形成太阳能电池电极的方法技术

本发明专利技术涉及形成太阳能电池电极的方法，包括：提供具有导电层的基板；使用硅烷偶联剂对基板表面进行改性；在基板表面形成晶种层；以及在基板表面上形成电极层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用电镀或无电电镀，并且特别是涉及使用接枝剂对基板进行改性以。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(DSSC)具有低成本、制作工艺容易和工艺设备简单等特点， 因而逐渐受到重视。DSSC主要包括在透明导电玻璃上沉积染料敏化纳米结晶半导体层的阳极(photoanode)、采用镀钼对电极的阴极、及提供碘离子与三碘离子(I37D氧化还原对的电解质。图1显示DSSC的基本操作，其可总结成下述五个步骤(1)在染料分子110中发生光激发而产生电荷分离(如箭头1所示)；( 电荷(此处为电子)注入阳极160中的介孔二氧化钛(TiO2)粒子120的导带中；C3)电荷经电子负载至外部电路130(如箭头2所示)；(4)通过电解质中的氧化还原对140使染料还原至基态(如箭头3所示)；(5)在对电极150上通过由外部电路130所获得的电荷使氧化还原对140还原(如箭头4所示)。在DSSC中，在对电极上使氧化还原对还原的反应可表示如下I3 +2e~ -> I'因为碘离子负责将氧化态的染料分子再生，故上述还原反应非常重要。一旦染料再生速度无法赶上染料氧化速度(即电子由染料分子注入TW2的导带中的速度)，则将严重影响电池的整体转换效能，甚至会使对电极表面产生碘结晶。在现有技术中，如果直接在铟锡氧化物(ITO)或掺氟氧化锡(也称为氟锡氧化物； FT0)玻璃表面与有机溶剂接触来进行上述还原反应，则三碘离子还原动力会变得非常缓慢。故为了降低过电压，将催化剂材料涂覆在ITO或FTO玻璃的表面以加速反应进行。目前为止，钼为最普遍使用的催化剂材料。基于成本和效率考虑，现已发展出许多方式来形成薄的钼层。溅镀是常用方法之一。虽然此方法制造的镀钼电极具有良好的效能， 但其必须在超高真空环境下进行，以致成本始终居高不下。另一常见方法为热还原法。尽管通过再加热处理可使催化剂效能再现，然而此方法需要加热至380°C以上，故不适合应用于塑料基板。还提出将其它材料例如碳和导电高分子作为DSSC中三碘离子反应的催化剂。由于这些新材料通常需要制作成较厚的空隙层涂覆于基板上才能获得可接受的催化剂效果， 因此仍处于初步研发的阶段。目前，DSSC相关的研究与开发技术均致力于进一步降低成本及提高效能。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的为提供使用接枝剂对基板进行改性，然后形成电极从而改善基板与电极之间的附着性的方法。本专利技术的另一目的为提供使用上述电极制造电化学装置从而提高电化学装置效能的方法。根据本专利技术的一个方面，提供形成电极的方法。所述方法包括提供具有导电层的基板；使用硅烷偶联剂对基板表面进行改性；在基板表面上形成晶种层；以及在该基板表面上形成电极层。在一个实施方式中，电极层是利用无电电镀工艺形成的。根据本专利技术的另一方面，提供制造电化学装置的方法。所述方法包括使用封装膜来组装两个电极；以及将电解质注入到两个电极之间；其中形成任一电极的步骤包括使用接枝剂对导电基板表面进行改性以及在导电基板上无电电镀电极层。在一个实施方式中， 接枝剂包括硅烷偶联剂。无电电镀过程包括在导电基板上形成晶种层和电极层。实行上述方法能有效改善基板与后续形成的电极层之间的附着性，故可增进催化剂效果及提高电化学装置的效能。附图说明图1为根据现有技术的染料敏化太阳能电池的基本操作示意图；图2显示根据本专利技术一个实施方式的形成含改性层的电极的方法的流程图；图3显示根据本专利技术一个实施方式的制造电化学装置的方法的流程图；图4为根据实施例1的阴极所组成的测试单元的电化学阻抗谱；以及图5为根据实施例1制得的染料敏化太阳能电池的光电流密度-电压图。主要元件符号说明1、2、3、4箭头110染料分子120 二氧化钛粒子130外部电路140氧化还原对150对电极160 阳极200、300 方法210、220、230、240、250、310、320、330、340 步骤具体实施例方式为使本专利技术的上述与其它目的、特征和优点变得更明显易懂，在下文中将参照附图进行详细说明。然而，必须注意的是，所述实施方式仅举例说明本专利技术，而非限定本专利技术的精神与范围，本领域技术人员可进行修改而得等效实施方式。参照图2，其为根据一个实施方式的电极形成方法200的流程图。步骤210为提供基板。基板材料无特殊限制，其可为软性基板或硬性基板；然而作为太阳能电池电极时， 优选玻璃基板，但也可为塑料基板。基板表面形成有用于传输电荷的导电层。导电层通常为铟锡氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺锑氧化锡(ATO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌 (GZO)或掺铟氧化锌(IZO)。导电层也可为表面具有几十纳米厚的氧化层或薄的氮化层的金属，所述金属例如为镍、铝、铜、锌、钛或铅等。在一个实施方式中，基板为FTO导电玻璃基板。形成导电层的方法是本领域技术人员公知的，所述方法例如蒸镀法、溅镀法或涂覆法。 在进行下一步骤前，可先清洁基板，例如使用丙酮及/或异丙醇清洁基板。在步骤220中，使用接枝剂对基板的具有导电层的表面极性调理(condition)或改性。如此可改善导电层与后续形成的膜层之间的附着性。适合的接枝剂包括硅烷偶联剂。 所述硅烷偶联剂可进一步包含烷氧基、氨基、或基于卤素的基团(halide-based group), 在一个实施方式中例如为烷基烷氧基硅烷(Xn-Si (OR) 4_n)或烷基氯硅烷(Xn-SiCl4J，其中X代表有机官能团，OR代表能水解的基团，η为1-3的整数。所述硅烷偶联剂优选为例如 3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(EDA-Si)、(二氯甲基)二甲基氯硅烷、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTS)、二 [3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]胺03化4 1510、或3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷(Me-EDA-Si)，但不限于此。在一个实施方式中，使用 EDA-Si对基板表面进行改性时。在一个实施方式中，使用接枝剂对基板的导电层进行调理或改性可在接枝剂与导电层之间形成硅氧键合或硅氮键合，使得后续的电极较佳地附着于基板导电层上。在另一个实施方式中，在调理基板表面后，使用去离子(DI)水润洗基板。接着，利用电镀或无电电镀形成电极。在步骤230中，在基板表面上形成催化/晶种层。此步骤可活化基板。晶种层可为钼、钯、镍或锡。在步骤240中，在基板上形成电极层。电极层可为钼或碳。根据一个实施方式，以无电电镀方式形成钼电极。在该实施方式中，催化/晶种层包括钯，电极层包括钼。工艺条件例如改性剂和无电电镀浴的组成、工艺温度、处理时间等可视电极种类或应用类型而定，本专利技术不限于此。由于电镀或无电电镀工艺的温度通常比传统溅镀或热处理工艺还低，故可应用于塑料基板。此外，与传统镀膜方式如溅镀等相比，电镀或无电电镀工艺所使用的设备和其操作与控制方式均较简易，因此制造成本较低。另外，由于基板表面已预先用接枝剂改性，因此电极能有效地附着在导电层上。最后，在步骤250中，润洗及干燥基板。图3显示根据本专利技术一个实施方式的制造电化学装置的方法的流程图。方法300 包括实施以电镀或无电电镀工艺形成阴极的步骤310。步骤310包括在基板上依次形成催化/晶种层和电极层。举例来说，基板为具有导电层的基板，催化/晶种层含有钯，电极层包括钼。在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．形成太阳能电池电极的方法，该方法包括：提供具有导电层的基板；使用硅烷偶联剂对该基板的具有该导电层的表面进行改性；在该基板的该表面上形成晶种层；以及在该基板的该表面上形成电极层。

