CN106158385A - 染料敏化太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及染料敏化太阳能电池及其制造方法。上述染料敏化太阳能电池包括：相互隔开规定间隔设置的透明电极及相对电极；设置于上述透明电极及相对电极的外侧的柔性基板；设置于上述透明电极的一侧的粘结层；粘结于上述粘结层上的纳米半导体氧化物；涂敷于上述纳米半导体氧化物的纳米粒子表面的染料高分子；以及填充于上述透明电极和相对电极之间的电解质。由低温粘结剂对纳米半导体氧化物和透明电极进行粘结，从而即便在低温状态下也能够增大结合力。

Description

染料敏化太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池及其制造方法，更详细地，涉及纳米半导体氧化物附着于透明电极的染料敏化太阳能电池及其制造方法。
背景技术
通常太阳能电池可根据所构成的物质分为由硅、化合物半导体之类的无机材料形成的太阳能电池、包含有机物质的有机太阳能电池(有机太阳能电池包括染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell)和有机分子接合型(organic D-A)太阳能电池)。
染料敏化太阳能电池是利用有机染料和纳米技术来得到高度的能量效率的方式开发的太阳能电池，利用若接受太阳光则生成电的染料来生产电。
染料敏化太阳能电池利用低廉的有机染料和纳米技术，不仅低廉，而且还具有高度的能量效率，因而与使用硅的现有的太阳能电池相比，可将制造成本降低至1/3，最大降低至1/5的水平。尤其，当利用于玻璃时，可实现透明且多种颜色，并且，由于可使可见光透过，从而也可直接附着于建筑物的玻璃窗或汽车玻璃来使用。像这样，染料敏化太阳能电池因能够以低廉的费用制造且具有高效率的特性而被广泛使用。
参照图1，以往的染料敏化太阳能电池的一例包括：相互隔开规定间隔设置的透明电极111及相对电极112；设置于上述透明电极111及相对电极112的外侧的基板113、114；纳米半导体氧化物130，涂敷于上述透明电极111上而进行层叠；染料高分子，涂敷于上述纳米半导体氧化物130的纳米粒子的表面；以及电解质140，填充于上述透明电极111和相对电极112之间。
上述纳米半导体氧化物130主要使用TiO2氧化物，若施加450～550℃左右的高温热，则TiO2氧化物的一部分被熔融，并固定于透明电极111，从而可使纳米半导体氧化物130附着于透明电极111。
在这里，基板113、114为玻璃之类的刚性材质的情况下，当高温热处理时，不存在变形或被熔融的问题，但存在因刚性而无法制造可折弯的柔性(flexible)电池的局限性。
对此，在由高分子膜之类的柔性(flexible)材质制造基板113、114的情况下，可制造柔性电池，但在这种情况下，若以高温热处理方式将纳米半导体氧化物130附着于透明电极111，则高分子膜发生变形。
另一方面，若代替高分子膜而利用由柔性材质形成的薄膜的金属膜来制造透明电极111，则虽然不存在高温变形的问题，但存在能量效率下降的问题。
为了解决这种高温变形问题，提高能量效率，以往，将TiO2氧化物制造成糊(paste)状态，并在层叠于透明电极111的内侧面的状态下，进行120℃左右的低温烧制处理。
但是，低温烧制的糊可通过酸处理实现化学烧制，但由于TiO2氧化物和透明电极的粘结力下降，不仅透明电极111和TiO2氧化物分离，而且接触性降低，导致太阳能电池的效率下降。
发明内容
本发明为了改善如上所述的以往的染料敏化太阳能电池及其制造方法中存在的问题而提出，其目的在于，提供即便在低温状态下，也可牢固地对纳米半导体氧化物和透明电极进行结合的染料敏化太阳能电池及其制造方法。
为了达成如上所述的目的，本发明的染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括：相互隔开规定间隔设置的透明电极及相对电极；设置于上述透明电极的一侧的粘结层；由纳米粒子构成的多孔质纳米半导体氧化物，其粘结于上述粘结层上；涂敷于上述纳米半导体氧化物的纳米粒子表面的染料高分子；以及填充于上述透明电极和相对电极之间的电解质。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池中，还可包括由柔性(flexible)材质形成的基板，上述基板设置于上述透明电极的外侧。
优选地，上述基板由高分子膜形成。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池中，上述粘结层可由导电性热熔树脂形成。
优选地，上述粘结层被加热熔融而使上述纳米半导体氧化物粘结于透明电极。
更优选地，上述粘结层在120℃以下的温度下被熔融。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池中，在上述相对电极的一侧还可设置有催化剂层。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池中，纳米半导体氧化物可以为TiO2、SnO2、ZnO及Nb2O5中的一种。
