涂法制成步骤(3)所确定厚度平面碳层，并于350-500℃烧结10-60分钟；(5)低电阻碳指或碳网结构层的制备根据需要设计碳指或碳网的形状和尺寸，在步骤(4)所得平面碳层上，采用丝网印刷方法、刮涂法或喷涂法制成步骤(3)所确定厚度的碳指或碳网，并于350-500℃烧结10-60分钟，即得低电阻电极。步骤(1)所述碳浆中石墨和炭本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低电阻电极，其特征在于，该电极是由平面碳层和碳指或碳网结构层构成的双层复合碳层结构，所述的平面碳层为平面结构，所述的碳指或碳网结构层为碳指或碳网结构；所述的碳指或碳网结构层设置在平面碳层上，其覆盖率不超过80％。
【技术特征摘要】
1.一种低电阻电极，其特征在于，该电极是由平面碳层和碳指或碳网结构层构成的双层复合碳层结构，所述的平面碳层为平面结构，所述的碳指或碳网结构层为碳指或碳网结构；所述的碳指或碳网结构层设置在平面碳层上，其覆盖率不超过80％。2.根据权利要求1所述的一种低电阻电极，其特征在于，所述的电极的碳层厚度与碳层方阻之间呈反比，平面碳层的厚度选择位于碳层方阻随着碳层厚度的增加而迅速降低的厚度；碳指或碳网结构层的厚度选择位于碳层方阻随着碳层厚度的增加而降低趋势开始趋向于稳定值的厚度；所述的平面碳层的厚度为5-20微米；所述的碳指或碳网结构层的厚度为30-100微米。3.根据权利要求2所述的一种低电阻电极，其特征在于，所述的平面碳层的厚度为10微米；所述的碳指或碳网结构层的厚度为30-50微米。4.根据权利要求1所述的一种低电阻电极，其特征在于，所述的碳指或碳网结构层是指结构层为碳指层，或碳网层，其中碳指层是指由n条碳指组成的碳层结构，n≥2，碳指为类似手指形状的碳层结构，碳指一端开放，另一端相互连接，两侧为直线或曲线；碳指的形状包括单碳指或多碳指；所述的碳网层为类似网格形状的碳层结构，网格的数量n≥1，当n＝1时，为单网格碳网，当n≥2时，为多网格碳网，多网格碳网包括闭合结构或开口结构，闭合结构为碳网全部由闭合的网格构成，开口结构为碳网是由碳指和闭合的网格复合构成；构成网格的线为直线或曲线；碳网的形状包括单网格碳网、竖形多网格碳网、横形多网格碳网、交形多网格碳网、以及多网格单碳指复合碳网和多网格多碳指复合碳网中的任何一种或几种。5.根据权利要求4所述的一种低电阻电极，其特征在于，所述的碳指的线宽度范围为0.2mm-2mm，线厚度大于或等于5微米；碳指宽度a小于或等于碳指下层的碳层的宽度，碳指长度b为小于或等于或大于碳指下层的碳层的长度；所述的碳网的线宽度范围为0.5mm-5mm，线厚度大于或等于10微米，碳网的总宽度c小于或等于碳网下方的碳层的宽度，网格长度d小于或等于或大于碳网下方的碳层的长度。6.根据权利要求5所述的一种低电阻电极，其特征在于，所述的碳指的线宽度范围为0.5-1mm，线厚度为10-50微米；所述的碳网的线宽度范围为1-3mm，线厚度为15-50微米。7.一种根据权利要求1所述的低电阻电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)低电阻碳浆料制备；将石墨、炭黑、无机氧化物、有机增稠剂、以及溶剂混合，采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄福新，黄福建，凌雪，
申请(专利权)人：上海造孚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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