染料敏化太阳能电池以及制造太阳能电池的方法技术

本发明专利技术关于一种染料敏化太阳能电池，其包括：一个光吸收层(1)；一个第一导电层(2)，其用于从该光吸收层取出光产生的电子；一对立电极，其包括一第二导电层(3)；一多孔绝缘层(5b)，其被配置在该第一与第二导电层之间；及一导电媒介，其用于在对立电极与工作电极之间转移电荷。该太阳能电池更包含一第三导电层(6b)，其被配置在多孔绝缘层(5b)与第二导电层(3)之间且与第二导电层为电气接触，且该第三导电层包括由绝缘材料所做成的一多孔基板(8)、以及导电粒子，其被容纳在该多孔基板的细孔之中且形成通过该种绝缘材料的一导电网络(9)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】染料敏化太阳能电池以及制造太阳能电池的方法
本专利技术关于一种染料敏化太阳能电池。本专利技术还关于一种制造染料敏化太阳能电池的方法。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(DSC,dye-sensitizedsolarcell)在过去20年来已经有所发展且以如同光合作用的类似原理而运作。不同于硅太阳能电池，此等电池是运用其可便宜地、对环境无干扰且充裕地制造的染料而从阳光来得到能量。一种习用的夹层式染料敏化太阳能电池具有经沉积到一个透明导电基板上的一个数微米厚的多孔TiO2电极层。TiO2电极包含互连的TiO2金属氧化物粒子，其通过在TiO2粒子的表面上吸收染料分子所染色且形成一个工作电极。透明导电基板通常是将一种透明导电氧化物沉积到一个玻璃基板上。透明导电氧化物层适用于作为一个电子集极，其从该工作电极取出光产生的电子。TiO2电极是与一种电解质以及另一个透明导电基板(即：一个对立(counter)电极)接触。阳光是由染料所获得，产生光激发的电子，其被注入到TiO2粒子的导电带中且进而由导电基板所收集。同时，在氧化还原电解质中的I-离子将氧化后的染料还原且将所产生的电子受体物种传送到对立电极。该二个导电基板是在边缘处被密封，以便保护DSC模块为免于周围的大气且防止在电池内的DSC构件的蒸发或泄漏。在过去5到10年期间，已经开发出一种新的DSC–固态的染料敏化太阳能电池。在此情形，液体电解质是由数种固体的空穴型导电材料的其中一者所取代，诸如：CuI、CuSCN、P3HT或螺旋(Spiro-)OMeTAD。具有15.0％效率的固态DSC的制造是通过一种混合式有机-无机钙钛矿(perovskite)CH3NH3PbI3染料所达成。Chung等人在自然(Nature)期刊第485册报导一种染料敏化太阳能电池，其具有一种半导体CsSnI3钙钛矿空穴型导体而不是一种液体电解质。WO2013/171520描述其具有一个感光层的一种光电装置，该感光层包含一种多孔的钙钛矿或一种多孔的支架(scaffold)材料，其涂覆包含钙钛矿的一种半导体，且一种电荷传送材料(空穴或电子传送材料)被沉积在多孔材料的细孔内，使得其与钙钛矿半导体为接触。钙钛矿被报导为典型作用为一种吸收光的材料以及电荷传送半导体。该感光层被置放在第一个电极(背部接点)与第二个电极(对立电极)之间。WO2011/096154揭示一种夹层式DCS模块，其包括：一个多孔绝缘基板；一个工作电极，其包括经形成在多孔绝缘基板的顶部上的一个多孔导电金属层且做成其形式为一个背部接点的一个电子集极；及一个多孔半导体层，其含有经配置在多孔导电金属层的顶部上的一个吸附染料；一个透明基板，其面对多孔半导体层，适以面对太阳且将阳光传送到多孔半导体层。该种DCS模块更包括：一个对立电极，其包括一个导电基板，经配置在相对于多孔绝缘基板的多孔半导体层的一侧上、且相距多孔绝缘基板为一段距离，因而形成在多孔绝缘基板与导电基板之间的一个空间。一种电解质被填充在工作电极与对立电极之间的空间中。多孔导电金属层可运用一种糊状物所做成，该种糊状物包括金属性或金属基的粒子，其通过印制而被施加在多孔绝缘基板的顶部上且随后为加热、干燥及烘烤。关于此种型式的DSC模块的一个优点是在于，工作电极的导电层被配置在多孔绝缘基板与多孔半导体层之间。因此，工作电池的导电层不必为透明，且可由高导电性的一种材料所做成，其提高该种DSC模块的电流掌控能力且确保该种DSC模块的高效率。