技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及染料敏化型太陽(yáng)能電池，其包括由微纖維制成的多孔絕緣基材，具有形成于多孔絕緣基材的一側(cè)上的第一導(dǎo)電層，和設(shè)置在多孔基材的相對(duì)側(cè)上的第二導(dǎo)電層。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于染料敏化型太陽(yáng)能電池的多孔絕緣基材。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)多孔絕緣基材和導(dǎo)電層的方法。

背景技術(shù)：

染料敏化型太陽(yáng)能電池(dye-sensitized solar cell，DSC)在過(guò)去20年里一直在發(fā)展且以類似于光合作用的原理進(jìn)行工作。不同于硅太陽(yáng)能電池，這些電池使用可便宜制造的、對(duì)環(huán)境無(wú)害的(environmentally unobtrusive)且豐富的染料從日光中獲得能量。

傳統(tǒng)的夾層型(sandwich type)染料敏化型太陽(yáng)能電池具有沉積在透明導(dǎo)電基材上的幾μm厚的多孔TiO₂電極層。TiO₂電極包括通過(guò)使染料分子吸附至TiO₂顆粒的表面上而染色并形成工作電極的相互連接的TiO₂金屬氧化物顆粒。透明的導(dǎo)電基材通常為沉積在玻璃基材上的透明的導(dǎo)電氧化物。透明的導(dǎo)電氧化層用作從工作電極中提取光生電子的背接觸(back contact)的功能。TiO₂電極與電解液和其它透明導(dǎo)電基材即對(duì)電極接觸。

日光由染料收集，產(chǎn)生注入TiO₂顆粒的導(dǎo)帶(conduction band)中并進(jìn)一步由導(dǎo)電基材收集的光激發(fā)電子。同時(shí)，氧化還原電解液中的I^-離子還原氧化的染料，并將產(chǎn)生的電子受體種類輸送至對(duì)電極。兩個(gè)導(dǎo)電基材在邊緣密封以保護(hù)DSC組件抵抗周圍氣氛，并防止電池內(nèi)DSC組分的蒸發(fā)或泄漏。

WO2011/096154公開了一種夾層型DSC組件，該DSC組件包括多孔絕緣基材，包括形成于多孔絕緣基材頂部的多孔導(dǎo)電金屬層并建立背接觸的工作電極，包含設(shè)置在多孔導(dǎo)電金屬層頂部的吸附染料的多孔半導(dǎo)體層，和面向多孔半導(dǎo)體層、適合面向太陽(yáng)并將日光傳輸至多孔半導(dǎo)體層的透明基材。所述DSC組件進(jìn)一步包括含有設(shè)置在與多孔絕緣基材的多孔半導(dǎo)體層相對(duì)的一側(cè)上且與多孔絕緣層有一定距離的導(dǎo)電基材，從而在多孔絕緣層和導(dǎo)電基材之間形成空間。電解液填充在工作電極和對(duì)電極之間的空間中。多孔導(dǎo)電金屬層可使用包含金屬的或金屬系顆粒的糊劑，將其通過(guò)印刷施涂在多孔絕緣基材的頂部，接著加熱、干燥和烘烤來(lái)生成。這種類型的DSC組件的優(yōu)點(diǎn)為工作電極的導(dǎo)電層設(shè)置于多孔絕緣基材和多孔半導(dǎo)體層之間。因此，工作電池的導(dǎo)電層不必須為透明的，且可由高導(dǎo)電性的材料制成，這增加DSC組件的電流處理能力(current-handling capability)并確保DSC組件的高效率。

對(duì)多孔絕緣基材有高要求。理想的多孔絕緣基材必須滿足以下的要求：

基材必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以耐受機(jī)械處理和加工。在DSC加工期間，基材進(jìn)行機(jī)械處理如：切割工序、堆疊和去堆疊工序、印刷工序、干燥工序、空氣/真空燒結(jié)工序、密封工序等。處理和加工期間，具有差的機(jī)械強(qiáng)度的基材能遭受損傷，導(dǎo)致有缺陷的太陽(yáng)能電池，這降低制造產(chǎn)率。

基材必須具有足夠的耐高溫性并顯示出高溫處理后的低機(jī)械變形和/或機(jī)械穩(wěn)定性的損失小。加工期間，基材承受在空氣中500℃的溫度和在真空或惰性氣氛中580℃-650℃的溫度?；谋仨毮褪茉诳諝庵羞_(dá)到500℃的溫度而無(wú)顯著的機(jī)械變形或機(jī)械穩(wěn)定性損失?；谋仨毮褪茉谡婵栈蚨栊詺夥罩兄辽龠_(dá)到580℃以上的溫度而無(wú)顯著的機(jī)械變形或機(jī)械穩(wěn)定性損失。

