用于光伏电池的电极以及相关的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及电极，所述电极包括导电材料并且特征为以下事实：包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使外表面的剩余部分是自由的，所述颗粒特征在于，其包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】描述本专利技术涉及用于光伏电池的电极以及用于制备所述电极的工艺。特别地，本专利技术涉及包含贵金属例如选自Pt、Pd或Au的金属的用于光伏电池的电极。所述电极可以在DSSC型光伏电池(“染料敏化太阳能电池”)中被用作阴极，在性能方面给出超过可以用已知的阴极获得的结果的清楚的改进。在本专利申请中，在文件中指示的所有操作条件应当被理解为优选的条件，即使在没有被明确地陈述的情况下。为了本讨论的目的，术语“包括(comprise)”或“包含(include)”还包括术语“在于(consistin)”或“大体上由……组成”。为了本讨论的目的，范围的界定一直是包含端值的，除非另外具体说明。对于能量的逐渐增长的需求正在驱动研究朝向调查提供常规的来源的替代选择的新的来源。特别地，具有逐渐增长的重要性的主题是利用新的光伏技术将太阳能转化成电。硅光伏电池正在朝向第二代技术(薄层、辐射的聚焦)进展；在所有情况下，此类技术仍是昂贵的，并且第二代技术当前不是特别地有效的。特别是在过去十年中，对于有效的可选择的技术的研究已经导致被称为第三代光伏电池的开发：此定义覆盖基于其他半导体例如金属硒化物和金属碲化物的光伏电池、以及还有特别地所谓的有机光伏电池例如被称为电池(染料敏化太阳能电池、或DSSC)的光伏电池两者。DSSC通过光电化学类型的机制操作。光的吸收和电荷分离(电子和空穴)分开地发生。从电子转移的观点来看，第一阶段通过使染料(光敏剂)的层与沉积在透明导电玻璃上的二氧化钛(半导体)的纳米大小的颗粒的表面相互作用来引起。当光敏剂吸收辐射时，其产生激发态和电荷转移，并且羧基的存在允许激发的电子被转移至二氧化钛的导带，二氧化钛的导带将激发的电子运输至电极(导电玻璃)。同时，正电荷(空穴)从光敏剂被转移至电解质介体(electrolytemediator)，电解质介体将正电荷运输至对电极。此种类的电池由于低成本是有前景的，这由其简单的制造和高水平的效率造成，效率目前达到约11％(相对于整个太阳能光谱)。理想地，通过光敏剂的吸收应当尽可能与太阳能发射的光谱一致；在此上下文中，已经存在借助于高级量子力学计算合理地说明性质和行为的各种过渡金属络合物和有机染料的研究。DSSC装置的对电极必须具有良好的电催化性质(DyeSensitizedSolarCells,K.Kalyanasundram编辑,EPFLPress,CRCCPress发行,2010,第30页和第235页)。所述对电极通常由铂制成(PhotoelectrochemicalCells/Dye-SensitizedCells,K.R.Millington,EncyclopediaofElectrochemicalPowerSources,2009,4,第10-21页)。如从文献中已知，Pt颗粒的尺寸和分布(形态学)密切相关并且可以确定电极的性能。AnIodine/TriiodideReductionElectrocatalystforAqueousandOrganicMedia,M.等人,J.Electrochem.Soc.,第144卷，第3期，第876-884页，1997，描述约5nm的Pt的纳米颗粒，所述纳米颗粒从溶解在异丙醇中的H2PtCl6在385℃的温度下的热分解获得；这些颗粒证明是给出在所述出版物中描述的性能中的最好的性能的颗粒，这部分地归因于阴极的透明度，阴极的透明度归因于使用的最小量的Pt。ElectrodepositedPtforcost-efficientandflexibledye-sensitizedsolarcells,S.S.Kim等人,ElectrochimicaActa,2006,51,3814-3819比较具有阴极的两种装置的极端不同的性能，阴极的特征是，沉积的Pt的非常不同的形态学：在第一电极的情况下，在使用脉冲电沉积的情况下，观察到形成具有低于40nm的尺寸并且包括3nm的颗粒的纳米簇，相比之下，在直接电沉积在第二电极上的情况下，观察到形成大的团聚物，直径约500nm。第一电极的性能证明明显地优于第二电极的性能。在电催化的情形下，已经报道的是，Pt的前体在多元醇特别是乙二醇中的分解产生Pt颗粒的尺寸(低于5nm)和基底的覆盖两者的均匀分布(PreparationandCharacterizationofMultiwalledCarbonNanotube-SupportedPlatinumforCathodeCatalystsofDirectMethanolFuelCells,W.Li等人,J.Phys.Chem.B,2003,107,26,第6292–6299页)。在此情况下，分解在远低于乙二醇的沸点(197℃)的140℃的温度下发生。特别地，成核的过程相对于生长的过程是有利的，其结果是，颗粒的团聚被示出被最小化(Surface-modifiedcarbonsasplatinumcatalystsupportforPEMfuelcells,A.Guhaa等人,Carbon,第45卷,第7期,2007年6月,1506-1517)。以此方式制备的材料呈现优越的催化性能和较长的寿命。此制备方法通称为“多元醇工艺(polyolprocess)”(StructuralFeaturesandCatalyticPropertiesofPt/CeO2CatalystsPreparedbyModifiedReduction-DepositionTechniques,X.Tang等人,CatalysisLetters,第97卷,第3-4期,163-169；DyeSensitizedSolarCells,K.Kalyanasundram编辑,EPFLPress,CRCCPress发行,2010,第31页)。使用极其小量的Pt用于制备阴极的装置是已知的(Low-CostHydrogen-EvolutionCatalystsBasedonMonolayerPlatinumonTungstenMonocarbideSubstrates,D.V.Esposito等人,Ang.Chem.Int.Ed.,2010,49,9859-9862；MinimizingtheUseofPlatinuminHydrogen-EvolvingElectrodes,I.E.L.Stephens和I.Chokendorff,Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,1476-1477；Pt/MesoporousCarbonCounterElectrodewithaLowPtLoadingforHigh-EfficientDye-SensitizedSolarCells,G.Wang等人,InternationalJournalofPhotoenergy,第2010卷,文章ID389182,7页,2010.doi:10.1155/2010/389182)。形成此研究系列的部分的许多研究描述为了从电极获得良好的性能，沉积的Pt的形态学必须如何被精确地控制(SynthesisofMonodispersePtNanocubesandTheirEnhancedCatalysi本文档来自技高网...

【技术保护点】
电极，所述电极包括导电材料并且特征为以下事实：包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使所述外表面的剩余部分是自由的，所述颗粒特征在于，它们包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.16 IT MI2014A0007091.电极，所述电极包括导电材料并且特征为以下事实：包含金属颗粒的多孔交联层，所述金属颗粒通过金属颗粒的外表面的一部分被融合在金属颗粒之间，仍使所述外表面的剩余部分是自由的，所述颗粒特征在于，它们包含选自以下的一种或更多种金属：铂、钯、金及其混合物。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述颗粒具有大于80nm的平均直径。3.根据权利要求2所述的电极，其中所述颗粒具有在80nm和190nm之间的平均直径。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极，其中所述颗粒具有不规则的多面体形状或具有弯曲的外表面。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极，其中所述导电材料选自具有导电涂层的玻璃、基于塑料聚合物的复合材料或金属箔。6.根据权利要求5所述的电极，其中具有导电涂层的所述玻璃覆盖有被铟掺杂的氧化锡或被氟掺杂的氧化锡。7.根据权利要求5所述的电极，其中基于塑料聚合物的所述复合材料是覆盖有被铟掺杂的氧化锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯。8.根据权利要求5所述的电极，其中所述金属箔选自钛、铝和不锈钢。9.用于制备根据权利要求1至8中任一项的电极的工艺，所述工...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡诺·拉梅洛，罗伯托·布佐尼，
申请(专利权)人：艾尼股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT