TWI401811B - 染料敏化太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

染料敏化太陽能電池及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI401811B
TWI401811B TW098144629A TW98144629A TWI401811B TW I401811 B TWI401811 B TW I401811B TW 098144629 A TW098144629 A TW 098144629A TW 98144629 A TW98144629 A TW 98144629A TW I401811 B TWI401811 B TW I401811B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
dye
electrode
solar cell
sensitized solar
substrate
Prior art date
Application number
TW098144629A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201101508A (en
Inventor
Seung Hoon Ryu
Ki Yong Kim
Seong Kee Park
Sung Hoon Joo
Original Assignee
Lg Display Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lg Display Co Ltd filed Critical Lg Display Co Ltd
Publication of TW201101508A publication Critical patent/TW201101508A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI401811B publication Critical patent/TWI401811B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2013—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte the electrolyte comprising ionic liquids, e.g. alkyl imidazolium iodide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/10—Transparent electrodes, e.g. using graphene
    • H10K2102/101—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO]
    • H10K2102/102—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO] comprising tin oxides, e.g. fluorine-doped SnO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

染料敏化太陽能電池及其製造方法
本發明係關於一種染料敏化太陽能電池，特別是一種高效染料敏化太陽能電池及其製造方法。
為了解決即將到來的能源危機，人們正進行著多項研究工作，藉以找到化石燃料的替代品。具體而言，為了替代未來幾十年內將要用盡之石油資源，研究者們正在關注如何利用自然能源，如：風能、原子能及太陽能。
而不同於其它潛在替代品，太陽能電池是不損害生態環境的並可以毫不受限地利用太陽能。因此，自從1983年問世以來，尤其是近來的能源危機中，太陽能電池受到了廣泛地歡迎。
但是，由於矽原材料之供求問題所造成之激烈的國際競爭，所以矽太陽能電池之製造成本很高。為了解決這一問題，國內外的多家研究組織都提出了自救計劃，但在這些計劃在實際執行中仍存在著困難。其中，用於解決嚴重的能源危機之一種可選方案為染料敏化太陽能電池，自從瑞士洛桑高等工業學校(EPFL)的Micheal Graetzel博士所領導之研究團隊於1991年在瑞士研製出了染料敏化太陽能電池，學界對此給與了大量關注，並有多家研究機構投入了對染料敏化太陽能電池之研究。
其中，與矽基太陽能電池不同的是，染料敏化太陽能電池係為光電化學太陽能電池，其主要組成部分係包含：光敏染料分子，這種分子可透過吸收可見光而產生電子-電洞對；以及過渡金屬氧化物，係用於傳輸所產生之電子。而在先前之研究工作中，被視為一種典型的染料敏化太陽能電池之典型結構是一種應用奈米顆粒氧化鈦之染料敏化太陽能電池。
而這種染料敏化太陽能電池之製造成本低於習知的矽太陽能電池。此外，由於其自身之透明電極，故這種染料敏化太陽能電池可用於建築或溫室的外牆之窗戶。但是，由於這種太陽能電池的光電轉化效率較低，所以還需對其進行大量的研究。