基材必須對(duì)高溫加工化學(xué)惰性。各種高溫處理期間，基材暴露在，例如熱空氣、包含有機(jī)溶劑的熱空氣、包含有機(jī)燃燒產(chǎn)物的熱空氣和氫氣中?；谋仨殞?duì)所有這些高溫處理化學(xué)惰性且不會(huì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能對(duì)DSC有害的化合物。

基材必須耐受用于DSC中的化學(xué)制品。DSC包含活性物質(zhì)如有機(jī)溶劑，有機(jī)染料，和離子如I^-和I^3-等。為了具有良好的DSC性能穩(wěn)定性和壽命，基材必須不與DSC的活性物質(zhì)反應(yīng)，而不會(huì)改變DSC的化學(xué)組成或產(chǎn)生能對(duì)DSC有害的化合物。

基材必須考慮到離子在電極之間的快速輸送。為了具有電極之間的快速離子輸送，基材必須具有足夠高的孔隙率(孔體積分?jǐn)?shù))和低彎曲度。

基材必須為電絕緣。這是為了防止對(duì)電極和集電器之間的電短路。

對(duì)電極和工作電極之間的距離受基材厚度的影響。對(duì)電極和工作電極之間的距離應(yīng)盡可能地小以使對(duì)電極和工作電極之間的離子的輸送盡可能地快。因此，基材的厚度應(yīng)盡可能地薄。

基材必須具有足夠的容量以阻止印刷墨中的導(dǎo)電性顆粒穿過(guò)基材滲出。為了避免印刷在基材的兩側(cè)上的導(dǎo)電層之間的電短路，基材必須能夠阻止印刷在基材的一側(cè)上的導(dǎo)電性顆粒穿過(guò)其滲出至基材的另一側(cè)。

總之，多孔絕緣基材必須允許離子穿過(guò)基材并防止顆粒穿過(guò)基材，且必須具有足夠的機(jī)械特性。

WO2011/096154中提出使用模塑纖維玻璃坯體(molded fiber glass compact)作為多孔絕緣基材。模塑纖維玻璃坯體可為包含玻璃纖維的織造玻璃織物，或以具有玻璃纖維的片的形式的非織造玻璃纖維，將它們以合適的方式連接。

通過(guò)使用高溫相容的玻璃系基材，可滿足大部分上述要求。然而，如果基材由非織造微玻璃纖維制成，基材必須制得非常薄以耐受太陽(yáng)能電池的制造期間的機(jī)械處理和加工。這是因?yàn)榉强椩觳Ａ⒗w維具有非常差的機(jī)械性能的事實(shí)，且因此，為了增加它們的機(jī)械穩(wěn)定性，必須生產(chǎn)具有非常高厚度的基于非織造玻璃微纖維的基材。具有高厚度的基材導(dǎo)致對(duì)電極和工作電極之間的大距離，且因此，導(dǎo)致對(duì)電極和工作電極之間的離子的輸送非常慢。

織造玻璃纖維，即玻璃織物，包括玻璃微纖維的織造紗線，其中各玻璃纖維紗線由多根玻璃微纖維組成。與非織造玻璃纖維相比，織造玻璃纖維固有地機(jī)械性更強(qiáng)。此外，織造纖維的厚度可在維持機(jī)械強(qiáng)度的情況下制得非常薄。然而，織造纖維在織造紗線之間經(jīng)常具有大洞，這引起印刷墨中大量的顆粒以不受控制的方式直接穿過(guò)基材橫穿織造纖維的整個(gè)區(qū)域、引起對(duì)電極和集電器之間的電短路。因此，織物中的洞使得難以將包括金屬的或金屬系顆粒的墨施涂在多孔絕緣基材的兩側(cè)而不造成電短路，除非顆粒比洞大很多。然而，在墨中具有如此大的顆粒使得導(dǎo)電金屬層太厚。厚的導(dǎo)電金屬層將增加對(duì)電極和工作電極之間的距離，導(dǎo)致對(duì)電極和工作電極之間的離子輸送較慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供具有滿足上述要求的多孔絕緣基材的染料敏化型太陽(yáng)能電池。

此目的用由根據(jù)本發(fā)明的染料敏化型太陽(yáng)能電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。

染料敏化型太陽(yáng)能電池包括工作電極；用于從工作電極中提取光生電子的第一導(dǎo)電層；由微纖維制成的多孔絕緣基材，其中第一導(dǎo)電層為形成于多孔絕緣基材的一側(cè)上的多孔導(dǎo)電層；包括設(shè)置在多孔基材的相對(duì)側(cè)上的第二導(dǎo)電層的對(duì)電極；和用于將電子從對(duì)電極轉(zhuǎn)移至工作電極的電解液。太陽(yáng)能電池的特征在于，多孔絕緣基材包括織造微纖維的層和配置在基材的第一側(cè)的織造微纖維的層上的非織造微纖維的層。

