專利名稱：原纖維太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種原纖維濕式太陽能電池及其制備方法，其包含碳納米管并且具有低制造成本、高光轉(zhuǎn)換效率和良好的可成形性。
背景技術(shù)：
由于污染性能源增加的全球性問題，對化石燃料如煤或石油的替代能源的興趣日益增加。例如，太陽能電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。光電能量轉(zhuǎn)換是這樣實現(xiàn)的將太陽能電池(p-n面結(jié)型二極管)暴露于光量子，以產(chǎn)生負(fù)性電子和正性空穴，并將電子和空穴遷移至電極，以產(chǎn)生電動勢。這種太陽能電池通常根據(jù)其構(gòu)成材料分類為硅太陽能電池或化合物半導(dǎo)體太陽能電池。
單晶硅太陽能電池是主要使用的硅太陽能電池，且通常稱為干式太陽能電池。單晶硅太陽能電池的主要優(yōu)點在于，它可以制得很薄。然而，由于單晶硅太陽能電池非常昂貴，所以僅由于特殊的用途，如宇航工業(yè)。較便宜的非晶硅太陽能電池可以使用，但光轉(zhuǎn)換效率低。
包含CuInSe2、CdTe、GaAs及其衍生物的化合物半導(dǎo)體太陽能電池具有較好的特性，但其應(yīng)用因為高成本、低效率和低穩(wěn)定性而非常有限。
目前，已經(jīng)對低成本、環(huán)境友好、容易制備和穩(wěn)定的濕式太陽能電池進(jìn)行了很多的討論。
濕式太陽能電池包括半導(dǎo)體電極和電解液。濕式太陽能電池的典型實例是組合型太陽能電池，其具有由n-型半導(dǎo)體構(gòu)成的結(jié)晶TiO2電極和Pt電極。如果光照射在濕式太陽能電池的結(jié)晶TiO2的表面上，則電子被激發(fā)，并遷移至導(dǎo)帶。當(dāng)電子通過導(dǎo)線到達(dá)Pt電極時，其與質(zhì)子反應(yīng)產(chǎn)生氫。根據(jù)典型濕式太陽能電池的原理，價帶中的空穴奪取位于TiO2表面的水分子的電子。同時，空穴消失產(chǎn)生氧。濕式太陽能電池不是通過將水分解，而是通過外電路中的電阻器產(chǎn)生電能。
當(dāng)由半導(dǎo)體構(gòu)成的濕式太陽能電池吸收波長短于所需水平(即具有大于帶隙能量Eg)的光能時，載流子增加，從而產(chǎn)生電流。然而，濕式太陽能電池不能利用低于Eg的能量。因此，由TiO2構(gòu)成的帶隙能量為3.2eV的濕式太陽能電池，最多僅可以利用4％的太陽光。所以，這種濕式太陽能電池的效率非常低。
為了解決這一問題，已經(jīng)提出帶隙能量低于TiO2以提高光吸收效率的濕式太陽能電池。將能夠吸收可見光的合乎需要的染料涂布在半導(dǎo)體的表面，并使波長可被該染料吸收的光照射在該表面上，致使半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目增加。這種濕式太陽能電池稱為染料敏化型太陽能電池或Gratzell電池。
染料敏化型太陽能電池首先被瑞士的Gratzell所開發(fā)，其使用能夠吸收可見光的光敏染料，該光敏染料涂布在身為典型的n-型半導(dǎo)體的TiO2上。n-型半導(dǎo)體上的光敏染料吸收光自以激發(fā)電子，且電子通過電路經(jīng)由n-型半導(dǎo)體進(jìn)行循環(huán)。氧化還原物質(zhì)接受來自異性極的電子，且光敏染料的電子返回到基態(tài)，所以該電子被再次激發(fā)。
目前，對染料敏化型太陽能電池或Gratzell電池進(jìn)行了一些研究。有關(guān)染料敏化型太陽能電池的實例參見Nature vol.395，8，pp.583(1998)，US5350644、5441827和5728487，及EP 0886804A。
這些專利公開了染料敏化型太陽能電池及其制備方法。太陽能電池包括涂有與釕-二吡啶基絡(luò)合物結(jié)合的TiO2的電極和電解液。通過釕-二吡啶基絡(luò)合物(即光敏染料)，該太陽能電池可以由可見光產(chǎn)生電流。然而，該染料敏化型太陽能電池需要采用液體電解液。由于太陽能電池中的隔離物在玻璃板或塑料板之間形成間隔，且太陽能電池需要密封，所以難于制備這種太陽能電池，并且增加制造成本。此外，由于所產(chǎn)生的電壓非常低(約0.7伏)，所以商業(yè)化這種太陽能電池還存在某些限制。
染料敏化型太陽能電池的另一實例公開于韓國待審專利公開第1997-7001433號中，其中該太陽能電池具有纖維結(jié)構(gòu)并且采用ZnO和鉬。由于這種太陽能電池采用玻璃纖維，所以需要涂布半導(dǎo)體和具有高熔點的電極，從而導(dǎo)致成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種原纖維濕式太陽能電池及其制備方法，其包含碳納米管，并且具有制造成本低、光轉(zhuǎn)化效率高和可成形性優(yōu)良的優(yōu)點。
一方面，本發(fā)明提供一種原纖維太陽能電池，包括纖維狀的內(nèi)芯，所述內(nèi)芯具有由第一碳納米管組成的微孔性纖維和陰極材料，其中所述微孔性纖維的微孔中填有第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液；光導(dǎo)層，其形成于纖維狀內(nèi)芯的表面，并且由至少一種光導(dǎo)聚合物組成；透明電極層，其形成于光導(dǎo)層的表面；及透明的保護(hù)層，其形成于透明電極層的表面并由至少一種透明聚合物組成另一方面，提供一種制備原纖維太陽能電池的方法，包括由第一碳納米管、陰極材料和粘合劑構(gòu)成的溶液形成微孔性纖維，并熱處理該微孔性纖維；將該微孔性纖維浸于由第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液構(gòu)成的溶液中，以形成纖維狀的內(nèi)芯；用光導(dǎo)聚合物涂布纖維的表面，并干燥和平坦化光導(dǎo)聚合物的表面，以形成光導(dǎo)層；用銦錫氧化物涂布光導(dǎo)層的表面，以形成透明電極；及用至少一種透明聚合物涂布透明電極，以形成透明的保護(hù)層。
再一方面，本發(fā)明提供原纖維太陽能電池的應(yīng)用，例如采用原纖維太陽能電池的衣服或采用原纖維太陽能電池的便攜式電源。
本發(fā)明的原纖維太陽能電池可以低成本制造，并且容易制成具有較大的尺寸。此外，該原纖維太陽能電池具有高效率，并且可以制成各種形狀。因而，該原纖維太陽能電池可用于多種用途。


通過參照附圖詳述其示例性實施方案，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點將會更加顯而易見，在附圖中圖1A至圖1E是根據(jù)本發(fā)明實施方式的原纖維太陽能電池的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將詳述根據(jù)本發(fā)明實施方案的原纖維太陽能電池。各附圖均包括縱向和橫向的截面圖。
在本文中，術(shù)語“原纖維太陽能電池”是指具有纖維結(jié)構(gòu)的太陽能電池，這有別于現(xiàn)有技術(shù)的層疊結(jié)構(gòu)。依據(jù)制備方法、用途等，根據(jù)本發(fā)明實施方案的原纖維太陽能電池的截面可以具有各種形狀，例如，球形或橢圓形，如圖1E中所示。此外，本發(fā)明的原纖維太陽能電池的長度可以依據(jù)制備方法或用途而變化。
太陽能電池的纖維狀內(nèi)芯6包括由第一碳納米管3組成的微孔性纖維1和陰極材料4，微孔性纖維1(圖1A)的微孔中填有第二碳納米管8、二氧化鈦10、光敏染料12和電子遷移電解液，如圖1B所示。
碳納米管3和8均具有管狀，其中由6個碳原子構(gòu)成的六角形碳簇彼此相連。碳納米管3和8具有類似于銅的電導(dǎo)率，及類似于金剛石的熱導(dǎo)率(金剛石的熱導(dǎo)率在所有天然材料中是最高的)。優(yōu)選碳納米管3和8具有多重壁或者單或雙重金屬壁。例如，碳納米管3和8可以根據(jù)Ennesen等人在Annual Review of Material Science，vol.24，pp.235中發(fā)表的題為“碳納米管”的文章中公開的常規(guī)方法制備。
碳納米管3和8植入纖維狀的內(nèi)芯6的微孔性纖維1中，并且優(yōu)選其為金屬碳納米管。由于植入微孔性纖維1中的碳納米管3具有良好的導(dǎo)電性，所以它促進(jìn)陰極連同陰極材料4的性能。此外，碳納米管3具有良好的耐化學(xué)品性，因此可以長時間保護(hù)電解液14中的纖維狀的內(nèi)芯6?？紤]到這些特性，植入微孔性纖維1中的碳納米管3相對于粘合劑而言以1～15％重量，優(yōu)選以1～5％重量的濃度包含于其中。所述粘合劑可以包括例如聚乙烯醇。
纖維狀的內(nèi)芯6的微孔性纖維1包括陰極材料4。陰極材料可以是例如鋅氧化物或錫氧化物，其中優(yōu)選錫氧化物。由于本實施方案的原纖維太陽能電池采用碳納米管3和陰極材料4，所以可以利用錫氧化物等便宜的陰極材料代替Pt等昂貴的陰極材料，仍獲得良好的導(dǎo)電性和還原特性。優(yōu)選陰極材料4(如錫氧化物)的直徑為10～50nm，并且相對于粘合劑而言以1～10％重量，優(yōu)選以1～5％重量的濃度包含于其中。
碳納米管8包含于纖維狀內(nèi)芯6的微孔性纖維1的微孔中。碳納米管8改善二氧化鈦的導(dǎo)電性，這反過來又提高了根據(jù)本實施方案的原纖維太陽能電池的性能。有鑒于此，優(yōu)選碳納米管8具有多重壁或者單或雙重金屬壁，壁的直徑為10～100nm?；谟商技{米管8、二氧化鈦10、光敏染料12和電子遷移電解液14構(gòu)成的溶液，碳納米管8以0.1～3％重量，優(yōu)選以0.5～1％重量的濃度包含于其中。
包含于纖維狀的內(nèi)芯6中的二氧化鈦10傳遞電子，該電子被光敏染料所吸收的太陽光中所包含的光子激發(fā)到電極上。為了有效地配合光敏染料12，優(yōu)選二氧化鈦10具有微孔結(jié)構(gòu)，以提供較大的表面積。二氧化鈦10可以具有200～300m2/g的總表面積，及1～50nm的粒度?；谟商技{米管8、二氧化鈦10、光敏染料12和電子遷移電解液14構(gòu)成的溶液，二氧化鈦10以70～80％重量的濃度包含于其中。
此外，纖維狀的內(nèi)芯6包括光敏染料12。太陽光通常具有300～2000nm的波長。光敏染料12可以吸收波長約820nm的光子，以增強光電效應(yīng)?？紤]到這一事實，優(yōu)選本實施方案的光敏染料12包括含釕的絡(luò)合物，含鋨的絡(luò)合物，鐵絡(luò)合物，或者包含2或3種過渡金屬的超重元素絡(luò)合物。光敏染料12中所包含的配位體可以包括二齒螯合的多吡啶基化合物，三齒螯合的多吡啶基化合物，及多齒螯合的多吡啶基化合物，且至少一種多吡啶基化合物包含氰基。本實施方案的光敏染料12的典型實例包括順式-[二異氰根合二(4，4′-二羧酸-2，2′-二吡啶合釕(II))]，但并不僅限于此。
包含于本實施方案的纖維狀內(nèi)芯6中的電解液14包括氧化還原體系。優(yōu)選該氧化還原體系包含碘/碘化物溶液，溴/溴化物溶液，氫醌溶液，及傳遞非結(jié)合電子的過渡金屬絡(luò)合物的溶液。優(yōu)選該電解液為碘/碘化物溶液，更優(yōu)選碘與碘化二甲基己基咪唑鎓的溶液。
包含于本發(fā)明的纖維狀內(nèi)芯6中的電解液14可以是身為有機溶劑的醇，醇的混合物，非揮發(fā)性溶劑，或者粘度降低的溶劑與非揮發(fā)性溶劑的混合物。非揮發(fā)性溶劑可以是，例如，碳酸亞丙酯，碳酸亞乙酯或甲基吡咯烷酮，但并不僅限于此。粘度降低的溶劑可以是，例如，乙腈，乙酸乙酯或四氫呋喃，但并不僅限于此。另外，還可以包括二甲亞砜和二氯乙烷作為其它溶劑。在在本實施方案的原纖維太陽能電池中，最優(yōu)選使用的溶劑是乙腈。
纖維狀內(nèi)芯6的周圍是由至少一種導(dǎo)電聚合物組成的光導(dǎo)層16，如圖1C所示。光導(dǎo)層16通過光產(chǎn)生光電電流，以提高太陽能電池的電流輸出，平穩(wěn)地引導(dǎo)電流流經(jīng)涂布于光導(dǎo)層16的表面上的透明電極層18，以提高原纖維太陽能電池的整體性能。當(dāng)纖維狀的內(nèi)芯6通過濕紡法制備時，纖維狀內(nèi)芯的表面是不平整的。光導(dǎo)層可對纖維狀內(nèi)芯的表面起平整化作用。導(dǎo)電聚合物可以是聚乙烯基咔唑，聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩或聚乙炔，但并不僅限于此。涂布可以如此實現(xiàn)通過濕紡或熔紡法形成纖維狀的內(nèi)芯，熱處理該纖維狀的內(nèi)芯，或?qū)⒃摾w維狀的內(nèi)芯浸于由二氧化鈦、光敏染料和碳納米管構(gòu)成的溶液中，但并不僅限于此。
光導(dǎo)層16除導(dǎo)電聚合物之外，還可以包含錫氧化物顆粒。將錫氧化物與導(dǎo)電聚合物混合，產(chǎn)生較大的光電勢。考慮到這一事實，錫氧化物可以具有1～50nm的粒度，并且可以相對于光導(dǎo)聚合物以1～10％重量，更優(yōu)選以1～5％重量包含于其中。
本實施方案的原纖維太陽能電池包括透明電極層18，其由涂布于光導(dǎo)層16的表面上的聚合物構(gòu)成，如圖1D所示。透明電極層18具有高達(dá)10歐姆/cm2，優(yōu)選1～10歐姆/cm2的表面電阻。構(gòu)成透明電極層18的聚合物是摻雜濃度為0.8％重量的氟的二氧化錫。此外，也可以使用摻雜濃度高達(dá)5％重量的錫氧化物的銦錫氧化物(稱之為ITO玻璃)作為聚合物。優(yōu)選構(gòu)成透明電極層18的聚合物為銦錫氧化物。
優(yōu)選包含于透明電極層18中的銦錫氧化物是通過濺射法涂布在纖維上的。普通的濺射法實現(xiàn)如下。當(dāng)靶上施加負(fù)電壓時，具有與所施加電壓相同能量的二次電子自靶表面濺射出來。該電子撞擊在濺射室中的濺射氣體(如氬氣)上，使濺射氣體反沖到靶表面中。如果施加于靶上的初始能量小，則大量的入射離子被中和，并且被靶吸收。這種機理導(dǎo)致離子植入，其中離子化的顆粒被吸引，撞擊在靶表面上，從而改變靶的結(jié)構(gòu)，或者導(dǎo)致離子散射，其中離子化的顆粒從靶表面反射回來。然而，如果初始能量大，僅僅被反射或者被吸引的離子的數(shù)目降低，而且原子自靶表面濺射出來。除了被入射在靶表面的顆粒濺射的原子之外，靶表面還濺射出二次電子。該原子和二次電子撞擊在濺射氣體上，導(dǎo)致產(chǎn)生等離子體的鏈反應(yīng)。然后，濺射的原子沉積在基材上，形成薄膜。
本實施方案的原纖維太陽能電池包括位于透明電極層18的表面上的透明保護(hù)層20，如圖1E所示。透明保護(hù)層20涂在電極上，并且由透明的聚合物組成。透明聚合物可以是聚鄰苯二甲酸乙二酯，聚乙烯或聚萘二甲酸乙二酯，但并不僅限于此。
制備根據(jù)本發(fā)明實施方案的原纖維太陽能電池的方法包括制備微孔性纖維；將微孔性纖維浸于溶液中，形成太陽能電池；形成光導(dǎo)層；及形成透明電極層和透明的保護(hù)層。
首先，由碳納米管3、陰極材料4和粘合劑構(gòu)成的溶液制備微孔性纖維1，然后進(jìn)行熱處理。
待制得由碳納米管3、陰極材料4和粘合劑構(gòu)成的溶液之后，通過濕紡法由該溶液制備纖維?？梢允褂闷胀ǖ恼澈蟿┤缇垡蚁┐贾苽湮⒖仔岳w維1。粘合劑包含于形成纖維的溶液中，但可于熱處理步驟中消除。
纖維可以通過濕紡法制備如下。首先，通過齒輪泵和噴絲頭，將紡制的未稀釋溶液注入固化槽中，該固化槽中裝有包含溶劑的溶液。然后，通過沉淀劑與紡絲溶液中所包含溶劑以及固化溶液間的相互分散，沉淀劑滲透到紡絲溶液中。因此，聚合物、溶劑和沉淀劑發(fā)生相分離，生成沉淀，進(jìn)而固化成長絲。在經(jīng)過固化槽的長絲的溶劑于清潔槽中完全抽出之后，使長絲通過干燥單元、拉伸單元、加熱單元和乳液處理單元，然后盤繞在繞線機上。抽出的溶劑于純化工藝中收集和回收。
優(yōu)選，紡制的未稀釋溶液的濃度高達(dá)25％，因為在濕紡過程中去除溶劑的速度低。與通過干紡法制得的長絲不同，通過濕紡法制得的長絲的截面形狀可以是不規(guī)則的和粗糙的。
