染料敏化纳米晶太阳能电池用密封胶(DSSC密封胶)[精选].doc

染料敏化纳米晶太阳能电池用密封胶 李春斌1 ，中岛聖1 ，郝建强2 （1：三键香港有限公司； 2：上海松江三键精细化工有限公司） 摘要 染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)因其制造成本远低于单晶硅和多晶硅太阳电池，在石油资源紧张的现代备受瞩目，是继燃料电池之后新能源开发又一热点。在实用化过程中，电解液的密封是一个至重要又难于解决的关键技术。本文就电解液密封的技术要求介绍了三键开发的紫外线固化型密封胶。 关键词：染料敏化；太阳能电池；DSSC；密封；胶粘剂中图分类号： 文献标识码： 文章编号： 1 染料敏化太阳能电池的概念 染料敏化型纳米晶太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell，中国简称为DSSC，日本一般简称为DSC简称为DSSC）是利用多孔纳米结晶二氧化钛中吸附的染料吸收太阳光而发电的电池。是瑞士科学家Gr?tzel等人于1991年首次发表在最高学术刊物“Nature”上，率先将总能量转化效率提高到硅光伏电池的水平7%，而在漫反射日光下的总能量转化效率高达12%，引起学界轰动，因此又被称为Gr?tzel电池。主要技术突破是采用了多孔纳米结晶二氧化钛吸附固定具有广泛可视光吸收波长(480—600 nm)的红染料Ru(dcbpy)2(NCS)2，最大限度地提高了光吸收效率。近年来随着研究的深入，光电转换效率已经超过10%，达到实用化要求。DSSC使用的原料为廉价易得的TiO2半导体，制备简单，可以利用现有的生产设备，制造成本仅为传统光伏电池的1/5-1/10，极具市场竞争力，各国均投入巨资进行基础和实用化研究。其中如何解决DSSC的长期室外耐久性和安定性是目前实用化遇到的最大课题。 2 染料敏化型太阳能电池的构成 如图-1所示，DSSC的构成非常简单。染料敏化型太阳能电池是在附有透明导电性膜玻璃（ITO玻璃）基板上涂敷纳米晶二氧化钛，在450℃高温下烧结形成正极。二氧化钛层厚度为10-15?，因多孔，实效表面积是基板外观面积的1000倍以上，空孔内吸附固定可与二氧化钛发生化学反应的染料Ru(dcbpy)2(NCS)2。另外，在ITO玻璃基板上蒸镀白金形成负极，然后在两极间灌注具有氧化还原作用的电解液构成电池单元。 其预想制造工艺如图-2所示，首先对透明导电玻璃进行外框密封，然后相互贴合，注入电解液，最后密封注入口，这与传统LCD面板制造工艺非常相似。因此可以利用现有设备制造DSSC，大大减少了初期设备投资。 李春斌（1975-），男，工程师，从事胶粘剂领域技术支持工作多年。 图-1 染料敏化型太阳能电池构造 图-2 DSSC的制造工艺设想图 3 染料敏化型太阳能电池用密封要求特性 构成Gr?tzel电池的电解质溶液是将可发生氧化还原反应的碘和碘化物（I-/I3-）溶解在强极性有机溶剂中，因此也被称为湿式太阳电池。对有机溶剂的要求包括具有较高的沸点，对I-/I3-有良好的溶解性，与染料，白金电极等不发生化学反应，冷热光稳定性良好等等。常用的有机溶剂包括碳酸乙酯，碳酸丙酯等碳酸酯类，乙腈，甲氧基乙腈等腈类化合物（nitrile）。 在湿式太阳电池组件中，防止电解液的渗漏是必不可少的。DSSC的电解液如同人体内的血液一样，如果渗漏枯竭会导致发电效率降低甚至无法发电。腈类有机溶剂极性高，能溶解大部分有机化合物。因此，一般的有机聚合物密封胶对此类溶剂耐久性均不好。最初Gr?tzel研究小组采用了DuPont的热熔性聚合物Surlyn。此类聚合物是甲基丙烯酸酯和乙烯的无规共聚物，分子间由金属离子进行交联，对腈类有机溶剂有很好的耐性，不溶解溶涨，可以进行热熔密封，并对玻璃和金属有良好的密着性。缺点是80℃左右开始软化，实际使用温度不能超过80℃。然而在实际使用过程中，由于太阳辐射电池表面温度往往达到80℃，这就要求密封胶必需耐80℃以上的高温。有关太阳电池的日本工业规格（JIS C 8917, C 8938）中规定，太阳电池的耐热试验要能经受85℃1000小时，并经受-40℃至+90℃的冷热冲击200次。这对于含腈类有机溶剂的DSSC密封是一个的挑战。 除此之外，密封胶不能含有或溶出对敏化染料和电解质溶液构成坏影响的不纯物质从而降低电池性能。 综上所述，对DSSC的密封胶提出了以下要求： 长期高温下的溶剂耐性 在有机溶剂中不溶解溶涨；不能被氧化还原剂碘和碘化物（I-/I3-）腐蚀；耐紫外光；能够经受两个玻璃电极间的热胀冷缩而不产生剥离或断裂； 易于加工操作 在实施密封过程中不能有损于敏化染料以及电解液等构成电池材料的性能；密封胶应为单组分，不必使用前混合搅拌，易于自动点胶机实