專利名稱：染料敏化太陽能電池組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種染料敏化太陽能電池及其制造方法，更具體而言，本公開涉及具 有能夠選擇性印刷在金屬氧化物納米顆粒表面上的溶液的染料敏化太陽能電池及其制造 方法。
背景技術(shù)：
為了滿足近來日益增長的能源需求，已經(jīng)開發(fā)出將太陽光能量轉(zhuǎn)化為電能的各種 太陽能電池。太陽能電池包括CIGS (銅銦鎵(二)硒化物)太陽能電池、硅類太陽能電池、 染料敏化太陽能電池、半導(dǎo)體太陽能電池等等。通常，太陽能電池利用外來光在其半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子-空穴對。在電子-空穴對 中，通過在P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體之間產(chǎn)生的電場，電子移向η型半導(dǎo)體，空穴移向P型 半導(dǎo)體。由此，產(chǎn)生電力。太陽能電池利用被視為無盡的能源的太陽光。因此，與其他能源不同，太陽能電池 是環(huán)境友好的。此外，自最初在1983年得到發(fā)展之后，由于能源問題硅太陽能電池近來受 到全世界的廣泛關(guān)注。硅太陽能電池由于硅的供應(yīng)問題導(dǎo)致了激烈的國際競爭，因而增大了它們的生產(chǎn) 成本。此外，雖然國內(nèi)和國外許多研究機(jī)構(gòu)提出了許多針對性的措施，但仍然很難解決上 述問題。作為解決尖銳的能源問題的對策，瑞士 EPEL(Ecole PolytechniqueFederale de Lausanne)的MG(Micheal Graze 1)提出了染料敏化太陽能電池。與硅太陽能電池不同，染料敏化太陽能電池作為具有光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的太 陽能電池，其配置為包含光敏染料分子和過渡金屬作為主要材料。光敏染料分子能夠通過 吸收可見光而產(chǎn)生電子-空穴對。過渡金屬用于傳輸所生成的電子。這樣的染料敏化太陽能電池的制造成本低于現(xiàn)代的硅太陽能電池。此外，染料敏 化太陽能電池由于其電極透明而可應(yīng)用于建筑物、溫室等的外玻璃窗。根據(jù)染料敏化太陽能電池的電子傳輸體系，在由光激發(fā)的染料分子中產(chǎn)生電 子-空穴對。電子-空穴對中包含的部分電子通過金屬氧化物納米顆粒之間的界面形成的 遷移路徑遷移到一個透明電極(以下稱為“透明負(fù)極”)，之后經(jīng)由透明負(fù)極供應(yīng)至外電阻 (艮P，作為負(fù)載的外電路)。另一方面，殘余的電子向另一個透明電極(以下稱為“透明正 極”)遷移，并通過金屬氧化物納米顆粒與透明正極之間的電解質(zhì)的氧化還原反應(yīng)返回至染 料分子。作為電子傳輸體系中影響太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率的因素，那就是在染料分子的激 發(fā)態(tài)中電子和空穴必須易于相互分離，而且分離出的電子必須經(jīng)金屬氧化物顆粒間的無任 何電阻的路徑遷移向透明負(fù)極。特別是，如果電子遷移路徑中存在缺陷，則會導(dǎo)致電子的損失。然而，由于一般的金屬氧化物納米顆粒的粒徑范圍為約IOnm 12nm，且金屬氧化物納 米顆粒形成的層的厚度范圍為IOym 15μπι，因而很難制備沒有任何缺陷的電子遷移路徑。為了解決上述問題，已經(jīng)提出了單元件太陽能電池(以下稱為“單個太陽能電 池”)，其包括在納米顆粒的表面上形成的厚度范圍為數(shù)納米至數(shù)十納米的金屬氧化物膜。 納米顆粒表面上的金屬氧化物膜使用通常用作后處理溶液的粘性較弱的二氧化鈦溶液形 成。該二氧化鈦溶液由于粘性較弱而不能被選擇性印刷。