微纖維為具有小于10μm且大于1nm的直徑的纖維。

我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)組合織造微纖維和非織造微纖維的性能，可實(shí)現(xiàn)理想多孔絕緣基材的所有上述要求。織造織物可制得非常薄且機(jī)械性非常強(qiáng)，但它在織造紗線之間包含大洞。另一方面，非織造微纖維機(jī)械性差，但具有優(yōu)異的阻止印刷墨中的導(dǎo)電性顆粒穿過(guò)多孔絕緣基材滲出的過(guò)濾性能。通過(guò)將非織造微纖維的薄層沉積在織造微纖維的層的頂部，可防止墨中的顆粒直接穿過(guò)織造纖維，且可實(shí)現(xiàn)所有上述要求。通過(guò)織造微纖維的支承層使得非織造微纖維的薄脆層機(jī)械性穩(wěn)定。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，第一導(dǎo)電層配置在非織造微纖維的層上。非織造層在基材上提供平滑表面，適合于將平滑導(dǎo)電層通過(guò)印刷施涂在基材上。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，織造微纖維的層包括具有在單根的織造紗線之間形成的洞的紗線，且至少一部分非織造微纖維累積在紗線之間的洞中。因此，非織造微纖維的層的厚度依賴于微纖維的織造層中洞的位置而變化，以使非織造微纖維的層在織造微纖維的層的洞中較厚，且在織造微纖維的層的紗線的頂部較薄。非織造微纖維的層突出到紗線之間的洞中。本實(shí)施方案減少非織造微纖維的層的厚度并可以提供薄基材。由此，對(duì)電極和工作電極之間的距離變小且對(duì)電極和工作之間的離子輸送變快。與在織造纖維片的頂部設(shè)置均一厚的非織造微纖維的層，例如在織造纖維片的頂部堆疊非織造纖維片相比，基材的厚度變得顯著減小。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，多孔絕緣基材包括在基材的第二側(cè)的織造微纖維的層上設(shè)置的非織造微纖維的第二層。通過(guò)將非織造微纖維的第二層設(shè)置在織造微纖維的層的另一側(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)稱的且機(jī)械上更穩(wěn)定的基材，且在制造太陽(yáng)能電池期間的熱處理期間，防止基材卷曲。此外，非織造微纖維的第二層進(jìn)一步提高阻止墨中的導(dǎo)電性顆粒直接穿過(guò)織造纖維。本實(shí)施方案在基材兩側(cè)提供平滑平面，因此可以通過(guò)印刷將平滑導(dǎo)電層施涂在基材的兩側(cè)。優(yōu)選地，將第二導(dǎo)電層配置于基材的第二側(cè)在非織造微纖維的第二層上。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，織造微纖維的層由包含多根微纖維的織造紗線(下文中表示為單絲)制成，且非織造微纖維的層中的微纖維的直徑小于織造微纖維的層中的單絲的直徑。本實(shí)施方案能使纖維在紗線之間的洞中累積，因此阻塞洞。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，織造微纖維的層由如玻璃織物等陶瓷微纖維制成。陶瓷微纖維機(jī)械性非常強(qiáng)且可制得非常薄且仍足夠強(qiáng)。陶瓷微纖維也能耐受制造工序期間用于太陽(yáng)能電池的熱處理的高溫。陶瓷微纖維為由例如玻璃、二氧化硅(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、硅鋁酸鹽和石英等耐熔和惰性材料制成的纖維。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，非織造微纖維的層由如非織造玻璃微纖維等陶瓷微纖維制成。陶瓷微纖維能耐受制造工序期間用于太陽(yáng)能電池的熱處理的高溫。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，織造微纖維的層的厚度在4μm和30μm之間，優(yōu)選在4μm和20μm之間，且更優(yōu)選在4μm和10μm之間。這種層提供所需的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)其足夠薄能夠使離子在對(duì)電極和工作電極之間快速輸送。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，非織造微纖維的層中的微纖維的直徑小于4μm，優(yōu)選小于1μm，且更優(yōu)選小于0.5μm。非常薄的纖維的使用減少非織造微纖維的層的厚度，因此減少基材的厚度。進(jìn)一步地，薄纖維有效地阻塞織造微纖維的層中的洞并防止導(dǎo)電性顆粒穿過(guò)基材滲出，因此防止電短路的形成。