为了达成如上所述的目的，本发明的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：在透明电极上形成粘结层的步骤；在上述粘结层上层叠纳米半导体氧化物的步骤；以及在上述粘结层上层叠了纳米半导体氧化物的状态下，加热粘结层使其熔融来使纳米半导体氧化物粘结的步骤。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法中，在形成上述粘结层的步骤中，也可涂敷热熔粘结剂来形成粘结层。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法中，在形成上述粘结层的步骤中，也可使两面具有粘结剂的热熔膜粘结于透明电极来形成粘结层。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法中，在层叠上述纳米半导体氧化物的步骤中，也可在上述粘结层上涂敷糊(paste)状态的纳米半导体氧化物来进行附着。
在本发明实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法中，在加热上述粘结层使其熔融的步骤中，也能够以100～120℃的温度进行加热。
本发明的特征及优点根据基于附图的以下详细说明能够更加明确。
如上所述，根据本发明的染料敏化太阳能电池，通过由在低温下被熔融的粘结剂对纳米半导体氧化物和透明电极进行粘结，从而即便在低温状态下，也能够将纳米半导体氧化物牢固地结合于透明电极，由此，具有能够防止在低温下纳米半导体氧化物容易从透明电极分离的效果。
附图说明
图1为表示现有技术的染料敏化太阳能电池的概念性剖视图。
图2为表示本发明一实施例的染料敏化太阳能电池的概念性剖视图。
图3为表示本发明一实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法的流程图。
图4为表示本发明另一实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法的流程图。
附图标记的说明
11：透明电极
12：相对电极
13、14：柔性基板
20：粘结层
30：纳米半导体氧化物
40：电解质
50：催化剂层
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
参照图2，本发明一实施例的染料敏化太阳能电池包括：相互隔开规定间隔设置的透明电极11及相对电极12；设置于上述透明电极11及相对电极12的外侧的柔性基板13、14；设置于上述透明电极11的一侧的粘结层20；层叠于上述粘结层20的纳米半导体氧化物30；涂敷于上述纳米半导体氧化物30的纳米粒子的表面的染料高分子；以及填充于上述透明电极11和相对电极12之间的电解质40。
上述透明电极11和相对电极12相互隔开规定间隔平行地设置，电解质40填充于上述透明电极11和相对电极12之间的空间。在上述透明电极11和相对电极12的外侧分别具有柔性基板13、14。
上述柔性基板13、14由柔性(flexible)材质的高分子膜形成，以使得能够制造柔性电池。但是，由于高分子膜材质，柔性基板13、14有可能在高温区域被熔融或变形。
纳米半导体氧化物30被粘结层20粘结而设置于上述透明电极11的内侧。
上述粘结层20由导电性热熔树脂形成。
热熔(hot melt)树脂是以高分子树脂为主要原料的、具有使用时若加热则被熔融而发挥粘结力的性质的粘结剂的一种，通常大多使用乙烯氯乙烯共聚树脂(EVA，ethylene vinyl chloride copolymer)，但主要使用聚氨酯(polyurethane)、聚酰胺(polyamide)、聚酯(polyester)及无规聚丙烯(atactic polypropylene)等。
在上述粘结层20上粘结纳米半导体氧化物30。
若上述粘结层20被加热熔融，则上述纳米半导体氧化物30与导电性热熔树脂以一体粘结，同时导电性热熔树脂牢固地粘结于透明电极11。因此，上述纳米半导体氧化物30以粘结层20为媒介粘结于上述透明电极11的内侧面，从而牢固地固定结合。
在这里，形成上述粘结层20的热熔树脂在大致100～120℃的低温下具有熔点。因此，不影响由在高温区域被熔融或变形的高分子膜形成的柔性基板13、14，只使热熔树脂熔融，从而能够使纳米半导体氧化物30粘结于透明电极11。
即，若施加低温的热，则纳米半导体氧化物30和柔性基板13、14不熔融或变形，仅粘结层20熔融，从而能够使纳米半导体氧化物30附着于透明电极11。
另一方面，形成上述粘结层20的热熔树脂具有导电性。因此，即使在上述纳米半导体氧化物30和透明电极11之间形成粘结层20，上述纳米半导体氧化物30和透明电极11也被通电。
上述纳米半导体氧化物30利用通过TiO2纳米粒子之间的酸处理的化学烧制来制造成TiO2糊形态。
上述纳米半导体氧化物30除了TiO2之外，作为由纳米粒子构成的多孔质，还可使用SnO2、ZnO及Nb2O5中的一种，当然，只要可适用于染料敏化太阳能电池，就全部包括在本发明的范畴中。
在上述纳米半导体氧化物30的纳米粒子的表面涂敷染料高分子(未图示)，吸收太阳光而成为激发状态来生成电子，所生成的电子被移送到TiO2纳米半导体氧化物30，并通过透明电极11向外部传递。因吸收太阳光而被氧化的染料从电解质40溶液接收电子，而还原为原来的状态。
此时所使用的电解质40如I-/I3 -那样由氧化还原类构成，作为I-离子源(source)使用LiI、NaI、碱性碘化铵或碘化咪唑鎓等，I3 -离子将I2溶解于溶剂来生成。电解质的介质可使用乙腈(acetonitrile)之类的液体或聚偏氟乙烯(PVDF，polyvinylidene fluoride)之类的高分子。I-执行向染料分子提供电子的作用，被氧化的I3 -接收到达相对电极的电子而再次还原为I-。
在上述相对电极12的内侧还可具有由Pt形成的催化剂层50。
参照图2及图3，说明本发明一实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法。
首先，制造糊(paste)状态的纳米半导体氧化物30。
若糊状态的纳米半导体氧化物30准备完毕，则在透明电极11上形成粘结层20。
在形成上述粘结层的步骤中，涂敷热熔粘结剂来形成粘结层。
在图3的实施例中，热熔粘结剂由液相或糊(paste)状态的热熔(hotmelt)树脂形成，涂敷于透明电极11上。
另一方面，如图4所示，粘结层20可由两面具有粘结剂的热熔膜形成。
在本实施例中，粘结层20由热熔(hot melt)树脂制造成薄膜形态，并在上述薄膜的两面涂敷粘结剂，从而整体上起到如双面胶带的功能。
像这样，也可使形成为如双面胶带的热熔膜粘结于透明电极11来形成粘结层20。
若在透明电极11上已形成粘结层20，则在粘结层20层叠制造成糊状态的纳米半导体氧化物30。
在透明电极11涂敷有液相或糊(paste)状态的热熔(hot melt)粘结剂的情况下，纳米半导体氧化物30附着于热熔粘结剂本身，而热熔膜的情况下，在设置于其表面的两面粘结剂附着纳米半导体氧化物30。
在本实施例的层叠步骤中，在粘结层20上将糊(paste)状态的纳米半导体氧化物进行丝网印刷(screen printing)来涂敷。
在这里，也可将纳米半导体氧化物制造成薄膜形态来附着于粘结层20。并且，在进行丝网印刷(screen printing)的情况下，也可将纳米半导体氧化物制造成液相。
若在粘结层20上已层叠纳米半导体氧化物30，则加热粘结层20使其熔融。
若在粘结层20上层叠有纳米半导体氧化物30的状态下加热，则形成粘结层20的热熔粘结剂或薄膜被熔融，同时牢固地粘结于纳米半导体氧化物30及透明电极11。
此时，在加热步骤中，以100～120℃的比较低的温度进行加热，从而防止柔性基板13、14或纳米半导体氧化物30被熔融或变形。
以上，通过具体实施例详细说明了本发明，但这仅用于具体说明本发明，本发明并不局限于此，能够明确的是，本发明能够在本发明的技术思想内由本发明所属技术领域的普通技术人员进行变形或改良。
本发明的简单的变形或变更均属于本发明的领域，本发明的具体保护范围能够根据所附的权利要求范围来明确。

Claims (13)

1.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括：
相互隔开规定间隔设置的透明电极及相对电极；
设置于所述透明电极的一侧的粘结层；
粘结于所述粘结层上的纳米半导体氧化物；
涂敷于所述纳米半导体氧化物的纳米粒子表面的染料高分子；以及
填充于所述透明电极和相对电极之间的电解质。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
还包括由柔性材质形成的柔性基板，所述柔性基板设置于所述透明电极的外侧。
3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
所述柔性基板由高分子膜形成。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
所述粘结层由导电性热熔树脂形成。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
所述粘结层被加热熔融而使所述纳米半导体氧化物粘结于透明电极。
6.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
所述粘结层在120℃以下的温度下被熔融。
7.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
纳米半导体氧化物为TiO2、SnO2、ZnO及Nb2O5中的一种。
8.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，
在所述相对电极的一侧还设置有催化剂层。
9.一种染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
在透明电极上形成粘结层的步骤；
在所述粘结层上层叠纳米半导体氧化物的步骤；以及
在所述粘结层上层叠了纳米半导体氧化物的状态下，加热粘结层使其熔融来使纳米半导体氧化物粘结的步骤。
10.根据权利要求9所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在形成所述粘结层的步骤中，涂敷热熔粘结剂来形成粘结层。
11.根据权利要求9所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在形成所述粘结层的步骤中，使两面具有粘结剂的热熔膜粘结于透明电极上来形成粘结层。
12.根据权利要求9所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在层叠所述纳米半导体氧化物的步骤中，在所述粘结层上涂敷糊状态的纳米半导体氧化物。
13.根据权利要求9所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在加热所述粘结层使其熔融的步骤中，以100～120℃的温度进行加热。
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