如此，該二氧化鈦溶液可應(yīng)用于 單個太陽能電池，卻不能應(yīng)用于分成多個太陽能電池的配置有金屬電極層的太陽能電池組 件。這造成當(dāng)二氧化鈦溶液應(yīng)用于太陽能電池組件時在電極上形成了金屬氧化物膜，以致 內(nèi)阻增大，輸出效率降低。因此，需要一種能夠選擇性印刷在僅所希望的區(qū)域上并用于形成金屬氧化物膜的 溶液，從而極大地改善染料敏化太陽能電池組件的轉(zhuǎn)化效率并防止大尺寸染料敏化太陽能 電池組件中的轉(zhuǎn)化效率的劣化(轉(zhuǎn)化效率的劣化相當(dāng)于明顯缺點)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的實施方式涉及基本上消除了因相關(guān)技術(shù)的局限和缺點所導(dǎo)致的一 個或多個問題的染料敏化太陽能電池組件及其制造方法。本發(fā)明的實施方式的一個目的是提供一種包括能夠選擇性印刷在僅所希望的區(qū) 域上并用于形成金屬氧化物膜的溶液的染料敏化太陽能電池組件及其制造方法。本發(fā)明實施方式的其他特征和優(yōu)點將在下面的描述中進(jìn)行闡述，且將部分地由描 述變得顯而易見，或者可以通過實施這些實施方式來了解。本發(fā)明實施方式的優(yōu)點將會通 過說明書及其權(quán)利要求以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。根據(jù)本發(fā)明實施方式的一個總的方面，一種染料敏化太陽能電池組件包括第一 基板；布置在所述第一基板上的第一電極；布置在所述第一電極上的阻擋膜；設(shè)置在所述 阻擋膜上的納米顆粒；形成為包圍各個所述納米顆粒的膜；具有布置在所述納米顆粒之上 的第二電極的第二基板；夾在所述第一電極和第二電極之間的電解質(zhì)；和形成為使所述第 一電極與所述第二電極連接的金屬導(dǎo)電線。根據(jù)本發(fā)明實施方式的另一方面，所述染料敏化太陽能電池組件的制造方法包 括在第一基板上形成第一電極；在所述第一電極上形成金屬導(dǎo)電線；在所述第一電極上 形成阻擋膜；在所述阻擋膜上形成納米顆粒；形成配置為包圍各個所述納米顆粒的膜；形 成第二基板，第二基板包括布置在所述納米顆粒之上的第二電極；和在所述第一電極和第 二電極之間注入電解質(zhì)。通過使二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液保留而形成所述膜。在觀察隨后的附圖和詳細(xì)描述之后，其他體系、方法、特征以及優(yōu)點將會或?qū)⒆兂?對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。所有這些其他體系、方法、特征以及優(yōu)點應(yīng)包括在本描述中， 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，受到隨后的權(quán)利要求的保護(hù)。本部分中無任何內(nèi)容應(yīng)被認(rèn)為是對那些 權(quán)利要求的限制。更多的方面和優(yōu)點將在下面結(jié)合實施方式討論。應(yīng)該理解的是，本公開 的上述一般描述和下述詳細(xì)描述是示例性和說明性的，且旨在提供所要求保護(hù)的本公開內(nèi) 容的進(jìn)一步解釋。


附圖被包括在本申請中以提供對實施方式的進(jìn)一步理解，且并入到本申請中且構(gòu) 成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施方式，且與說明書一起用于解釋本公開內(nèi)容。 附圖中圖1是顯示本公開的實施方式的染料敏化太陽能電池組件的截面圖；圖2是顯示本公開的實施方式的染料敏化太陽能電池組件中包括的單元電池的 截面圖；圖3是表示本公開的實施方式的染料敏化太陽能電池組件中使用的染料物質(zhì)的 化學(xué)式；和圖4是對比顯示本發(fā)明實施方式的和對比實施方式的染料敏化太陽能電池組件 的電流-電壓曲線的圖。