本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供滿足上述要求的多孔絕緣基材。此目的由多孔絕緣基材實(shí)現(xiàn)。多孔絕緣基材包括織造微纖維的層和配置在織造微纖維的層上的非織造微纖維的層。優(yōu)選地，織造微纖維的層由陶瓷微纖維制成。涉及太陽(yáng)能電池的多孔絕緣基材的上述進(jìn)一步的特征也適用于多孔絕緣基材本身。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，織造微纖維的層和非織造微纖維的層由如玻璃微纖維等陶瓷微纖維制成。陶瓷微纖維機(jī)械性非常強(qiáng)且可制得非常薄且仍足夠強(qiáng)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，非織造微纖維的層包括有機(jī)微纖維。有機(jī)微纖維為由有機(jī)材料制成的纖維，所述有機(jī)材料如聚合物例如聚己內(nèi)酯、PET或PEO，和纖維素例如納米纖維素(MFC)或木漿?？稍诜强椩煳⒗w維的層上使用有機(jī)微纖維。有機(jī)微纖維不能耐受制造染料敏化型太陽(yáng)能電池期間用于熱處理的高溫。然而，有機(jī)微纖維可作為阻止墨中的導(dǎo)電性顆粒在印刷期間直接穿過(guò)織造纖維滲出并干燥多孔絕緣基材上的墨的目的，從而減少電短路的風(fēng)險(xiǎn)。然后在熱處理期間在較高溫下將有機(jī)微纖維除去。有機(jī)纖維更柔韌且不像陶瓷纖維一樣脆。因此，通過(guò)添加有機(jī)纖維，基材的機(jī)械強(qiáng)度增加，其例如在印刷和干燥工序期間是有利的。

根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案，非織造微纖維的層包括有機(jī)微纖維和陶瓷微纖維。非織造微纖維的層由有機(jī)微纖維和陶瓷微纖維制成。在非織造微纖維的層中混合有機(jī)微纖維和陶瓷微纖維的優(yōu)點(diǎn)是，有機(jī)微纖維比陶瓷微纖維薄，從而在陶瓷纖維的微網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生成有機(jī)纖維的納米網(wǎng)絡(luò)，并且通過(guò)其減小微網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的洞的尺寸。有機(jī)纖維填滿微纖維之間的洞，從而改進(jìn)阻止墨中的顆粒的能力，因此避免短路。進(jìn)一步地，通過(guò)在非織造微纖維的層中混合有機(jī)微纖維和陶瓷微纖維，與在基材中僅具有陶瓷微纖維相比，改進(jìn)基材的機(jī)械強(qiáng)度。

本發(fā)明的另一目的是提供生產(chǎn)滿足上述要求的多孔絕緣基材和形成于絕緣基材上的多孔導(dǎo)電層的方法。

此目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

所述方法包括：

a)通過(guò)提供包括具有形成于它們之間的洞的紗線的織造微纖維的織物，借助混合液體和微纖維制備纖維母液(fiberstock solution)，用纖維母液覆蓋織物的第一側(cè)，使來(lái)自纖維母液的液體通過(guò)織物中的洞流出，并干燥具有配置在織物上的微纖維的濕織物，來(lái)生產(chǎn)多孔絕緣基材，和

b)將包含導(dǎo)電性顆粒的墨沉積在絕緣基材的一側(cè)以形成多孔導(dǎo)電層。

將來(lái)自纖維母液的液體通過(guò)織物中的洞排出，微纖維跟隨液體且大部分非織造微纖維累積在紗線之間的洞中，因此，紗線之間的洞的尺寸減小。這種方法可以制造足夠緊密以防止墨中導(dǎo)電性顆粒穿過(guò)基材且足夠薄以允許離子在對(duì)電極和工作電極之間的快速輸送的絕緣基材。織造纖維的層的頂部的非織造纖維的層提供平滑表面以印刷。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，織物由織造陶瓷微纖維制成，且所述纖維母液通過(guò)混合液體和陶瓷微纖維來(lái)制備。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，纖維母液通過(guò)混合液體和有機(jī)微纖維來(lái)制備。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，纖維母液通過(guò)混合液體、陶瓷微纖維和有機(jī)微纖維來(lái)制備。