图1显示一种现有技术的单体式染料敏化太阳能电池的一个实例，该种染料敏化太阳能电池包含：其形式为一个光吸收层1的一个工作电极；用于从该光吸收层取出光产生的电子的一个第一导电层2；一个多孔绝缘基板4；以及一个对立电极，其包括经配置在多孔绝缘基板4的相对侧上的一个第二导电层3。光吸收层1可包括一种多孔金属氧化物且具有经沉积在一个顶侧上的光吸收物质。多孔绝缘基板4是例如由一种陶瓷微纤维所做成。第一导电层2是一层的多孔导电材料，其经沉积在多孔绝缘基板4的一侧上。第二导电层3是一层的多孔导电材料，其经沉积在多孔绝缘基板4的另一侧上。该第一与第二导电层是例如被印制在该多孔绝缘基板上。该多孔绝缘基板为电气绝缘。二个导电层2、3均由其为足够大而不会穿透该多孔基板的细孔的粒子所组成。基板4是用以实体且电气分开该等导电层，借以避免在导电层2、3之间的直接电子式短路。再者，为了允许第一与第二导电层2、3被印制在多孔基板上，该多孔基板应为适用于印制。在图1中的电极组态是用一种导电媒介而渗入在光吸收层的细孔中、在第一与第二导电层的细孔中、且在多孔基板(未显示在图1)的细孔中。导电媒介在导电层的细孔内且在多孔绝缘基板的细孔内的导电层之间形成一个连续层，因而致能在对立电极与其包括光吸收层1的工作电极之间的电荷传送。第一导电层是从光吸收层取出电子且经由一个外部电路而将该等电子传送到对立电极(未显示在图1)。对立电极是用以将该等电子转移到导电媒介。导电媒介将电子转移回到光吸收层，因而完成该种电路。视该导电媒介的性质而定，离子或电子与空穴可被传送在该对立电极与工作电极之间。电解质被使用作为导电媒介以在该对立电极与工作电极的光吸收层之间传送离子。电解质的实例是液体电解质(诸如：基于I-/I3-、氧化还原对(redoxcouple)、或如同氧化还原对的钴复合物)、胶体电解质、干式聚合物电解质、与固体陶瓷电解质。当离子电荷传送材料被使用作为导电媒介，该对立电极通常为配备有催化物质，其用以利于电子到电解质的转移。半导体可被使用作为导电媒介以在该对立电极与工作电极的光吸收层之间传送电子与空穴。半导体的实例是诸如CuSCN或CuI的无机半导体以及诸如例如Spiro-OMeTAD的有机半导体。当半导体被使用作为导电媒介，该对立电极通常被配备有一种物质，其用以在该对立电极与导电媒介之间建立一种良好的电气接触，即：低电阻的良好的奥姆接触。用于此类接触的材料的实例是例如：金、银、诸如石墨或石墨稀的含碳的材料、以及诸如FTO、ITO或掺铝的ZnO的高度导电的金属氧化物或诸如PEDOT:PSS、聚噻吩(polythiophene)、聚乙炔(polyacetylene)、聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)、等等的导电聚合物。在太阳能电池中使用半导体来作为导电媒介的一个优点是在于其为固体且对于泄漏而言存在较少的风险。关于半导体的一个缺点是其不良的导电性。该导电媒介呈现对于传送电荷的某个电阻。该电阻是随着电荷传送距离而增大。因此，当电荷被传送在该对立电极与光吸收层之间，将在该导电媒介中总是有某个电阻损失。通过将该多孔基板做的较薄，该电阻损失则可被降低。然而，当该多孔基板变得较薄，其机械性也变得较为脆弱。诸如半导体、离子液体为基的电解质、与钴复合物电解质的某些导电媒介可能具有极低的导电性而造成极大的电阻损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种单体式的染料敏化太阳能电池，其具有在导电媒介中降低的电阻损失。此目的是通过如权利要求1所界定的一种染料敏化太阳能电池来达成。该种染料敏化太阳能电池包含：一个光吸收层；一个第一导电层，其用于从该光吸收层取出光产生的电子；一个对立电极，其包括一个第二导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池，其包含：光吸收层(1)；第一导电层(2)，其用于从所述光吸收层取出光产生的电子；对立电极，其包括第二导电层(3)；多孔绝缘层(5a；5b)，其被配置在所述第一与第二导电层之间；及导电媒介，其用于在所述对立电极与所述光吸收层之间转移电荷，其特征在于所述太阳能电池更包含第三导电层(6a；6b)，其被配置在所述多孔绝缘层与所述第二导电层之间且与所述第二导电层为电气接触，且所述第三导电层包括由绝缘材料所做成的多孔基板(4；8)、以及导电粒子，其被容纳在所述多孔基板的细孔中且形成通过所述绝缘材料的导电网络(7)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.17 SE 1350611-81.