具體實施例方式在本公開中，會理解到，在實施方式中，當(dāng)一個元件(諸如基板、層、區(qū)域、膜或電 極)形成在另一個元件“上”或“下”時，其可以是直接位于所述另一元件上或下，或者也可 以存在介入元件(即間接地)。術(shù)語一個元件的“上”或“下”將根據(jù)附圖來確定。在附圖 中，為清楚起見，元件的邊可以被夸大，但是這并不代表元件的實際尺寸。下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式，其實例在附圖中圖示。圖1是顯示本公開的實施方式的染料敏化太陽能電池組件的截面圖。圖2是顯示 本公開的實施方式的染料敏化太陽能電池組件中包括的單元電池的截面圖。參見圖1和2，本公開的實施方式的太陽能電池組件包括第一基板100、第一電極 200、阻擋膜210、光吸收層300、第二電極400、第二基板500、密封劑600和金屬導(dǎo)電線700。 光吸收層300包括染料310、納米顆粒320、膜350和電解質(zhì)330。第二電極400包括催化電 極410和透明電極420。第一基板100是透明的絕緣體。作為第一基板100，可以使用玻璃基板、石英基板 或塑料基板。塑料基板可由選自包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、三乙?；w維素(TAC)及其共聚物的材 料組中的一種材料形成，但并不限于此。第一基板100可摻雜有選自包括鈦、銦、鎵和鋁的 材料組中的一種材料。在第一基板100上設(shè)置第一電極200。第一電極200可形成為包括導(dǎo)電性金屬氧 化物膜。導(dǎo)電性金屬氧化物膜可以為選自包括銦-錫氧化物(ITO)、氟-錫氧化物(FT0)、 ai0Ga203、Zn0Al203、錫類復(fù)合氧化物、銻-錫氧化物(ATO)、氧化鋅及其混合物的材料組中的 一種材料，更優(yōu)選氟摻雜的二氧化錫(F = SnO2)。在第一電極200上設(shè)置阻擋膜210。阻擋膜210由金屬氧化物形成。作為選擇，阻 擋膜210也可由二氧化鈦形成。該阻擋膜210可改善與將在后形成的納米顆粒320的接觸 力。在第一電極200上設(shè)置光吸收層300。光吸收層300配置為包含染料310、納米顆 粒320、膜350和電解質(zhì)330。納米顆粒320可由選自包括以硅為代表的半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物等的材料組中的一種材料形成。作為半導(dǎo)體的一個實例，可以使用η型半導(dǎo)體，其能夠使導(dǎo)帶中的電子成為光激 發(fā)狀態(tài)中的載流子?；衔锇雽?dǎo)體可以為包含選自包括鈦、錫、鋅、鎢、鋯、鎵、銦、釔、鈮、鉭 和釩的組中的一種材料的金屬氧化物。優(yōu)選的是，金屬氧化物使用氧化鈦、氧化錫、氧化鋅、 氧化鈮、氧化鈦鍶及其混合物中的一種材料。更優(yōu)選的是，利用銳鈦礦型氧化鈦作為金屬氧 化物。這些半導(dǎo)體并不限于以上指定的材料。換言之，各種上述材料以及至少兩種上述材 料的混合物均可作為各種半導(dǎo)體使用。假定本發(fā)明實施方式中包括的納米顆粒320是金屬氧化物納米顆粒。在該情況 中，氧化鈦納米顆粒可用作金屬氧化物納米顆粒。納米顆粒320的平均直徑可以為約Inm 500nm。優(yōu)選的是，納米顆粒的平均直徑 在約Inm IOOnm的直徑范圍內(nèi)。更優(yōu)選的是，納米顆粒的平均直徑變?yōu)镮Onm 20nm的 直徑范圍。該納米顆?？梢詢H包括混合的大直徑顆粒與小直徑顆粒。此外，使用的納米顆 ?？删哂卸鄬咏Y(jié)構(gòu)。如上所述，在金屬氧化物納米顆粒用作納米顆粒的情況中，金屬氧化物納米顆粒 可以以金屬氧化物顆粒薄膜的形狀設(shè)置在阻擋膜210上。