將墨沉積在配置的微纖維的頂部以在多孔絕緣基材的第一側(cè)形成多孔導(dǎo)電層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，步驟a)進(jìn)一步包括用纖維母液覆蓋織物的第二側(cè)，并將來(lái)自纖維母液的液體通過(guò)織物中的洞排出，且步驟b)進(jìn)一步包括：將墨沉積在配置的微纖維的頂部的織物的第二側(cè)，以在多孔絕緣基材的第二側(cè)上形成多孔導(dǎo)電層。本實(shí)施方案在基材的兩側(cè)提供平滑表面，因此能將平滑導(dǎo)電層通過(guò)印刷施涂于基材的兩側(cè)上。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，步驟a)進(jìn)一步包括將粘合劑添加至纖維母液。粘合劑添加至纖維母液中提高非織造纖維彼此的粘合(binding)并提高非織造纖維對(duì)織物的粘合。此外，添加粘合劑至纖維母液可以減少添加至溶液的纖維的量，以實(shí)現(xiàn)織物中洞的令人滿意的覆蓋率。粘合劑的實(shí)例為例如聚乙烯醇(PVA)、淀粉、羧甲基纖維素(CMC)、和納米纖維素即所謂的微纖化纖維素(MFC)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，方法進(jìn)一步包括將選自包含表面活性劑、分散劑、濕潤(rùn)劑、消泡劑、助留劑和流變改變劑的組的一種以上的添加劑添加至纖維母液。通過(guò)使用添加劑，可以制造較薄且較致密的具有較小洞的基材。

附圖說(shuō)明

將通過(guò)本發(fā)明的不同實(shí)施方案的描述和參考附圖更準(zhǔn)確地解釋本發(fā)明。

圖1示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的染料敏化型太陽(yáng)能電池組件的截面圖。

圖2示出玻璃織物的光學(xué)顯微鏡照片。

圖3示出在兩側(cè)用20g玻璃微纖維母液處理的玻璃織物的光學(xué)顯微鏡照片。

圖4示出在兩側(cè)用80g玻璃微纖維母液處理的玻璃織物的光學(xué)顯微鏡照片。

圖5示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的多孔絕緣基材的截面圖。

具體實(shí)施方式

將通過(guò)本發(fā)明的不同實(shí)施方案的描述和參考附圖更準(zhǔn)確地解釋本發(fā)明。圖1示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的染料敏化型太陽(yáng)能電池(DSC)的截面圖。圖1中公開的DSC為單片型(monolithic type)。DSC包括工作電極1和對(duì)電極2。在工作電極和對(duì)電極之間的空間填充有包含用于將電子從對(duì)電極轉(zhuǎn)移至工作電極的離子的電解液。DSC組件包括用于從工作電極1中提取光生電子的導(dǎo)電層3。導(dǎo)電層3用作背接觸，且在下文中稱為背接觸層。工作電極1包括配置在背接觸層3上的多孔TiO₂電極層。TiO₂電極包括通過(guò)吸附染料分子至TiO₂顆粒的表面而染色的TiO₂顆粒。使工作電極位于DSC組件的頂側(cè)。頂側(cè)應(yīng)面對(duì)太陽(yáng)以允許日光射中工作電極的染料分子。

DSC組件進(jìn)一步包括設(shè)置在工作電極1和對(duì)電極2之間的多孔絕緣基材4。多孔絕緣基材的多孔性能使離子輸送通過(guò)基材。例如，多孔絕緣基材4由如玻璃微纖維等陶瓷微纖維制成。由陶瓷微纖維制成的基材為電絕緣體，但為多孔的，從而允許液體和電解質(zhì)離子滲入。陶瓷微纖維便宜、化學(xué)惰性，能耐受高溫且在各種工序步驟中處理簡(jiǎn)單。

多孔絕緣基材4包括織造微纖維的層5和在基材的第一側(cè)配置在織造微纖維的層5上的非織造微纖維的第一層6。這可提供薄且強(qiáng)的基材。背接觸層3為配置在基材的第一側(cè)上的、在非織造微纖維的層6上的多孔導(dǎo)電層。圖1中公開的實(shí)施方案中，基材進(jìn)一步包括在基材的第二側(cè)上配置在織造纖維層5上的非織造微纖維的第二層7。通過(guò)在織造微纖維的層的兩側(cè)設(shè)置非織造微纖維的層，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱的基材。這可防止在制造太陽(yáng)能電池期間的熱處理期間基材卷曲，且此外有助于防止印刷墨中的顆粒穿過(guò)織造微纖維的層。以下參考圖5將更詳細(xì)描述多孔絕緣基材4。

對(duì)電極包括導(dǎo)電層2，下文中稱為對(duì)電極層。本實(shí)施方案中，導(dǎo)電層2為配置在多孔絕緣基材4的第二側(cè)上的、在非織造微纖維的第二層7的頂部上的多孔導(dǎo)電層。當(dāng)多孔導(dǎo)電層用作對(duì)電極時(shí)，其為與工作電極相對(duì)的對(duì)電極的一部分。背接觸層3和對(duì)電極層2通過(guò)多孔絕緣基材4而物理分開且電分開。然而，背接觸層和對(duì)電極層經(jīng)由滲入多孔絕緣基材的離子而電連接。多孔導(dǎo)電層2、3可使用包含金屬的或金屬系顆粒的墨，將墨通過(guò)印刷施涂在多孔絕緣層4的頂部，然后加熱、干燥和烘烤來(lái)生成。顆粒一般在0.1-10μm之間，優(yōu)選在0.5-2μm之間。