待包含碳納米管3和陰極材料4的纖維形成之后，對該纖維進(jìn)行熱處理使之具有微孔的形狀。為了在纖維中制得微孔，可以將發(fā)泡劑如碳酸銨、偶氮二異丁腈(AIBN)或苯磺酰，以1～10％重量的濃度(基于粘合劑如聚乙烯醇)與纖維混合，然后再進(jìn)行熱處理。所述熱處理是在400～500℃，優(yōu)選430～470℃的溫度下進(jìn)行的。如果熱處理的溫度小于400℃，則難于在纖維中形成足夠的微孔。如果熱處理溫度大于500℃，則由于碳納米管3的破壞而難于得到具有所需特性的太陽能電池。
然后，將微孔性纖維1浸漬于由碳納米管8、二氧化鈦10、光敏染料12和電子遷移電解液14構(gòu)成的溶液中，以形成纖維狀的內(nèi)芯6。所述浸漬在50～80℃的溫度下進(jìn)行30分鐘至1小時。用至少一種光導(dǎo)聚合物涂布纖維狀內(nèi)芯6的表面，然后干燥之，形成光導(dǎo)層16。將光導(dǎo)層平整化。導(dǎo)電聚合物可以是聚乙烯基咔唑，聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩或聚乙炔，但并不僅限于此。
形成光導(dǎo)層16之后，通過濺射法在光導(dǎo)層16的表面涂布聚合物，以形成透明電極層18。該聚合物可以是銦錫氧化物。在透明電極層的表面涂布聚合物(該聚合物可以是聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯或聚萘二甲酸乙二酯)，以形成透明的保護(hù)層。
本發(fā)明的原纖維太陽能電池可以應(yīng)用于衣服，作為可穿用的電腦。
術(shù)語“可穿用的電腦”是指小的便攜式電腦，其設(shè)計成在使用時可以穿在身上?？纱┯玫碾娔X被認(rèn)為是未來派的電腦，已經(jīng)提出很多類型，并且已經(jīng)在一些國家商業(yè)化了。
個人電腦被設(shè)計成人坐在電腦前進(jìn)行操作。較小的便攜式筆記本電腦是輕便的，但是被設(shè)計成用手使用?？纱┯玫碾娔X可以突破電腦的一般概念?？纱┯玫碾娔X可以集成為用戶的衣服，也可以通過一些其它手段附著在身體上，就象護(hù)腕一樣?？纱┯玫碾娔X也可以集成為經(jīng)常穿帶在身體上的日常物品，就象手表或自動對講的電池電話一樣。
商業(yè)化可穿用電腦的最重要的技術(shù)是為其提供電源。為了有效地實現(xiàn)可穿用電腦與用戶間的整體性，可穿用的電腦應(yīng)當(dāng)提供充足的電源，而不需要單獨的充電器，也不需要充電時間。此外，電源還應(yīng)當(dāng)輕便，不給用戶帶來不便，而且應(yīng)當(dāng)由環(huán)保材料制成，不給客戶造成傷害。由于本發(fā)明的原纖維太陽能電池具有纖維結(jié)構(gòu)，所以容易變形，適合做成衣服。另外，由于本發(fā)明的太陽能電池采用太陽光，所以可以連續(xù)地提供能量，無需大都的充電器，也不需要充電時間。再者，由于它不適用玻璃板，所以本發(fā)明的太陽能電池重量輕。而且，該太陽能電池是環(huán)境友好的，不會傷害用戶。由于上述原因，可以利用本發(fā)明的原纖維太陽能電池，作為可穿用電腦的電源或便攜式電源。
實施例實施例1原纖維濕式太陽能電池的制備A.纖維的制備將1克的多壁碳納米管(CarboLex公司的商品)，3克直徑為10nm的錫氧化物(Aldrich公司的商品)，及5克的碳酸銨與91克的聚乙烯醇(含水量為80％重量)混合，得到用于制造纖維的溶液。通過濕紡法紡制該溶液，制得厚度為500μm的纖維。然后，將該纖維在430℃的溫度下熱處理30分鐘。
B.光敏染料的浸漬將于步驟A中制備的微孔性纖維，在由1克多壁碳納米管(CarboLex Inc.的商品)、72克微孔二氧化鈦(Nano Co.Ltd.的商品、直徑為10nm、表面積為250m2/g)、5克氧化鉀、15克含釕染料的化合物(STI Inc.的商品)、5克乙腈溶液、1克二甲基己基碘化咪唑鎓溶液和1克碘構(gòu)成的溶液中，于50℃的溫度下浸漬30分鐘，并在100℃的溫度下干燥1小時。