一种染料敏化太阳能电池，其包含：光吸收层(1)；第一导电层(2)，其用于从所述光吸收层取出光产生的电子；对立电极，其包括第二导电层(3)；多孔绝缘层(5a；5b)，其被配置在所述第一导电层与所述第二导电层之间；及导电媒介，其用于在所述对立电极与所述光吸收层之间转移电荷，其特征在于所述太阳能电池更包含第三导电层(6a；6b)，其被配置在所述多孔绝缘层与所述第二导电层之间且与所述第二导电层为电气接触，且所述第三导电层包括由绝缘材料所做成的多孔基板(4；8)、以及导电粒子，所述导电粒子被容纳在所述多孔基板的细孔中且形成通过所述绝缘材料的导电网络(7)。2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述多孔基板(4；8)包含编织的微纤维。3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述多孔绝缘层(5a；5b)的厚度(t2)是在0.1μm与20μm之间。4.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池，其中所述多孔绝缘层(5a；5b)的厚度(t2)是在0.5μm与10μm之间。5.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第三导电层(6a；6b)的厚度(t1)是小于1mm。6.如权利要求5所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第三导电层(6a；6b)的厚度(t1)是小于100μm。7.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述导电粒子是由如同在所述第二导电层(3)所使用的相同材料所做成。8.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述导电粒子是由选自钛、钛合金、镍、镍合金、碳基材料、导电氧化物、导电氮化物、导电碳化物、导电硅化物或其混合物所组成的群组的材料所做成。9.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述多孔绝缘层(5a)被配置在所述多孔基板(4)的一侧，且所述第二导电层(3)被配置在所述多孔基板的相对侧。10.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述导电媒介是以离子液体为基的电解质。11.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述导电媒介是以钴复合物为基的电解质。12.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述导电媒介是固态空穴型导体。13.如权利要求12所述的染料敏化太阳能电池，其中所述固态空穴型导体是钙钛矿。14.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述光吸收层(1)包含钙钛矿。15.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第一导电层(2)具有TiO2的表面层且所述光吸收层(1)是钙钛矿层。16.一种染料敏化太阳能电池，其包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨瑞克·林史多，吉欧凡尼·菲力，
申请(专利权)人：艾克瑟格瑞典公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE