專(zhuān)利名稱(chēng)：基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，特別有關(guān)于提升染料敏化太陽(yáng)電池輸出電流與輸出功率的方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽(yáng)電池(Dye-Sensitized Solar Cell，簡(jiǎn)稱(chēng)DSSC)或稱(chēng)為染料增感型太陽(yáng)電池，具有成本低、效率高、制作簡(jiǎn)易以及可塑性高等優(yōu)勢(shì)，且室內(nèi)光源可發(fā)電、不受日照角度影響等特點(diǎn)。傳統(tǒng)染料敏化太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)包含基板(玻璃或薄膜基板)、透明導(dǎo)電膜、工作電極(含半導(dǎo)體層與染料)、電荷傳輸材料(電解質(zhì))，和由基板上鍍有透明導(dǎo)電膜、鉬觸媒之相對(duì)電極等所構(gòu)成。由于染料敏化太陽(yáng)電池次模塊目前的輸出效率約只有 6-8%，且輸出功率尚不夠高。提升染料敏化太陽(yáng)電池次模塊的效率與輸出功率為目前開(kāi)發(fā)的一大重點(diǎn)。在制造染料敏化太陽(yáng)電池的次模塊電池時(shí)，一般會(huì)使用網(wǎng)印法印刷銀線(xiàn)與保護(hù)銀線(xiàn)的保護(hù)膠于導(dǎo)電基板上。一般在制造工藝設(shè)計(jì)上，在工作電極與銀線(xiàn)保護(hù)膠之間，會(huì)預(yù)留特定的空間，卻因此降低了次模塊工作電極的活性面積。另外，電泳沉積法具有快速成膜速度、設(shè)備簡(jiǎn)單且可以沉積在具有導(dǎo)電性的各種形狀的物體上等優(yōu)點(diǎn)。因此，在已知技術(shù)中亦被選擇用來(lái)制備染料敏化太陽(yáng)電池的TiO2電極。廣義上電泳沉積法是屬于膠體工藝的一種，通過(guò)控制膠體粒子的表面狀態(tài)，使其均勻分散懸浮于溶液中，再將兩電極浸入懸浮液中，并于兩電極間施加直流電場(chǎng)，使表面帶有電荷的粒子在電場(chǎng)的作用下，朝向與本身電性相反的電極方向移動(dòng)，最終沉積于基板上，而形成一鍍層。中國(guó)專(zhuān)利第CN 1763261A號(hào)揭露一種以定電位方式電泳沉積TiO2膜于玻璃導(dǎo)電基板上的方法。所述具有電極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電基板可應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池。然而，傳統(tǒng)電泳沉積TiO2膜的方法具有許多技術(shù)上的限制，例如必須以定電壓方式制備TiO2電極，限制在電泳槽的陰極沉積，電泳液中需含有鹽類(lèi)電解質(zhì)，以及需要再經(jīng)400-500°C或微波處理電極，使得單純以電泳沉積法無(wú)法得到所欲的電極品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一基板，其上面具有一圖案化金屬層定義出一電極區(qū)域，其中一保護(hù)膠覆蓋該圖案化金屬層，且一電極層填充在該電極區(qū)域內(nèi)；以及實(shí)施一填補(bǔ)步驟以沉積一納米氧化物于該電極層上，使其填滿(mǎn)整個(gè)電極區(qū)域。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一透明導(dǎo)電基板，其上面具有一圖案化金屬層定.義出一電極區(qū)域，其中一保護(hù)膠覆蓋該圖案化金屬層， 且一電極層填充于該電極區(qū)域內(nèi)、其中該電極層包含一細(xì)粒徑電極次層和一粗粒徑電極次層；實(shí)施一第一電泳沉積步驟沉積細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙；以及實(shí)施一第二電泳沉積步驟沉積粗粒徑的納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙。本發(fā)明的各實(shí)施例主要利用電泳沉積法填補(bǔ)工作電極與銀線(xiàn)保護(hù)膠之間空隙，提升工作電極的活性面積，并作為染料敏化太陽(yáng)電池的工作電極以提高組件的輸出電流與輸出功率。為使本發(fā)明能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施例中電泳沉積設(shè)備10的示意圖；圖2A和2B顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法示意圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基板電極結(jié)構(gòu)的入射波長(zhǎng)和入射光子-電子轉(zhuǎn)換效率(IPCE)的比較結(jié)果。主要組件符號(hào)說(shuō)明10 電泳沉積設(shè)備；12 電泳溶液槽體；14 陰極；15 帶電荷的氧化物粉體；16 陽(yáng)極；18 溶劑；20 直流電源供應(yīng)器；D 兩電極間的距離；102 基板；104 圖案化金屬層；106 保護(hù)膠；110 電極層；112 細(xì)粒徑電極次層；114 粗粒徑電極次層；120 電泳沉積納米氧化物層；122 細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒；124 粗粒徑的納米氧化物顆粒；A 電極區(qū)域；B 實(shí)際印刷的電極層面積。
具體實(shí)施例方式以下以各實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明并伴隨著

的范例，做為本發(fā)明的參考依據(jù)。在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分皆使用相同的圖號(hào)。且在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，并以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。再者，附圖中各組件的部分將以分別描述說(shuō)明之， 值得注意的是，圖中未繪示或描述的組件，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者所知的形式，另外，特定的實(shí)施例僅為揭示本發(fā)明使用的特定方式，其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明的各實(shí)施例主要利用電泳沉積法填補(bǔ)工作電極與銀線(xiàn)保護(hù)膠之間空隙，提升工作電極的活性面積，并作為染料敏化太陽(yáng)電池的工作電極以提高組件的輸出電流與輸出功率。圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施例中電泳沉積設(shè)備10的示意圖。在圖1中，將氧化物粉體15 (例如TiO2粉體)均勻分散于電泳溶液槽體12內(nèi)的溶劑18 (例如IPA，iso-propyl alcohol)中。將制作好的TiO2電極(制作TiO2電極可包括許多方式，電極網(wǎng)印法為其中一種)作為陰極14，將FTO玻璃作為陽(yáng)極16，配置好的電泳溶液置于兩電極間，距離為D， 透過(guò)直流電源供應(yīng)器20以定電流或定電位方式進(jìn)行電泳沉積，一般而言，分散于IPA中的 TiO2粒子因表面帶正電荷，會(huì)沉積于陰極14上。電泳沉積法基本上分為電泳及沉積兩個(gè)步驟，電泳步驟即通過(guò)一外加電場(chǎng)，使懸浮在溶液中帶有電荷的粒子受到電場(chǎng)作用移動(dòng)，以及沉積步驟是將基板附近的粒子沉積至基板上，形成一層由粒子緊密堆積而成的鍍層。圖2A和2B顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法示意圖。請(qǐng)參閱圖2A，首先，提供一基板102 (例如透明導(dǎo)電基板TC0)，其上面具有一圖案化金屬層104定義出一電極區(qū)域A，其中一保護(hù)膠106覆蓋圖案化金屬層104。一電極層110包含一細(xì)粒徑電極次層112和一粗粒徑電極次層114，填充于電極區(qū)域A內(nèi)。為了使工藝方便與順利，實(shí)際填充的電極層110面積B會(huì)小于電極區(qū)域A，使得電極層110與保護(hù)膠106之間，預(yù)留特定的空間。為了使這些空間得到充分利用，在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)電泳法來(lái)沉積TiO2于剩余面積的步驟。接著，請(qǐng)參閱圖2B，實(shí)施一填補(bǔ)步驟以沉積一納米氧化物層120于該電極層110 上，使其填滿(mǎn)整個(gè)電極區(qū)域。填補(bǔ)步驟包括實(shí)施一電沉積法，例如電泳沉積法。所述電極層110與納米氧化物120的組成可相同亦可不相同。所述納米氧化物120可包括氧化鈦 (TiOx)、二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化硅、其它適合的氧化物半導(dǎo)體材料或前述的組合。 在一實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)電泳沉積的電極厚度約為0. 1 μ m到50 μ m之間。電泳沉積的納米氧化物的粒徑大小可選用約為5nm到400nm之間。在另一實(shí)施例中，實(shí)施一第一電泳沉積步驟沉積細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒122于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙，其中該細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒的粒徑范圍可為約5nm 到50nm ；以及實(shí)施一第二電泳沉積步驟沉積粗粒徑的納米氧化物顆粒124于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙，其中該粗粒徑的納米氧化物顆粒的粒徑范圍可為約50nm到400nm。應(yīng)注意的是，粗粒徑的納米氧化物顆粒有助于入射光子的散射，進(jìn)而增加光子的吸收效率。在另一實(shí)施例中，電泳沉積的納米氧化物可隨機(jī)摻混，也可以控制分布沉積。例如，先沉積細(xì)粒徑的納米氧化物，再沉積粗粒徑的納米氧化物。上述揭露的實(shí)施例所使用的電泳沉積步驟，除了可以填補(bǔ)網(wǎng)印制備的散射層中的孔隙外，也可以沉積在工作電極與保護(hù)膠之間空隙面積，約可提升活性面積20%。進(jìn)一步可通過(guò)多次沉積過(guò)程，改變不同TiO2的粒徑及型態(tài)來(lái)進(jìn)行沉積，以沉積出不同分布型態(tài)的 TiO2電極，以增加入射光線(xiàn)利用率，提升輸出電流。第一實(shí)施范例以下茲特別以數(shù)個(gè)實(shí)施范例，具體例示本發(fā)明的技術(shù)手段與精神步驟1.制備工作電極以網(wǎng)印方式制備二氧化鈦電極層(厚度18微米)、圖案化銀線(xiàn)及保護(hù)銀線(xiàn)的玻璃膠至透明導(dǎo)電基板(FTO/glass)后，送入高溫爐于500°C進(jìn)行燒結(jié) 30分鐘。步驟2.制備對(duì)電極以網(wǎng)印方式制備白金對(duì)電極、圖案化銀線(xiàn)及保護(hù)銀線(xiàn)的玻璃膠至透明導(dǎo)電基板(FTO/glass)后，送入高溫爐于500°C進(jìn)行燒結(jié)30分鐘。步驟3.將1. 25克的二氧化鈦納米粉末(購(gòu)自Degussa公司，產(chǎn)品型號(hào)P90，粒徑 15 20nm)加入500毫升的IPA溶液中，攪拌6小時(shí)，使二氧化鈦納米粒子均勻分散。步驟4.將步驟1中制備好的電極基板浸置于步驟3中的溶液中，將電源供應(yīng)器 (Keithley 2400)的負(fù)極與基板連接，而正極與底部導(dǎo)電基板連接，正負(fù)兩極距離約1厘米。步驟5.電源供應(yīng)器設(shè)定為定電流100毫安，并以不同時(shí)間電泳沉積二氧化鈦于步驟1中制備的工作電極上，沉積時(shí)間可以1分鐘、3分鐘、5分鐘和7分鐘。另外，可視需要再沉積4分鐘粒徑約為IOOnm的二氧化鈦。步驟6.電泳完畢后，靜置于室溫25°C下3小時(shí)后，進(jìn)入高溫爐中以500°C進(jìn)行二
次燒結(jié)。步驟7.將步驟五中的電極浸泡于3 X 10_4M的N719染料溶液中，于室溫下浸泡24 小時(shí)后，以丙酮清洗后靜置。步驟8.將步驟2中的對(duì)電極與步驟7吸附染料后的工作電極以熱塑型塑料進(jìn)行對(duì)組粘合，并將含有Γ/ι3-的電解液注入兩電極間并封裝后，進(jìn)行電池效能測(cè)試。各條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表一所示。表一、電泳時(shí)間對(duì)電池性能表現(xiàn)影響
權(quán)利要求
1.一種基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括提供一基板，其上面具有一圖案化金屬層定義出一電極區(qū)域，其中一保護(hù)膠覆蓋該圖案化金屬層，且一電極層制備在該電極區(qū)域內(nèi)；以及實(shí)施一填補(bǔ)步驟以沉積一納米氧化物于該電極區(qū)域，使其填滿(mǎn)整個(gè)電極區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該填補(bǔ)步驟包括實(shí)施一電沉積法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該電沉積法包括實(shí)施一電泳沉積法，以沉積該納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該納米氧化物包括氧化鈦、二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、或氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該填補(bǔ)步驟包括實(shí)施一第一電泳沉積法，以沉積細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙；以及實(shí)施一第二電泳沉積法，以沉積粗粒徑的納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒的粒徑大小是介于5nm到50nm，且該粗粒徑的納米氧化物顆粒的粒徑大小是介于 50nm 至Ij 400nmo
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，還包括一干燥步驟和一煅燒步驟，其中該煅燒步驟的溫度為介于100 550°C之間。
8.一種基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括提供一透明導(dǎo)電基板，其上面具有一圖案化金屬層定義出一電極區(qū)域，其中一保護(hù)膠覆蓋該圖案化金屬層，且一電極層形成于該電極區(qū)域內(nèi)；實(shí)施一第一電泳沉積步驟沉積細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙；以及實(shí)施一第二電泳沉積步驟沉積粗粒徑的納米氧化物顆粒于該電極層與該保護(hù)膠之間的間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該納米氧化物包括氧化鈦、二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、或氧化硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該細(xì)粒徑的納米氧化物顆粒的粒徑大小是介于5nm到50nm，且該粗粒徑的納米氧化物顆粒的粒徑大小是介于 50nm 至Ij 400nmo
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，還包括一干燥步驟和一煅燒步驟，其中該煅燒步驟的溫度為介于100 550°C之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法。上述基板電極結(jié)構(gòu)的制造方法包括提供一基板，其上面具有一圖案化金屬層定義出一電極區(qū)域，其中一保護(hù)膠覆蓋該圖案化金屬層，且一電極層形成在該電極區(qū)域內(nèi)。實(shí)施一填補(bǔ)步驟以沉積一納米氧化物于該電極層上，使其填滿(mǎn)整個(gè)電極區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L51/48GK102456482SQ201010532040
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者傅思萍, 李坤穆, 洪詮雅, 邱偉豪 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院