DSC也包括覆蓋DSC組件的頂側(cè)的第一片8和覆蓋DSC組件的底側(cè)的第二片9，且用作擋板以保護(hù)DSC組件抵抗周圍氣氛，并防止電池內(nèi)DSC組分的蒸發(fā)或泄漏。在DSC組件的頂側(cè)的第一片8覆蓋工作電極且需要為透明的以允許光透過(guò)。

多孔基材越薄越好，因?yàn)樵诠ぷ麟姌O和對(duì)電極之間的小距離提供電解液的擴(kuò)散電阻(diffusion resistance)的最小損失。然而，如果基材太薄，基材的機(jī)械強(qiáng)度將太低。優(yōu)選地，多孔絕緣基材的厚度大于4μm且小于100μm。更優(yōu)選地，多孔絕緣基材的厚度為小于50μm。多孔絕緣基材的厚度一般在10-30μm之間。

下文中將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的多孔絕緣基材的實(shí)例。多孔絕緣基材是基于由包括多根玻璃纖維的織造紗線制成的玻璃織物的層?？椩炖w維比非織造纖維更強(qiáng)。此外，織造纖維的層可在維持機(jī)械強(qiáng)度的情況下為薄的。

圖2示出15μm的薄玻璃織物(Asahi Kasei E-材料)的光學(xué)顯微鏡照片。如圖所示，玻璃織物包括玻璃纖維的織造紗線10a-b。各紗線包括多根玻璃纖維，也稱作單絲(filaments)。單絲的直徑一般為4-5μm，且紗線中單絲的數(shù)量一般為50。玻璃織物具有在織造紗線之間的大洞14，所述洞14將允許印刷墨中的大量導(dǎo)電性顆粒以不受控制的方式直接穿過(guò)織造纖維。這是不期望的效果。洞的尺寸可大至200μm。為了阻塞織物中的洞，將非織造玻璃纖維配置在織物的頂部。這可通過(guò)將織物浸泡在包含玻璃纖維的溶液中、然后除去溶液的液體部分來(lái)完成。

圖3示出在兩側(cè)用20克玻璃微纖維母液(相當(dāng)于在各側(cè)每平方厘米0.04毫克沉積的玻璃纖維)處理的圖2中所示的玻璃織物的光學(xué)顯微鏡照片。如圖所示，玻璃織物中的織造紗線被配置的非織造玻璃纖維覆蓋。從圖3中也能看到，織物中的洞的尺寸減小。然而，沒(méi)有達(dá)到玻璃織物中洞的全覆蓋。

圖4示出在兩側(cè)用80克玻璃微纖維母液(相當(dāng)于在各側(cè)每平方厘米0.16毫克沉積的玻璃纖維)處理的圖2中所示的玻璃織物的光學(xué)顯微鏡照片。如圖4所示，現(xiàn)在洞被玻璃微纖維覆蓋。明顯地，通過(guò)增加玻璃微纖維的量可實(shí)現(xiàn)玻璃織物中洞的全覆蓋。因此，通過(guò)將非織造玻璃纖維沉積在織造玻璃纖維的頂部，可防止印刷墨中的顆粒直接穿過(guò)織造纖維。

如果將粘合劑如，例如無(wú)機(jī)粘合劑如硅酸鹽、膠體二氧化硅顆粒、硅烷(例如線性硅烷、支鏈硅烷或環(huán)硅烷)、和膠體Al₂O₃，添加至包含玻璃纖維的纖維母液中，非織造玻璃纖維可更強(qiáng)地粘著至織造纖維。此外，因此由沉積的非織造組成的層機(jī)械性將更強(qiáng)。隨后，通過(guò)將粘合劑添加至纖維母液，可形成強(qiáng)地粘合至織造玻璃纖維的機(jī)械性強(qiáng)的非織造層。