C.光導(dǎo)層的形成和平整化待將0.97克聚乙烯基咔唑和0.03克直徑為10微米的錫氧化物溶解于100ml甲基吡咯烷酮中，制得用于形成光導(dǎo)層的混合物之后，將得自步驟B的纖維浸漬于該混合物中，以涂布該纖維，并在150℃的溫度下干燥30分鐘。
D.ITO電極的形成室溫下，于10分鐘內(nèi)，在于步驟C中制得的產(chǎn)物的表面上，濺射2000的銦錫氧化物，以涂布光導(dǎo)層的表面。
E.保護(hù)層的形成待將1克的聚對苯二甲酸乙二酯溶解于1000ml的甲基吡咯烷酮中之后，將得自步驟D的產(chǎn)物用該聚對苯二甲酸乙二酯進(jìn)行涂布，并在150℃的溫度下干燥30分鐘。
試驗原纖維太陽能電池的評價在1kW/m2和50℃的溫度下，利用電壓(V)-電流(I)曲線描繪儀(TechnoInc.)，測量在上述方法中制備的原纖維太陽能電池的效率。測得效率為7％，這高于常規(guī)的Gratzell電池(Sustainable Technologies International制造)(5％)。
本發(fā)明的原纖維太陽能電池可以利用便宜的聚合物大量地生產(chǎn)。此外，原纖維太陽能電池具有高效率并且可以制成各種形狀。原纖維太陽能電池可應(yīng)用于衣服，并且可以用作移動電子設(shè)備的便攜式電源。
盡管已經(jīng)參照附圖中所述的示例性實施方案，具體地給出和說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的形式和內(nèi)容作出各種替換和修改。因此，本發(fā)明的真正構(gòu)思和保護(hù)范圍由下列的權(quán)利要求書來定義。
權(quán)利要求
1.一種原纖維太陽能電池，包括纖維狀的內(nèi)芯，該內(nèi)芯具有由第一碳納米管組成的微孔性纖維和陰極材料，其中所述微孔性纖維的微孔中填有第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液；光導(dǎo)層，其形成于纖維狀內(nèi)芯的表面，并且由至少一種光導(dǎo)聚合物組成；透明電極層，其形成于光導(dǎo)層的表面；及透明的保護(hù)層，其形成于透明電極層的表面，并且由至少一種透明的聚合物組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述第一碳納米管具有多重壁或者單或雙重金屬壁，并且以相對于粘合劑為1～15％重量的濃度包含于纖維狀的內(nèi)芯中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述陰極材料是直徑為10～50nm的錫氧化物，并且以相對于粘合劑為1～5％重量的濃度包含于纖維狀的內(nèi)芯中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述第二碳納米管具有直徑為10～100nm的多重壁或者單或雙重金屬壁，并且以相對于溶液為0.1～1％重量的濃度包含于纖維狀的內(nèi)芯中，其中所述溶液由第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述二氧化鈦呈微孔顆粒狀，并且具有200～300m2/g的表面積及1～50nm的粒度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述光敏染料包括含釕的絡(luò)合物，含鋨的絡(luò)合物，鐵絡(luò)合物，及包含2或3種過渡金屬的超重元素絡(luò)合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述電子遷移電解液包括碘/碘化物溶液，溴/溴化物溶液，氫醌溶液，及傳遞非結(jié)合電子的過渡金屬絡(luò)合物的溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池，其中所述光導(dǎo)層還包含相對于光導(dǎo)聚合物為1～5％重量且粒度為1～50nm的錫氧化物。
9.一種制備原纖維太陽能電池的方法，包括由第一碳納米管、陰極材料和粘合劑構(gòu)成的溶液形成微孔性纖維，并熱處理該微孔性纖維；將該微孔性纖維浸于由第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液構(gòu)成的溶液中，以形成纖維狀的內(nèi)芯；用光導(dǎo)聚合物涂布纖維的表面，并干燥和平坦化光導(dǎo)聚合物的表面，以形成光導(dǎo)層；用銦錫氧化物涂布光導(dǎo)層的表面，以形成透明電極；及用至少一種透明聚合物涂布透明電極，以形成透明的保護(hù)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述第一碳納米管所述第一碳納米管具有多重壁或者單或雙重金屬壁，并且以相對于粘合劑為1～15％重量的濃度包含于纖維狀的內(nèi)芯中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述陰極材料是直徑為10～50nm的錫氧化物，并且以相對于粘合劑為1～5％重量的濃度包含于纖維狀的內(nèi)芯中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述微孔性纖維的形成是利用至少一種發(fā)泡劑進(jìn)行的，該發(fā)泡劑選自碳酸銨、偶氮二異丁腈(AIBN)和苯磺酰肼。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述微孔性纖維的形成包括濕紡工藝。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述微孔性纖維的熱處理是在400～500℃的溫度下進(jìn)行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述第二碳納米管具有直徑為10～100nm的多重壁或者單或雙重金屬壁，并且以相對于溶液為0.1～1％重量的濃度包含于纖維狀的內(nèi)芯中，其中所述溶液由第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述二氧化鈦呈微孔顆粒狀，并且具有200～300m2/g的表面積及1～50nm的粒度。
17.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述光敏染料包括含釕的絡(luò)合物，含鋨的絡(luò)合物，鐵絡(luò)合物，及包含2或3種過渡金屬的超重元素絡(luò)合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述光導(dǎo)層還包含相對于光導(dǎo)聚合物為1～5％重量且粒度為1～50nm的錫氧化物。
19.包含根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池的衣服。
20.包含根據(jù)權(quán)利要求1的原纖維太陽能電池的便攜式電源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種原纖維太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池包括纖維狀的內(nèi)芯，所述內(nèi)芯具有由第一碳納米管組成的微孔性纖維和陰極材料，其中所述微孔性纖維的微孔中填有第二碳納米管、二氧化鈦、光敏染料和電子遷移電解液；光導(dǎo)層，其形成于纖維狀內(nèi)芯的表面并由至少一種光導(dǎo)聚合物組成；透明電極層，其形成于光導(dǎo)層的表面；及透明的保護(hù)層，其形成于透明電極層的表面并由至少一種透明聚合物組成?？梢院鼙阋说乩镁酆衔?，大批量地制備原纖維太陽能電池。此外，原纖維太陽能電池具有高效率，并且可以變換成各種形狀。原纖維太陽能電池可以附著在衣服上，并且可以用作移動電子設(shè)備的便攜式電源。
文檔編號H01L51/00GK1649176SQ20051000612
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者陳勇完, 金鐘玟 申請人:三星Sdi株式會社