通過噴射金屬氧化物納米顆粒， 在阻擋膜210上可以形成金屬氧化物顆粒薄膜。作為選擇，阻擋膜210上的金屬氧化物顆粒 薄膜可通過使用第一基板(即，第一電極200)作為電極的電提取法而被提取。以不同的方 式，通過將包含金屬氧化物顆粒的糊膏涂布在阻擋膜210上，然后對涂布的糊膏進(jìn)行干燥、 硬化和塑煉過程之一，在阻擋膜210上可形成金屬氧化物納米顆粒薄膜。通過水解金屬氧 化物納米顆粒漿料或金屬氧化物納米顆粒前體可以獲得包含金屬氧化物納米顆粒的糊膏。各個膜350形成在各納米顆粒320的表面上。如此，膜350可包圍各納米顆粒320。 考慮到這一點，膜350可配置有多個膠囊化膜350。此外，膜350可以由金屬氧化物形成。 金屬氧化物可以是二氧化鈦。這樣的膜350能夠防止金屬氧化物納米顆粒320之間的界面 中產(chǎn)生的電子的損失。下面將詳細(xì)說明膜350。染料310吸收外部光線并產(chǎn)生受激電子。該染料310可附著于膜350的表面，膠 囊化膜350的表面。電解質(zhì)330可以使用氧化還原電解質(zhì)。更具體而言，選自下述材料組中的一種材 料可以用作電解質(zhì)330，所述材料組包括含有鹵素化合物和鹵素分子的鹵素氧化還原類電 解質(zhì)、金屬氧化還原類電解質(zhì)、有機(jī)氧化還原類電解質(zhì)等等。金屬氧化還原類電解質(zhì)包括金 屬絡(luò)合物等。金屬絡(luò)合物包括氰亞鐵酸鹽-亞鐵氰化物離子絡(luò)合物、二茂鐵-鐵氰化物鐺離 子絡(luò)合物、鈷絡(luò)合物等。有機(jī)氧化還原類電解質(zhì)包括烷基硫醇-烷基二硫化物、紫精染料、 氫醌-醌等。優(yōu)選的是，電解質(zhì)330使用鹵素氧化還原類電解質(zhì)中的一種材料。作為鹵素氧化還原類電解質(zhì)中包含的鹵素分子的一個實例，優(yōu)選使用碘分子。此 外，鹵素化合物可以是鹵化的金屬鹽、鹵素的有機(jī)銨鹽或二碘化物。鹵化的金屬鹽包括Lil、 NaI,CaI2,MgI2, CuI等。鹵素的有機(jī)銨鹽包括四烷基碘化銨、碘化咪唑鐺、碘化吡啶鐺等。氧化還原電解質(zhì)可以以溶液的形式使用或提供。在該情況中，該溶液可包含電化 學(xué)惰性的溶劑。詳細(xì)地說，可以使用選自以下組中的一種物質(zhì)作為所述電化學(xué)惰性的溶劑， 所述組包括乙腈、碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、3-甲氧基丙腈、甲氧基乙腈、乙二醇、丙二醇、二 乙二醇、三乙二醇、丁內(nèi)酯、二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、1，3_ 二氧戊環(huán)、甲酸甲酯、2-甲基四氫呋喃、3-甲氧基-噁唑烷-2-酮、環(huán)丁砜、四氫呋喃、水等。更優(yōu)選的是，電化學(xué)惰性的 溶劑是乙腈、碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、3-甲氧基丙腈、乙二醇、3-甲氧基-噁唑烷-2-酮、 丁內(nèi)酯等中的一種。上述溶劑可以單獨使用，也可以作為至少兩種的混合物使用。在光吸收層300上布置第二電極400。第二電極400可配置為包括催化電極410 和透明電極420。催化電極410用于激活氧化還原對。該催化電極410可由導(dǎo)電材料制成。所述導(dǎo) 電材料可包括鉬、金、釕、鈀、銠、銥、鋨、碳、氧化鈦、導(dǎo)電性大分子材料等。透明電極420可由透明材料制成。更具體而言，透明電極420可由選自包括銦錫 氧化物、氟錫氧化物、銻錫氧化物、氧化鋅、氧化錫、ZnO-Ga2O3^ ZnO-Al2O3等的材料組中的一 種材料制成。為增強(qiáng)催化電極410與第一電極210之間的氧化還原反應(yīng)的催化效果，與第一電 極210相對的催化電極410優(yōu)選形成為提供大表面積的精細(xì)結(jié)構(gòu)。此外，優(yōu)選的是，由鉬或 金形成的催化電極410必須變?yōu)楹谏?，由碳形成的催化電極410必須具有多孔狀態(tài)。鉬的 黑色狀態(tài)可以通過進(jìn)行陽極氧化處理、氯鉬酸處理或用于鉬的其他處理來形成。多孔狀態(tài) 的碳可以通過燒結(jié)碳顆?；蛩軣捰袡C(jī)聚合物而獲得。與第一基板100類似，第二基板500也是透明的絕緣體。作為第二基板500，可以使 用玻璃基板、石英基板或塑料基板。塑料基板可由選自包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、 聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、三乙?；w維素 (TAC)等的材料組中的一種材料形成。在第一基板100和第二基板500之間夾有密封劑600。密封劑600形成為界定單 元電池。此外，密封劑600可具有導(dǎo)電性。由密封劑界定的單元電池填充有通過注入孔(未 示出)注入的電解質(zhì)330。此外，密封劑600布置在金屬導(dǎo)電線700的側(cè)面上。該密封劑 600可防止金屬導(dǎo)電線700被電解質(zhì)330損害。金屬導(dǎo)電線700將第一電極200與第二電極400連接。換言之，本發(fā)明實施方式 的染料敏化太陽能電池組件利用金屬導(dǎo)電線700使單元電池彼此連接。金屬導(dǎo)電線700可 由具有導(dǎo)電性的金屬制成。例如，金屬導(dǎo)電線700可以為銀導(dǎo)線。本發(fā)明實施方式的金屬氧化物膜350可分別包圍納米顆粒320。此外，金屬氧化物 膜350可以是二氧化鈦膜。該金屬氧化物膜350可防止金屬氧化物納米顆粒320之間的界 面中產(chǎn)生的電子的損失。換言之，金屬氧化物膜350使由染料中吸收的光生成的激發(fā)電子 向第一電極200傳輸。作為選擇，金屬氧化物膜350由二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液形成。在該情況中，金屬氧 化物膜350可以僅在納米顆粒320的表面的一部分上形成，原因是二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液 具有粘性。這是由于二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液包含以溶膠態(tài)存在于作為分散介質(zhì)的有機(jī)溶液 中的二氧化鈦所導(dǎo)致的。二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液可具有3 5厘泊(CP)的粘度范圍。上述的由二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液形成的金屬氧化物膜350由于其對二氧化鈦納 米顆粒的優(yōu)異的粘附力而不會向阻擋膜210的方向流下。這樣，金屬氧化物膜350僅在金 屬氧化物納米顆粒320的表面上形成。據(jù)此，在金屬氧化物納米顆粒320之間的界面中形 成金屬氧化物膜350。此外，二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液不僅不會浸透密封劑600，而且也不會 接觸金屬導(dǎo)電線700，即使其向下流至阻擋膜210。這就是二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液具有粘性的原因。如此，由于該金屬氧化物膜350，在金屬氧化物納米顆粒320之間的界面中幾乎不 會發(fā)生因金屬氧化物膜350導(dǎo)致的電子的損失。因而，激發(fā)電子可有效地向第一電極200 傳送。此外，由于激發(fā)電子到達(dá)第一電極200的遷移路徑因金屬氧化物膜350而縮短，從而 能夠更有效地傳送激發(fā)電子。本發(fā)明實施方式的染料敏化太陽能電池組件使第一電極200與金屬導(dǎo)電線700直 接接觸。換言之，第一電極200與金屬導(dǎo)電線700相互直接接觸，而無需在第一電極200和 金屬導(dǎo)電線700之間插入金屬氧化物膜350。這樣，第一電極200和金屬導(dǎo)電線700不會影 響染料敏化太陽能電池組件的內(nèi)阻。因此，本發(fā)明實施方式的染料敏化太陽能電池組件能 夠防止由其內(nèi)阻造成的轉(zhuǎn)化效率的下降。此外，所述染料敏化太陽能電池組件能夠防止因 尺寸變大造成的轉(zhuǎn)化效率的下降。此外，二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液能夠選擇性印刷在僅對應(yīng) 于所希望的區(qū)域的金屬氧化物納米顆粒的表面上，而不會影響夾在透明電極之間的密封劑 600。下面將舉例說明使用二氧化鈦作為金屬氧化物的本發(fā)明實施方式的染料敏化太 陽能電池組件的制造方法，但并不限于此。1.實施方式染料敏化太陽能電池組件的制造(1) 二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液的調(diào)配過程將二乙醇胺和136ml四丁氧基鈦溶解在乙醇中，并與乙醇一同劇烈攪拌大約1小 時。隨后，將7ml水與200ml乙醇的混合溶液緩慢滴入溶解攪拌的溶液中，并與溶解攪拌的 溶液一起再次攪拌大約1天，由此制備二氧化鈦有機(jī)溶膠。使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將通過上述過 程獲得的二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液濃縮為約IOOml的量。濃縮的二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液于大 約5°C的低溫存儲在氣密性容器中。(2)電極基板的形成過程將單塊的FTO玻璃切割成兩塊尺寸為IOcmX IOcm的基板，由此制備待用作工作電 極和對電極的FTO玻璃基板。單塊的FTO玻璃是導(dǎo)電玻璃，被覆有FTO(氟摻雜的氧化錫) 膜。使用玻璃清潔劑對FTO玻璃基板進(jìn)行約10分鐘的超聲波洗滌，然后用蒸餾水從FTO玻 璃基板上完全除去含清潔劑的水。隨后，使用乙醇對FTO玻璃基板進(jìn)行兩次大約15分鐘的 超聲波洗滌。之后，用無水乙醇徹底清洗FTO玻璃基板，并在100°C的烘箱內(nèi)干燥。使用輸 出波長為1064nm的激光束的光纖激光蝕刻機(jī)，沿著太陽能電池組件的圖案蝕刻如上制備 的各FTO玻璃基板上的FTO膜，蝕刻的線寬為60 μ m，相當(dāng)于電池之間的邊界。此時，光纖激 光蝕刻機(jī)的激光束以12. 5W的功率輸出，以800mm/秒的速度移動。之后，通過絲網(wǎng)印刷工 藝將銀(Ag)糊膏印刷在各FTO玻璃基板上，該基板將用作正極基板和負(fù)極基板。銀糊膏用 于形成銀導(dǎo)電線，將其配置為厚度約14 μ m和寬度0. 5mm,并用作連接太陽能電池組件中相 鄰電池的正極和負(fù)極(即，第一電極200和第二電極400)的內(nèi)部連線。各FTO玻璃基板上 的印刷的銀糊膏于450°C的溫度退火30分鐘，由此形成銀(Ag)導(dǎo)電線。(3)工作電極的形成過程在蝕刻過的并形成有銀導(dǎo)電線的FTO玻璃基板之一(以下稱為“負(fù)極基板”)的 表面上(即，在用于第一電極200(或透明負(fù)極)的殘留的FTO膜上)形成用于改善透明 電極與二氧化鈦納米顆粒之間的接觸力的二氧化鈦阻擋膜。為此，將具有透明負(fù)極的負(fù) 極基板在于70°C的溫度加熱的40ml氯化鈦(IV)溶液中浸泡約40分鐘，之后用蒸餾水洗滌，然后在溫度為100°c的烘箱內(nèi)干燥以完全除去水分。隨后，通過絲網(wǎng)印刷機(jī)利用掩模將 CCIC (Chine Commodities Inspection Corporation)的二氧化鈦糊膏(18_NRT)印刷在透 明負(fù)極上，所述掩模包括排列在大小為IOcmX IOcm的印刷區(qū)域中的電池圖案。將印刷有糊 膏的負(fù)極基板在溫度為100°C的烘箱內(nèi)以20分鐘的間隔干燥4次，然后在480°C的溫度塑 煉30分鐘，由此制備覆蓋有以大約10 μ m的厚度設(shè)置的二氧化鈦納米顆粒的負(fù)極基板。厚 度為約10 μ m的二氧化鈦納米顆粒層將用作工作電極。(4)工作電極上的二氧化鈦膜的形成過程通過使用具有400目的不銹鋼絲網(wǎng)的絲網(wǎng)印刷機(jī)，將如上制備的有機(jī)溶膠溶液 印刷在設(shè)置有二氧化鈦阻擋膜和銀(Ag)導(dǎo)電線的負(fù)極基板上，所述絲網(wǎng)具有與二氧化鈦 糊膏的印刷過程中所用的相同的圖案。然后，負(fù)極基板上的印刷的有機(jī)溶膠溶液在溫度為 450°C的烘箱內(nèi)燒結(jié)約90分鐘，使得二氧化鈦膜均勻地形成在納米顆粒層上。上述退火過程之后，使具有二氧化鈦膜的負(fù)極基板在釕類有機(jī)金屬染料(N-719)/ 無水乙醇的溶液(密度為40nM)中浸泡約M小時，以使染料被吸收并附著于氧化鈦膜。隨 后，未被吸收的殘留染料用乙醇完全洗去，之后將吸收有染料的負(fù)極基板在60°C的溫度干 燥10分鐘。(5)對電極的形成過程在進(jìn)行了激光蝕刻處理和銀(Ag)導(dǎo)電線印刷處理的IOcmX IOcm尺寸的FTO玻璃 基板(或透明電極基板)中的另一片(以下稱為“正極基板”)中利用直徑為0. 5mm的金剛 石鉆頭(例如，Dremel multipro 395)形成兩個穿孔。所述穿孔用于將電解質(zhì)注入到每個 電池中。然后，將正極基板使用蒸餾水洗滌，并在100°C的溫度干燥30分鐘。之后，使用具 有與二氧化鈦膜的形成過程中所用相同的圖案的不銹鋼絲網(wǎng)(325目)將具有高粘度的透 明混合溶液印刷在具有穿孔的正極基板上。將六氯鉬酸(H2PtCl6)和2-丙醇以1 2的體 積比混合，然后攪拌30分鐘，由此預(yù)先制得透明的混合溶液。接著，在溫度為100°C的烘箱 內(nèi)干燥正極基板以從印刷的混合溶液中除去有機(jī)溶劑，然后使帶有印刷的透明混合溶液的 正極基板在溫度為400°C的烘箱內(nèi)燒結(jié)30分鐘，由此在正極基板上形成對電極，其用作催 化電極410。(6)工作電極與對電極的粘結(jié)過程通過以下方式使負(fù)極基板和正極基板(即，兩個透明電極基板)組合在一起將 厚度為Imm 2mm的Surlyn條放置在銀(Ag)導(dǎo)電線上和負(fù)極基板的邊緣上，并使用熱壓 機(jī)粘結(jié)這兩個基板。以使得工作電極和對電極彼此相對的方式對這兩個基板進(jìn)行該組合過 程。電解質(zhì)溶液通過兩個穿孔注入到組合的基板之間，穿孔形成在對基板(即，透明的正極 基板)中，然后用Surlyn條和蓋玻片密封，由此制造染料敏化太陽能電池組件。通過使用 3-甲氧基丙腈為溶劑溶解0. IM LiI、0.05M I2、0. 6M 1_己基_2，3-二甲基碘化咪唑鐺和 0. 5M 4-叔丁基吡啶而預(yù)先制得電解質(zhì)溶液。(7)光電流-電壓的測量過程將如上制造的夾層電池在該夾層電池與AM(air mass) 1. 5模擬濾鏡連接的狀態(tài)下 使其接觸來自氙燈(Yamashita Denso, 300W Xe弧光燈)的光，利用源測量單元(Keithley M00源測量單元)獲得電壓-電流特性曲線。在該測定中，電勢設(shè)定為-6. OV 0. OV的電 壓范圍，并且光強(qiáng)度設(shè)定為lOOmW/cm2。為了補(bǔ)償在AM(air mass) 1. 