實(shí)施例1

下文中將描述用于生產(chǎn)圖4中示出的多孔基材的方法的實(shí)施例。將具有單絲直徑為4μm的50根單絲的如圖2所示的15μm的薄玻璃織物(Asahi Kasei E-材料)放在紙樣抄取器(hand sheet former)內(nèi)的不銹鋼絲網(wǎng)(33cm×33cm)的頂部，且將母液缸(stock cylinder)放置在玻璃織物的頂部然后關(guān)閉并固定。通過(guò)將4000克蒸餾水、8克玻璃微纖維(Johns Manville，特定目的型玻璃纖維型號(hào)90，纖維直徑：0.2μm)、和400克水系膠體二氧化硅(水中包含大約15質(zhì)量％的SiO₂的溶液)混合以使最終二氧化硅濃度為1.4質(zhì)量％來(lái)制備玻璃微纖維母液。使用Ultraturrax間歇分散機(jī)進(jìn)行混合。紙樣抄取器的母液缸填充有蒸餾水(包含1.4質(zhì)量％二氧化硅)以達(dá)到高于絲網(wǎng)的表面350mm的水平。接下來(lái)的步驟中，將80克玻璃微纖維母液倒入紙樣抄取器中。通過(guò)壓縮空氣將玻璃纖維母液和包含二氧化硅的蒸餾水混合4秒、然后靜置6秒，之后將水通過(guò)玻璃織物和絲網(wǎng)排出。將已濕處理的玻璃織物在110℃下在空氣中在帶狀烘箱內(nèi)干燥。隨后使用與第一處理相同的工序參數(shù)在另一側(cè)處理玻璃織物。得到的基材示于圖4中。如圖4所示，玻璃織物中的織造紗線完全被配置的非織造玻璃微纖維覆蓋。具有配置的非織造玻璃微纖維的玻璃織物的厚度大約為30μm。這意味著兩層非織造微纖維的總厚度為約15μm。通過(guò)使用較薄的玻璃織物，可進(jìn)一步減少絕緣基材的厚度。

實(shí)施例2

實(shí)施例1的變形為通過(guò)將4000克蒸餾水、200克納米纖維素分散液(包含2重量％的納米纖維素的水系納米纖維素分散液)、和400克水系膠體二氧化硅(水中包含15質(zhì)量％的SiO₂的溶液)混合來(lái)制備微纖維母液。因此，微纖維母液中陶瓷玻璃微纖維被由納米纖維素組成的有機(jī)微纖維代替。使用納米纖維素簡(jiǎn)化制造工序，因?yàn)榭墒褂媒n來(lái)代替使用造紙工序。

實(shí)施例3

實(shí)施例1的另一變形為通過(guò)將4000克蒸餾水、2克玻璃微纖維(Johns Manville，特定目的型玻璃纖維型號(hào)90，纖維直徑：0.2μm)、200克納米纖維素分散液(包含2重量％的納米纖維素的水系納米纖維素分散液)、和400克水系膠體二氧化硅(水中包含15重量％的SiO₂的溶液)混合來(lái)制備微纖維母液。因此，將由納米纖維素組成的有機(jī)微纖維和由玻璃組成的陶瓷微纖維兩者用于微纖維母液。干燥多孔絕緣基材之后，將具有導(dǎo)電性顆粒的墨沉積在非織造微纖維的層的頂部的基材的至少一側(cè)，以在多孔絕緣基材上形成多孔導(dǎo)電層。如果制造單片DSC組件，將墨沉積在非織造微纖維的層的頂部的基材的兩側(cè)上，以在多孔絕緣基材各側(cè)上形成多孔導(dǎo)電層。然而，如果制造夾層型DSC組件，將具有導(dǎo)電性顆粒的墨僅沉積在基材的一側(cè)上。

為了確保微纖維母液中的纖維適當(dāng)?shù)胤稚?，在混合水和微纖維之前將添加劑添加至蒸餾水中是有利的。適合的添加劑的實(shí)例是表面活性劑、分散劑、濕潤(rùn)劑、助留劑、消泡劑和流變改變劑。添加一種以上的這些添加劑是有利的。太陽(yáng)能電池的制造工序的下述步驟期間，添加劑燃燒掉，且因此不會(huì)殘留在最終產(chǎn)品中。添加劑的目的是實(shí)現(xiàn)單根的且非團(tuán)聚的纖維，以使單根的纖維能盡可能均勻地沉積以提供薄且同時(shí)致密的單根纖維的層。因此，通過(guò)使用添加劑，可制造較薄且較致密的具有較小的洞的基材。

通過(guò)將表面活性劑添加至纖維母液和稀釋水中，可完成較平滑和較均勻的微纖維沉積。此外，將濕潤(rùn)劑添加至纖維母液是有利的，以使稀釋水濕潤(rùn)纖維和織物。而且，通過(guò)將水溶性聚合物添加至纖維母液和稀釋水中，可獲得較平滑和較均勻的微纖維沉積。然而，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加聚合物時(shí)，需要添加消泡劑以避免在稀釋水填充和攪拌和排水循環(huán)期間過(guò)度的發(fā)泡。添加流變改變添加劑以改變纖維母液和稀釋水的粘度也是有利的。

也可將粘合劑添加至纖維母液和稀釋水中以提高非織造纖維彼此的粘合，并提高非織造纖維對(duì)織物的粘合?？墒褂玫恼澈蟿槔鐭o(wú)機(jī)粘合劑如硅酸鹽，膠體二氧化硅顆粒，硅烷例如線性硅烷、支鏈硅烷或環(huán)硅烷，和膠體Al₂O₃。

也可將助留劑添加至纖維母液和稀釋水中以改進(jìn)多孔絕緣基材中的纖維隨著其形成的保留。納米纖維素可用作助留劑。

圖5示出穿過(guò)根據(jù)上述實(shí)施例中描述的方法制造的多孔絕緣基材4的截面圖?；木哂邪ê卸喔鶈谓z11的織造紗線10和形成于紗線10之間的洞14的織造微纖維的層5?？椩旒喚€10優(yōu)選由陶瓷微纖維制成。基材也包括設(shè)置在織造微纖維的層5的各側(cè)上的非織造微纖維的兩層6、7。非織造微纖維的層6、7可由陶瓷微纖維、有機(jī)微纖維、或其組合制成。如該圖所示，非織造微纖維的主要部分累積在紗線10之間的洞14中。這是來(lái)自纖維母液的液體通過(guò)在織物中形成的洞排出的事實(shí)的結(jié)果。這導(dǎo)致微纖維的非織造層6、7的厚度依賴于微纖維的織造層中洞14的位置而變化，使得非織造層在織造層的洞14中較厚，且在織造層的紗線17的頂部較薄。面對(duì)遠(yuǎn)離織造層5的非織造層6、7的一側(cè)是平滑的，但反向面對(duì)織造層的非織造層的相對(duì)側(cè)是不平的，且具有突出至織造層的洞14內(nèi)的厚部16，和配置在紗線10的頂部的薄部17。本發(fā)明可用于單片型和夾層型DSC。

非織造微纖維應(yīng)優(yōu)選為比織造微纖維的層中的單絲薄。因此，如果單絲的直徑為大約4μm，非織造微纖維的層中的纖維應(yīng)具有小于4μm、優(yōu)選小于1μm、且更優(yōu)選小于0.5μm的直徑，以便以有效的方式阻塞洞。非織造纖維的長(zhǎng)度為，例如100nm-3mm。例如，納米纖維素纖維的直徑一般為5-10nm且纖維的長(zhǎng)度一般為幾μm。然而，也存在具有10-20nm的直徑和幾mm的長(zhǎng)度的納米纖維素纖維。

本發(fā)明并不局限于公開的實(shí)施方案，且可在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)變更和修改。例如，微纖維母液可包括不同材料和直徑的微纖維。雖然，上述實(shí)施例使用玻璃微纖維，但本發(fā)明并不局限于玻璃微纖維?？墒褂镁哂邢嗨菩再|(zhì)的其它類型的陶瓷微纖維。進(jìn)一步地，非織造層中的微纖維可由與織造層中的微纖維不同的陶瓷材料制成。進(jìn)一步地，非織造層的微纖維可由如纖維素或聚合物等有機(jī)微纖維制成。

在代替的實(shí)施方案中，基材可包括層壓在一起的非織造微纖維的層和織造微纖維的層。

在代替的實(shí)施方案中，基材僅具有設(shè)置在織造微纖維的層的一側(cè)上的一層非織造微纖維的層。雖然在織造層的兩側(cè)具有非織造層是有利的，但不是必需的。可將導(dǎo)電層沉積在基材的兩側(cè)，雖然僅一側(cè)織造層設(shè)置有非織造微纖維的層?？蓪?dǎo)電層印刷在非織造層和織造層上。具有沉積在織造層兩側(cè)上的非織造層的基材可在一側(cè)和兩側(cè)上覆蓋有導(dǎo)電層。

在代替的實(shí)施方案中，多孔絕緣基材僅具有一層設(shè)置在織造微纖維的層的一側(cè)上的非織造微纖維的層，且將導(dǎo)電層沉積在織造微纖維的另一側(cè)上，即，將導(dǎo)電層沉積在織造微纖維上而不沉積在非織造微纖維上。

多孔絕緣基材為可用于除染料敏化型太陽(yáng)能電池之外的其它用途的多孔的、化學(xué)惰性、耐高溫，且電絕緣的材料?；目捎糜谶^(guò)濾/過(guò)濾器應(yīng)用，以用于除去例如，灰塵，有機(jī)或無(wú)機(jī)或生物微顆粒，面粉，沙，煙，細(xì)菌和花粉。

基材也可用作隔離體，物質(zhì)上分離如燃料電池、蓄電池、電化學(xué)傳感器、電致變色的顯示器和光電化學(xué)太陽(yáng)能電池等電化學(xué)或光電化學(xué)裝置中的陰極和陽(yáng)極。