【技术特征摘要】
1.形成太阳能电池电极的方法，该方法包括 提供具有导电层的基板；使用硅烷偶联剂对该基板的具有该导电层的表面进行改性； 在该基板的该表面上形成晶种层；以及在该基板的该表面上形成电极层。2.权利要求1的方法，其中形成该电极层包括进行无电电镀。3.权利要求1的方法，其中该硅烷偶联剂包含烷氧基、氨基、或基于卤素的基团。4.权利要求1的方法，其中该基板为玻璃基板或塑料基板。5.权利要求1的方法，其中该导电层为铟锡氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺锑氧化锡(ΑΤΟ)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌(GZO)或掺铟氧化锌(IZO)。6.权利要求1的方法，其中该导电层为表面具有氧化层或氮化层的金属。7.权利要求6的方法，其中该导电层的该金属为镍、铝、铜、锌、钛或铅。8.形成太阳能电池中的含改性层的电极的方法，该方法包括 提供基板，该基板包括导电层；使用硅烷偶联剂对该基板的具有该导电层的表面进行改性；以及在该基板的该表面上无电电镀电极层。9.权利要求8的方法，其中无电电镀该电极层包括 将该基板浸没在溶液中，以在该基板上形成晶种层；以及将该基板浸没在无电电镀浴中以形成该电极层。10.权利要求8的方法，其中无电电镀该电极层包括 在该基板上形成钯晶种层；以及在该基板上形成钼电极层。11.权利要求8的方法，其中该硅烷偶联剂包含烷氧基、氨基、或基于卤素的基团。12.权利要求8的方法，其中该基板为玻璃基板或塑料基板。...

【专利技术属性】
技术研发人员：林哲宇，林正裕，蓝若琳，万其超，卫子健，许雯琪，
申请(专利权)人：健鼎无锡电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32