5照度下的電流，采用NREL (National Renewable Energy Laboratory)檢驗的光電二極管。2.對比實施方式對比實施方式的染料敏化太陽能電池組件的制造方法包括與本發(fā)明的制造方法 中的相同的過程，不同之處在于省略使用二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液印刷二氧化鈦膜的過程和 使印刷膜退火的過程。對根據(jù)本發(fā)明實施方式和對比實施方式各自制得的兩個染料敏化太陽能電池組 件進(jìn)行試驗。本發(fā)明實施方式的和對比實施方式的染料敏化太陽能電池組件的試驗結(jié)果如 下表1中所列。表 權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池組件，所述染料敏化太陽能電池組件包括第一基板；布置在所述第一基板上的第一電極；布置在所述第一電極上的阻擋膜；設(shè)置在所述阻擋膜上的納米顆粒；形成為包圍各個所述納米顆粒的膜；具有布置在所述納米顆粒之上的第二電極的第二基板；夾在所述第一電極和第二電極之間的電解質(zhì)；和形成為使所述第一電極與所述第二電極連接的金屬導(dǎo)電線。
2.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池組件，其中，所述膜布置在所述納米顆粒 的表面的一部分上。
3.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池組件，其中，所述阻擋膜、所述納米顆粒和 所述膜由金屬氧化物形成。
4.如權(quán)利要求3所述的染料敏化太陽能電池組件，其中，所述金屬氧化物包括二氧化鈦。
5.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池組件，其中，所述金屬導(dǎo)電線配置為相互直接接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池組件，其中，所述金屬導(dǎo)電線含有銀。
7.—種制造染料敏化太陽能電池組件的方法，所述方法包括 在第一基板上形成第一電極；在所述第一電極上形成金屬導(dǎo)電線； 在所述第一電極上形成阻擋膜； 在所述阻擋膜上形成納米顆粒； 形成配置為包圍各個所述納米顆粒的膜；形成第二基板，所述第二基板包括布置在所述納米顆粒之上的第二電極；和 在所述第一電極和第二電極之間注入電解質(zhì)， 其中，通過使二氧化鈦有機(jī)溶膠溶液保留而形成所述膜。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述膜形成在所述納米顆粒的表面的一部分上。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括在形成配置為包圍各個所述納米顆粒的 所述膜之后涂布膜。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述膜的形成通過絲網(wǎng)印刷法、噴墨印刷法、狹縫 式涂布法和刮片法中的一種進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池組件及其制造方法。所述染料敏化太陽能電池組件包括能夠選擇性印刷在僅所希望的區(qū)域上并用于形成金屬氧化物膜的溶液。金屬氧化物膜形成用溶液能夠選擇性印刷在僅金屬氧化物納米顆粒的表面上，而不會影響電極的導(dǎo)電性和夾在透明電極之間的密封劑。因此，所述染料敏化太陽能電池組件能夠極大地改善輸出效率。此外，所述染料敏化太陽能電池組件能夠在更大的尺寸下防止輸出效率的劣化。
文檔編號H01L51/48GK102103929SQ20101059045
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者明魯秦, 朱性壎, 樸成基, 柳昇勛, 鄭邵美 申請人:樂金顯示有限公司