此處，太陽能電池之光電轉化效率係與透過吸收太陽光而產生之電子的數量成正比。因此，為了提高效率，需要透過提高氧化鈦奈米顆粒所吸收染料之量而提高所產生的電子，藉以增大對陽光之吸收，並防止所產生之被激發的電子因電子-電洞之再次結合而毀減。
而為了提高單位面積之染料吸收的速率，需要以奈米級製造半導體氧化物的顆粒。為此，已開發出了一種便於吸收陽光的具有較高反射率的鉑電極之製造方法，或者一種將由氧化物半導體所製成之光散射材料與顆粒相混合的方法。
然而，上述方法在提高光電轉化效率方面卻存在著明顯的限制。因此，急需開發出一種可提高效率的新技術。
本發明之目的在於提供一種具有較高光電轉化效率之染料敏化太陽能電池及其製造方法。
本發明提供了一種染料敏化太陽能電池，係包含：第一基板，係包含有第一電極；光吸收層，係位於此第一基板上；以及第二基板，係包含第二電極，其中，此第二基板係位於光吸收層上，同時此光吸收層包含有中間層，而且此中間層中形成有複數個孔。
下面，將結合附圖對本發明實施例進行詳細的描述。
本發明實施例之染料敏化太陽能電池係包含：第一基板，包含有第一電極；光吸收層，係位於第一基板上；及第二基板，係位於此光吸收層上並包含有第二電極，其中，此光吸收層係包含形成有複數個孔之中間層。
同時，此光吸收層可包含有複數個半導體顆粒，這些半導體顆粒中包含有電解質與染料。
而此中間層可被放置於光吸收層之中央部分。
其中，此中間層可以是氟摻雜氧化錫(FTO)玻璃。
同時，此中間層可包含有鉑攙雜層，其中，鉑係攙雜於與第一電極及第二電極相對之表面上。
本發明一實施例之染料敏化太陽能電池的製造方法，係包含：於第一基板上形成第一電極；於此第一電極上形成包含有中間層之光吸收層，同時此中間層上形成有複數個孔；於此光吸收層上形成包含有第二電極的第二基板；以及向此光吸收層中注入電解質。
其中，形成光吸收層之步驟，可包含：於第一電極上形成包含有染料的複數個半導體顆粒；以及於這些半導體顆粒上形成中間層。
同時，可透過氟摻雜氧化錫玻璃形成此中間層。
其中，此中間層可以是鉑攙雜層，此鉑攙雜層係透過於與第一基板及第二基板相對之表面上攙雜鉑而形成。
而後，可用鑽機或雷射於中間層中形成複數個孔。
下面，將結合附圖對本發明實施例進行描述。
「第1圖」示出了本發明一實施例之染料敏化太陽能電池。
如「第1圖」所示，本發明實施例之染料敏化太陽能電池100，可包含：第一基板110，係包含第一電極120；光吸收層130，係位於第一基板110上；以及第二基板150係位於光吸收層130上，同時此第二基板150係包含有第二電極140。
此處，此染料敏化太陽能電池100係具有夾層結構，其中，第一電極120與第二電極140相對地連接在一起。具體而言，第一電極120被放置於第一基板110上且第二電極140係朝向第一電極120，同時，置於第二基板150上之第二電極140可直接地朝向第一電極120。
而在第一電極120與第二電極140之間，可放置光吸收層130，其中光吸收層130係包含：半導體顆粒131；被吸收於半導體顆粒131中之染料132；以及電解質133。
此處，第一基板110可由玻璃或塑料製成，同時，此第一基板110也可由任意能使外界光線射入之材料製成。
其中，塑料之特定實例可以是：對酞酸聚乙烯(PET，polyethyleneterephthalate)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN，polyethylenenaphthalate)、聚碳酸酯(PC，polycarbonate)、聚丙烯(PP，polypropylene)、聚醯亞胺(PI，polyimide)、三醋酸纖維(TAC，triacetylcellulose)或上述物質之共聚物。
而此第一電極120可包含有導電金屬氧化物。
此時，導電金屬氧化物可從：氧化銦錫(ITO，indium tin oxide)、氟摻雜氧化錫(FTO，fluorine-doped tin oxide)、氧化鋅-(氧化鎵或氧化鋁)、錫基氧化物、氧化銻錫(ATO，antimonide tin oxide)、氧化鋅及上述物質之化合物所組成之組份中選取，而這種導電金屬氧化物最好是氟：氧化錫。
此光吸收層130可包含：半導體顆粒131；染料132，係被吸收於半導體顆粒131中；以及電解質133。
此處，半導體顆粒131可使用化合半導體，或卜羅夫基組織(Perovskite structure)之化合物，以及以矽為代表的單元素半導體。
而此半導體可為n型半導體，這種n型半導體可在光學激發時以導電帶中之電子作為載流子，藉以提供陽極電流。同時，這種化合半導體可使用選自鈦(Ti)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎢((W)、鋯(Zr)、鎵(Ga)、銦(In)、釔(Yr)、鈮(Nb)、鉭(Ta)及釩(V)所組成之組份中的金屬氧化物。較佳地，這種化合物半導體可選用氧化鈦(TiO2)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鍶鈦(TiSrO3)或上述物質的化合物。而這種化合物半導體最好選用銳鈦礦型的氧化鈦(TiO2)。但是，這種半導體的類型並不限於上述選擇，同時這種半導體也可選用單一類型或兩種類型的組合。
同時，半導體顆粒131之平均顆粒尺寸可選自從1奈米至500奈米之範圍內，最好選自1奈米至100奈米之範圍內。而且，這種半導體顆粒半導體顆粒131可採用大尺寸顆粒與小尺寸顆粒的混合物或形成為多層結構。
此處，可按照多種方法製造半導體顆粒131，這些方法包含有：透過直接於基板上噴塗半導體顆粒，藉以形成半導體顆粒131之薄膜；用基板作為電極，藉以電性沈積半導體顆粒之薄膜；或者透過後續烘乾、硬化處理及塑料變形於基板上塗覆黏合劑，其中這種黏合劑係透過對半導體顆粒之前驅物或半導體顆粒之糊狀物進行水解而獲得。
在半導體顆粒131之表面上，可沈積染料132，藉以吸收外界光照並產生受激電子。
其中，此染料132可為一種金屬複合材料，係包含：鋁(Al)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銪(Eu)、鉛(Pb)、銥(Ir)以及釕(Ru)。具體而言，由於釕(Ru)為屬於鉑族並可形成多種有機金屬化合物，因此最好使用包含有釕(Ru)的染料132。
作為經常使用且包含有釕(Ru)、釕-二(4,4-雙乙酯基-2,2-雙吡啶)-二異硫氰基-乙腈(Ru(etcbpy)2(NCS)2‧CH3CN)型之染料132的實例，在這種狀況中，(COOEt)2或(COOH)2係為可與多孔膜之表面相結合的反應基團。
另外，還可使用包含有機著色劑之染料。對於有機著色劑而言，可單獨使用香豆素、紫質、氧雜蔥酮、核黃素或三苯代甲烷，或者與其它合成物混合使用。
其中，電解質133可使用氧化還原電解質，具體而言，這些氧化還原電解質係包含：鹵素化合物，係以鹵素原子作為較大原子；鹵素氧化還原電解質，係包含有鹵素分子；金屬氧化還原電解質，如包含有亞鐵氰化物、二茂鐵-二茂鐵離子及鈷複合物之互之金屬複合物；以及有機氧化還原電解質，如：烷基硫醇--二硫甲烷、紫原染料及對苯二酚-醌，其中最好採用鹵素氧化還原電解質。
其中，就與包含有鹵素複合鹵素分子鹵素之氧化還原電解質相關的鹵素分子而言，最好使用碘分子。而就以鹵離子作為較大離子之鹵素化合物而言，可使用：金屬鹵化鹽，如：碘化鋰、碘化鈉、碘化鈣、碘化鎂及碘化銅；有機鹵化銨鹽，如碘化四烷基銨鹽、碘化咪唑、碘化吡啶或碘。
若氧化還原電解質係為包含有氧化還原電解質之溶液的形式，則可利用溶液之電化學鈍性。其中，具體實例係包含：乙醯、碳酸丙烯酯、碳酸伸乙酯、3-甲氧基丙晴、甲氧基乙醯、乙二醇、丙二醇、二伸乙甘醇、三伸甘醇、丁內酯、二甲氧乙烷、碳酸二甲酯、1,3-二氧戊環、甲酸甲酯、2-甲基四氫喃、3-甲氧基惡唑烷-2-酮、環丁碸、氧雜環戊烷以及水。具體而言，最好選用乙醯、碳酸丙烯酯、碳酸伸乙酯、3-甲氧基丙晴、乙二醇、3-甲氧基惡唑烷-2-酮以及丁內酯。同時，上述溶液可單獨使用或於其它溶液進行混合後使用。
其中，光吸收層130可包含有中間層135。
同時，此中間層135包含有：氟摻雜氧化錫玻璃136；鉑摻雜層137，係摻雜於氟摻雜氧化錫玻璃136上；以及複數個孔138。
此處，氟摻雜氧化錫玻璃136具有優異的導電性並可透過於允許外部光照穿過之透明玻璃基板上形成氟摻雜氧化錫(FTO，fluorine tin oxide)的方法製成。
同時，除氟摻雜氧化錫玻璃136之外，此中間層135還包含有鉑摻雜層137，而此鉑摻雜層137之表面係朝向第一電極120及第二電極140，並且此鉑摻雜層137上塗覆了鉑(Pt)。進而，此鉑摻雜層137可增強中間層135之導電性。
其中，此中間層135可包含有複數個孔138。而這些孔138可貫穿與第一電極120及第二電極140相對的表面。
「第2A圖」至「第2C圖」為其中形成有複數個孔的中間層135之平面圖。
如「第2A圖」至「第2C圖」所示，孔的個數可以多於一個並且是不固定的。同時，孔138可具有不同的尺寸，還可為孔138選擇不同的位置。
進而，這些孔138可提供太陽能電池中電子的傳輸效率。
具體而言，太陽能電池的作業原理是：當外部光學在染料中被吸收時，可激發出電子，進而將被激發之電子可透過半導體顆粒被注入第一電極，藉以產生電流。但是，進行接觸的組件之各個表面間不同的電子傳輸效率，尤其是各電極與電解質間不同的電子傳輸效率可降低光電轉化效率。
在本發明實施例中，可透過於中間層135內之具有優異導電性之孔138，藉以在包含有電解質之光吸收層中形成電子傳輸路徑，進而提高光吸收層中的電子傳輸效率。因此，上述方案可具有提高太陽能電池之光電轉化效率的有益效果。
其中，包含有中間層135的上述光吸收層130之厚度小於15μm，而此厚度最好介於1μm至15μm之間，但是此處並不對厚度做特別地指定。
同時，包含有第二電極140之第二基板150可位於光吸收層130上。
此第二電極140可包含透明電極141及催化電極142。其中，可透過透明材料，如：氧化銦錫、氟摻雜氧化錫、氧化銻銦、氧化鋅、氧化錫或氧化鋅-(氧化鎵或氧化鋁)形成此透明電極141。
而催化電極142係用於激活氧化還原對，其中，此催化電極142可採用導電材料，如：鉑、金、釕、鈀、銠、銥、鋨、碳、氧化鈦及導電聚合物製成。
對於朝向第二電極140藉以增強氧化還原反應之催化效應之催化電極142而言，最好透過使用微結構來擴大此催化電極142之表面面積。例如，最好使鉛或金保持不透光狀態(black state)，而使碳保持多孔狀態。具體而言，可透過陽極氧化法或氢氯铂酸處理而形成具有不透光狀態的鉑，而透過燒結碳顆粒或鍛燒有機聚合物而形成具有多孔狀態的碳。
進而，可按用與形成上述第一基板110之方法透過玻璃或塑料製造第二基板150，其中，塑料之特定實例可以是：對酞酸聚乙烯(PET，polyethyleneterephthalate)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN，polyethylenenaphthalate)、聚碳酸酯(PC，polycarbonate)、聚丙烯(PP，polypropylene)、聚醯亞胺(PI，polyimide)或醋酸纖維(TAC，triacetylcellulose)。
若將此染料敏化太陽能電池100曝露於陽光中，光子首先可被光吸收層130中之染料132所吸收。因此，染料132可透過電子從基本狀態到激發狀態之轉化而產生電子-電洞對，進而可將處於激發狀態之電子注入半導體顆粒131之接觸面的導電帶中。進而，所注入之電子可透過接觸面被傳輸至第一電極120，繼而透過外部電路移動至相對的電極，即第二電極140。
同時，透過電解質133中之氧化-還原對之離子可減少因電子轉移而被氧化的染料132。而這些被氧化之離子可與到達第二電極140之接觸面的電子相對應地進行還原反應，藉以達到電荷中性，進而使染料敏化太陽能電池100進行作業。
下面，將對本發明實施例之染料敏化太陽能電池的製造方法進行描述。
「第3A圖」至「第3D圖」為用於示出包含有本發明實施例之染料敏化太陽能電池的製造方法之各個製程的剖面圖。
如「第3A圖」所示，可於第一基板210上形成第一電極220。如上所述，可用玻璃或塑料形成此第一基板210，同時，也可用上述材料形成第一電極220。例如，可透過如：電鍍、濺鍍及電子束沈積之物理氣相沈積(PVD，physical vapor deposition)法並透過向導電層中摻入氟(F)，藉以於透明玻璃上形成包含有導電材料之導電層，進而製造出此電極或基板。
接下來，可於所製造出的第一電極220上形成包含有染料232之半導體顆粒231。
具體而言，可於第一電極220上塗覆半導體顆粒糊狀物，其中，這種半導體顆粒糊狀物係透過溶解半導體顆粒、黏結劑以及用於在溶液中形成氣孔的聚合物而製成。
此時，半導體顆粒可使用與上文所述之相同的材料。而黏結劑可以是聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯-聚偏二乙烯氟化共聚物、聚醋酸乙烯酯、烷基化聚乙烯氧化物、聚乙烯醚、烷基金屬丙烯酸鹽、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯啶、苯乙烯-丁二烯橡膠、上述物質的共聚物以及上述物質的組合。
其中，用於形成氣孔之聚合物可使用在加熱製程後未保留下有機材料之聚合物。例如，這種聚合物可以是：聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。
而溶液可為如：乙醇、異丙醇、n-正丙醇或丁醇之醇類；水；二甲基乙醯胺；二甲亞碸或N-甲基吡咯啉。
其中，塗佈半導體糊狀物之方法可採用：網印塗佈法、刮刀塗佈法、凹版印刷塗佈法、浸塗法、絲網塗佈法、旋塗法、輥塗法或轉錄法。
進而，可在塗佈半導體顆粒糊狀物後執行加熱製程。
當在黏合過程中加入此糊狀物時，可執行30分鐘的加熱製程或使溫度介於400℃至600℃之間。或者，可在溫度低於200℃時執行此加熱製程。
接下來，可透過加熱製，藉以於半導體顆粒上沈積染料232。或是，透過於半導體顆粒膜上噴塗包含有染料232之分散液，進而對分散液進行噴塗或將半導體顆粒浸泡於浸液中，藉以於半導體顆粒上沈積染料232。
此處，可在將形成有半導體顆粒之第一基板浸泡於包含有染料232之分散液中約12小時後停止染料232的沈積。同時，可透過加熱縮短進行沈積所需之時間。此時，可用上述材料作為染料，並用乙腈、二氯甲烷或醇基溶液作為用於使染料分散之溶液。
進而，可在染料沈積製程後，透過溶液清洗沈積有染料232之半導體顆粒231。
接下來，如「第3B圖」所示，可形成包含有氟摻雜氧化錫玻璃236、鉑摻雜層237及孔238之中間層235。
具體而言，可透過如：電鍍、濺鍍及電子束沈積之物理氣相沈積(PVD，physical vapor deposition)法於由玻璃或塑料所組成之透明基板上形成包含有導電材料的導電層，並透過向此導電層中摻入氟(F)，而形成氟摻雜氧化錫玻璃236。
接下來，可在氟摻雜氧化錫玻璃236之兩個表面，即朝向第一電極之表面與第二電極之表面的兩個表面上摻入鉑(Pt)，藉以形成鉑摻雜層237。
進而，透過使用鑽機或雷射，可於其中形成有鉑摻雜層237之氟摻雜氧化錫玻璃236上形成複數個孔238。在這種狀況中，如上所述，可按不同的方法形成複數個孔238，而不受孔之數量、尺寸以及位置的限制。
接下來，如「第3C圖」所示，可形成包含有第二電極240之第二基板250。
具體而言，可透過如：電鍍、濺鍍及電子束沈積之物理氣相沈積(PVD，physical vapor deposition)法於由玻璃或塑料所組成之第二基板250上形成包含有導電材料的導電層，並透過向此導電層中摻入氟(F)，而形成透明電極241。
進而，可將溶解於如乙醇之溶液中的觸媒前驅物塗覆於透明電極241上，進而，在於空氣或氧氣中進行高於400℃之高溫熱處理後形成催化電極242。
接下來，如「第3D圖」所示，可將第一基板210、光吸收層230及第二基板250連接在一起。具體而言，可透過如：熱塑性聚合物膜、環氧樹脂或紫外線硬化劑之黏合劑將多個表面連接在一起。
進而，可形成多個貫穿第二基板250之細孔並透過這些孔將電解質233注入兩個電極之間的空間中。此時，可用上述材料作為電解質233。
最後，在注入電解質233之後，可透過黏合劑緊密地封住形成於第二基板250中之多個孔，進而製成本發明實施例之染料敏化太陽能電池200。
此處，將對本發明實施例進行描述，以下實施例僅用於產生本發明，但本發明並不局限於下列實施例。
實施例：染料敏化太陽能電池的製造方法。
(1)製造工作電極
將氟摻雜氧化錫玻璃(如：皮爾金頓公司所生產的氟摻雜氧化錫玻璃，TEC7)切割為1.5厘米×1.5厘米的尺寸，而後透過玻璃洗潔劑進行10分鐘的音波清洗，進而可透過蒸餾水完全移除肥皂水。而後，可透過乙醇用15分鐘重複進行兩次音波清洗。在透過乙醇溶液完全洗淨氟摻雜氧化錫玻璃後，可將氟摻雜氧化錫玻璃置於溫度為100℃之烤箱內，藉以進行乾燥。為了增強與氧化鈦間之接觸力，可於70℃之40毫摩爾二氯化鈦溶液內將透過上述方法製備的氟摻雜氧化錫玻璃浸泡40分鐘，並透過蒸餾水洗淨，進而於100℃之烤箱內完全烘乾。接下來，由超眾公司(CCIC Inc.)所製造之氧化鈦糊狀物(18-NR)可作為染料並透過印刷機與9毫米×9毫米遮擋罩(具有200個網格)將其塗覆於氟摻雜氧化錫玻璃上。進而，在烤箱中以100℃對所塗膜之薄膜進行20分鐘的烘乾，其中這一過程需重複三次。而後，以450℃的溫度對所塗覆之薄膜進行60分鐘的塑性加工，藉以得到厚度約為10μm的氧化鈦膜。而在此加熱製成之後，可透過於0.5毫摩爾之合成染料的乙醇溶液中將氧化鈦浸泡24小時，藉以沈積染料(此時，在乙醇溶液為溶解染料之狀況中，可更換溶劑)。在沈積製成之後，可徹底洗去乙醇溶液沈積後所保留之染料，並用熱風器進行乾燥。
(2)製造中間層
可用金剛石鑽機(Dremel multipro 395)於尺寸為0.5厘米×0.5厘米之氟摻雜氧化錫玻璃中形成九個可使電解質通過的孔。接下來，可透過與對工作電極所採用之相同方法對氟摻雜氧化錫玻璃進行清洗並將其烘乾。進而，將六氯鉑酸鹽丙醇溶液塗覆於氟摻雜氧化錫玻璃的兩個表面上，而後以450℃的溫度對此氟摻雜氧化錫玻璃進行60分鐘的塑性加工。
(3)製造相對電極
透過直徑為0.7毫米的金剛石鑽機(Dremel multipro 395)於尺寸為1.5厘米×1.5厘米之氟摻雜氧化錫玻璃中形成兩個可使電解質通過的孔。接下來，可透過與對工作電極所進行之相同的方法對氟摻雜氧化錫玻璃進行清洗並將其烘乾。進而，將六氯鉑酸鹽丙醇溶液塗覆於氟摻雜氧化錫玻璃的兩個表面上，而後以450℃的溫度對此氟摻雜氧化錫玻璃進行60分鐘的塑性加工。
(4)製造夾層電池
將被切割成矩形帶狀之膠膜(漢高公司所生產之SX1170-25型Surlyn膠膜)放置於工作電極與相對電極之間，將透過夾子與烤箱使兩塊電極結合在一起，進而透過貫穿於此相對電極中之兩個小孔注入電解質。而後，透過這種膠膜帶與覆蓋布料進行密封，藉以形成夾層電極。同時，此電解質溶液可用0.1摩爾碘化鋰、0.05摩爾氯氣、0.6摩爾1-已炔-2,3-二甲基咪唑啉碘化物以及0.5摩爾帶有3-甲基丙腈之4-丁基吡啶作為溶劑。
(5)光電流-電壓的測量
從配備有1.5安培太陽能模擬過濾器之氙燈(歐瑞公司所生產的300瓦特氙弧燈)所發出之光照被施加至所製造出之夾層電池上。進而，透過M236型電源測量單元(SMU,source measure unit)獲得電流-電源曲線。其中，電勢之範圍介於-0.8伏特至0.2伏特之間且光線的強度被設定為100瓦特每平方厘米。
比較實施例：「第4圖」所示之染料敏化太陽能電池係透過除中間層之製造過程以外保持與之前的實施例相同之製造條件而製成(由於「第4圖」包含有與「第1圖」相同之源極及標號，因此未提供對「第4圖」之描述。)
下面，對分別依照本發明實施例與比較實施例製造出的染料敏化太陽能電池的短路電流(以Jsc表示)、開路電壓(以Voc表示)、填充因子(以FF表示)及光電轉化效率(以PCE表示)進行測量。「表1」與「第5圖」示出了這些測量資料。此時，在相同的條件下，對本發明實施例與比較實施例進行兩次測量。
如「表1」與「第5圖」所示，與比較實施例相比，依照本發明實施例製造出的染料敏化太陽能電池具有較高的光電轉化效率(PCE，photoelectric conversion efficiency)。
因此，本發明實施例之染料敏化太陽能電池之染料及包含具有複數個空孔之中間層的太陽能電池提供了優異的光電轉化效率。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。在本發明之專利保護範圍中，裝置加功能從句係用於覆蓋執行所述功能之結構，因此不對同等結構提供了保護，同時也涵蓋了等效的結構。除非本發明之專利保護範圍的限定範圍中明確地引用了術語〞裝置〞，否則這種限制無意於未違反美國專利法(35 U.S.C.)第112條第六項中的規定。
100、200．．．染料敏化太陽能電池
110、210．．．第一基板
120、220．．．第一電極
130、230．．．光吸收層
131、231．．．半導體顆粒
132、232．．．染料
133、233．．．電解質
135、235．．．中間層
136、236．．．氟摻雜氧化錫玻璃
137、237．．．鉑摻雜層
138、238．．．孔
140、240．．．第二電極
141、241．．．透明電極
142、242．．．催化電極
150、250．．．第二基板
第1圖示出了本發明一實施例之染料敏化太陽能電池；
第2A圖至第2C圖為本發明中中間層之不同實施例的平面圖；
第3A圖至第3D圖用於說明本發明實施例之染料敏化太陽能電池之製造方法的平面圖；
第4圖示出了本發明實施例之染料敏化太陽能電池；以及
第5圖示出了依據本發明實施例與比較實施例製造出的染料敏化太陽能電池的電流-電壓曲線。
100．．．染料敏化太陽能電池
110．．．第一基板
120．．．第一電極
130．．．光吸收層
131．．．半導體顆粒
132．．．染料
133．．．電解質
135．．．中間層
136．．．氟摻雜氧化錫玻璃
137．．．鉑摻雜層
138．．．孔
140．．．第二電極
141．．．透明電極
142．．．催化電極
150．．．第二基板

Claims (10)

  1. 一種染料敏化太陽能電池，係包含：一第一基板，係包含有一第一電極；一光吸收層，係位於該第一基板上；以及一第二基板，係包含有一第二電極，其中該第二基板係位於該光吸收層上，而該光吸收層係包含一中間層，且該中間層上形成有複數個孔，其中该等孔於該中間層內形成電子傳輸路徑。
  2. 如請求項第1項所述之染料敏化太陽能電池，其中該光吸收層係包含：電解質；及複數個半導體顆粒，係包含有染料。
  3. 如請求項第1項所述之染料敏化太陽能電池，其中該中間層係位於該光吸收層之中間部分。
  4. 如請求項第1項所述之染料敏化太陽能電池，其中該中間層係為氟摻雜氧化錫玻璃。
  5. 如請求項第1項所述之染料敏化太陽能電池，其中該中間層係包含一鉑摻雜層，該鉑摻雜層中鉑係摻雜於朝向該第一電極與該第二電極之表面上。
  6. 一種染料敏化太陽能電池的製造方法，係包含：於一第一基板上形成一第一電極，並於該第一電極上形成包含有一中間層之一光吸收層，其中該中間層上係形成有複數個孔，其中该等孔於該中間層內形成電子傳輸路徑； 於該光吸收層上形成包含有一第二電極之一第二基板；以及向該光吸收層中注入電解質。
  7. 如請求項第6項所述之染料敏化太陽能電池的製造方法，其中形成該光吸收層之步驟，係包含：於該第一電極上形成包含有染料之複數個半導體顆粒；以及於該等半導體顆粒上形成該中間層。
  8. 如請求項第6項所述之染料敏化太陽能電池的製造方法，其中該中間層係透過氟摻雜氧化錫玻璃形成。
  9. 如請求項第6項所述之染料敏化太陽能電池的製造方法，其中透過朝向該第一電極與第二電極之表面上摻入鉑，藉以形成一鉑摻雜層。
  10. 如請求項第6項所述之染料敏化太陽能電池的製造方法，其中透過一鑽機或雷射於該中間層中形成該等孔。
TW098144629A 2009-06-25 2009-12-23 染料敏化太陽能電池及其製造方法 TWI401811B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090057297A KR101303450B1 (ko) 2009-06-25 2009-06-25 염료 감응 태양전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201101508A TW201101508A (en) 2011-01-01
TWI401811B true TWI401811B (zh) 2013-07-11

Family

ID=43369949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098144629A TWI401811B (zh) 2009-06-25 2009-12-23 染料敏化太陽能電池及其製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9105409B2 (zh)
KR (1) KR101303450B1 (zh)
CN (1) CN101930854B (zh)
TW (1) TWI401811B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI449190B (zh) * 2011-06-21 2014-08-11 Ind Tech Res Inst 染料敏化太陽能電池
TWI511310B (zh) * 2012-01-17 2015-12-01 Microjet Technology Co Ltd 染料敏化太陽能電池之製造方法
JP6094839B2 (ja) * 2012-05-08 2017-03-15 エルジー・ケム・リミテッド 色素増感太陽電池およびその製造方法
PL2997585T3 (pl) 2013-05-17 2020-01-31 Exeger Operations Ab Ogniwo słoneczne uczulane barwnikiem i sposób wytwarzania ogniwa słonecznego
US10964486B2 (en) 2013-05-17 2021-03-30 Exeger Operations Ab Dye-sensitized solar cell unit and a photovoltaic charger including the solar cell unit
US10069459B1 (en) * 2013-10-21 2018-09-04 University Of South Florida Solar cells having internal energy storage capacity
CN104836519A (zh) * 2015-03-24 2015-08-12 东南大学 基于钙钛矿太阳能电池供电的一体化智能玻璃窗及其制造方法
US9911935B2 (en) 2015-09-04 2018-03-06 International Business Machines Corporation Transparent conducting oxide as top-electrode in perovskite solar cell by non-sputtering process
JP6104446B1 (ja) * 2016-10-07 2017-03-29 株式会社昭和 色素増感型太陽電池モジュール
TWI635634B (zh) * 2017-09-04 2018-09-11 國立高雄應用科技大學 多層染料敏化太陽能電池構造及其製造方法
US11117801B2 (en) * 2018-04-24 2021-09-14 Imam Abdulrahman Bin Faisal University Transparent electrode with a composite layer of a graphene layer and nanoparticles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030230335A1 (en) * 2002-06-17 2003-12-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Methods for producing titanium oxide sol and fine titanium oxide particles, and photoelectric conversion device
US20070068569A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Nam Jung G Tandem photovoltaic device and fabrication method thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1677316A4 (en) * 2003-10-23 2009-08-26 Bridgestone Corp TRANSPARENT CONDUCTIVE SUBSTRATE, ELECTRODE FOR COLOR-SENSITIZED SOLAR CELL AND COLOR-SENSITIZED SOLAR CELL
WO2005078853A1 (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Bridgestone Corporation 色素増感型太陽電池
JP2007172916A (ja) * 2005-12-20 2007-07-05 Fujikura Ltd 光電変換素子
JP2007273240A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Shinshu Univ 色素増感太陽電池
JP2008053042A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Univ Nagoya 色素増感太陽電池
KR100928072B1 (ko) * 2007-10-05 2009-11-23 강릉원주대학교산학협력단 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
CN101226966B (zh) * 2008-01-22 2010-07-28 西安交通大学 染料敏化TiO2纳米晶太阳能电池的定制化导电薄膜及其制备
CN101295586B (zh) * 2008-06-11 2012-05-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种纳米晶TiO2太阳能电池原型器件的制作方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030230335A1 (en) * 2002-06-17 2003-12-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Methods for producing titanium oxide sol and fine titanium oxide particles, and photoelectric conversion device
US20070068569A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Nam Jung G Tandem photovoltaic device and fabrication method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100138663A (ko) 2010-12-31
US20100326505A1 (en) 2010-12-30
KR101303450B1 (ko) 2013-09-05
TW201101508A (en) 2011-01-01
CN101930854A (zh) 2010-12-29
CN101930854B (zh) 2013-02-20
US9105409B2 (en) 2015-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI401811B (zh) 染料敏化太陽能電池及其製造方法
JP5275346B2 (ja) 色素増感太陽電池
JP2008218394A (ja) 色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池の製造方法
WO2005112184A1 (ja) 光電変換素子、及びこれに用いる透明導電性基板
JP5550540B2 (ja) 染料感応太陽電池モジュール及びその製造方法
JP5840170B2 (ja) 高耐久性、高変換効率を有する色素増感型太陽電池
KR20070021470A (ko) 염료감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료감응태양 전지
JP4963165B2 (ja) 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール
KR20120136578A (ko) 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR20160113545A (ko) 집광 장치를 설치한 색소 증감형 태양 전지
JP2012204275A (ja) 色素増感型太陽電池の製造方法、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール
JP4843899B2 (ja) 光電変換素子およびその製造方法
KR101627161B1 (ko) 고분자 지지층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법
JP2007115602A (ja) 色素増感型太陽電池用二酸化チタン分散体
CN102013324B (zh) 染料敏化太阳能电池及其制造方法
JP2004134298A (ja) 色素増感型太陽電池の製造方法及び色素増感型太陽電池
JP2007073198A (ja) 色素増感型太陽電池
JP2007200714A (ja) 色素増感型太陽電池及びその製造方法
KR101623585B1 (ko) 염료 감응 태양전지 및 그 제조방법
JP2013122875A (ja) 光電変換素子およびその製造方法ならびに光電変換素子用対極ならびに電子機器ならびに建築物
KR20120086812A (ko) 염료감응 태양전지의 작업전극 및 그의 제조방법
KR20130019849A (ko) 염료감응 태양전지
JP2012156070A (ja) 色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法および色素増感太陽電池
JP5191631B2 (ja) 対極の製造方法及び光電変換素子の製造方法
Sahmer et al. Effect of Reflective Platinum Film on the Performance of Flexible Dye Solar Cell (DSC)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees