利用光电转换电极的染料敏化太阳电池及其制造方法技术

一种具有光电转换电极的染料敏化太阳电池。该太阳电池包括半导体电极，设置为与半导体电极相对的反电极，设置在半导体电极和反电极之间并在其上吸附有染料的氧化物半导体层，设置在半导体电极和反电极之间的电解质溶液，对半导体电极和反电极之间限定的空间进行划分以形成至少一个单元电池的间隔物，以及至少部分地在该至少一个单元电池之间进行构图的金属线。

【技术实现步骤摘要】
利用光电转换电极的染料敏化太阳电池及其制造方法优先权声明本申请要求2004年6月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2004-0049728的优先权，其在此全文并入作为参考。
本专利技术涉及太阳电池，更具体地涉及包括过渡金属氧化物纳米颗粒半导体电极的染料敏化太阳电池。具体地，本专利技术涉及包括过渡金属氧化物纳米颗粒半导体电极的染料敏化太阳电池，其中金属线设置在构成模块的单元电池之间的空间中，其增加了受激发电子转移到半导体电极中的转移率，并显著减小了在大规模模块的制造过程中可能引起的光电转换效率的降低，由此增加了光电流。
技术介绍
当前可获得的染料敏化太阳电池，通常称为“Graetzel电池”，是采用光敏染料分子和由氧化钛纳米颗粒制造的氧化物半导体的光电化学太阳电池。染料敏化太阳电池相对于传统硅基太阳电池具有较低的制造成本，并且包括能够使其在建筑物外墙、玻璃房屋中等等安装的窗户中使用的透明电极。因此，关于染料敏化太阳电池已经进行了大量的研究。图1是描述传统的染料敏化太阳电池的视图。参考图1，传统的染料敏化太阳电池包括第一电极1和第二电极2。其中吸附了染料5的多孔膜3和电解质4设置在第一电极1和第二电极2之间。当日光入射到染料敏化太阳电池中时，光子在染料5中被吸收。电子在染料5中被激发，并被注入到构成多孔膜3的过渡金属氧化物的导带中。在注入后，电子被输运或吸引到第一电极1，然后电子将电能转移到外部电路。已经通过能量转移而下落到较低能级的电子随后被送至第二电极。在由电解质4提供了与注入到多孔膜3的过渡金属氧化物的导带中的电子数目相对应的电子数目之后，染料5返回到原始状态。电解质4采用氧化和还原，即氧化还原反应，从第二电极中接收电-->子，然后将电子提供给染料5。如上所述的传统太阳电池具有低制造成本并且很环保。然而，能量转换效率可能通过在涂覆有多孔膜的第一电极和电解质之间的界面处电子和空穴的复合而降低，这限制了实际的应用。考虑到这一问题，提出了具有如图2所示结构的染料敏化太阳电池。参考图2，太阳电池具有三明治结构，其中两个电机板，即第一电极10和第二电极20彼此面对。由纳米颗粒制造的多孔膜30涂覆在第一电极10的表面上或直接位于其上。将其中电子通过吸收可见光而激发的光敏染料，贴附到多孔膜30的纳米颗粒的表面。第一电极10和第二电极20被接合并通过支承60固定，在第一电极10和第二电极20之间限定的空间被填充以氧化还原电解质40。作为第一电极10，使用涂覆有由氧化铟锡制成的导电膜12的透明塑料基板或玻璃基板11等等。由至少两层制成的缓冲层50形成在第一电极10的导电膜12的表面上。缓冲层50包括由其导带能级低于多孔膜30的导带能级的材料制作的第一层51，和由其导带能级高于第一层51的导带能级的材料制作的第二层52。第一层51和第二层52由其颗粒尺寸小于构成多孔膜30的纳米颗粒的材料制成，并因此具有致密的结构。第一层51用作提高第一电极10和电解质40之间的界面特性，并因此减小在第一电极10和电解质40之间的界面处的空穴-电子复合，由此提高了电子俘获或收集特性。在上述染料敏化太阳电池中，太阳电池的光电转换效率与通过日光吸收产生的电子数量成比例。在此方面，为了增加光电转换效率，提出了下列方法：增加铂电极的反射率、采用多个微米尺寸的半导体氧化物光散射颗粒来增加日光吸收、或者增加光子吸收到染料中以增加电子数量的方法；防止受激发电子被电子-空穴复合消灭的方法；提高界面和电极的薄层电阻以增加受激发电子的转移率的方法，等等。然而，在大规模太阳电池或模块的制造期间可能降低光电转换效率，其限制了实际应用并导致大规模太阳电池的制造相当困难。
技术实现思路
本专利技术提供了一种染料敏化太阳电池，其中金属线设置在用作氧化物半导体电极的透明电极上，以增加电子的转移率并因此改善光电-->转换效率的减小。特别地，本专利技术公开了一种染料敏化太阳电池，其中金属线设置在间隔物中，以防止金属线与构成模块的单元电池的直接接触。因此，防止了由金属线与电解质溶液或氧化物半导体层的直接接触造成的短路，以及电解质溶液对金属线的腐蚀。此外，无需增加阻挡层，而这是常用的金属线层所需要的。本专利技术公开了使用光电转换电极的染料敏化太阳电池，该太阳电池包括半导体电极、设置为与半导体电极相对的反电极、设置在半导体电极和反电极之间并在其上吸附有染料的氧化物半导体层、设置在半导体电极和反电极之间的电解质溶液、对半导体电极和反电极之间限定的空间进行划分以形成至少一个单元电池的间隔物、以及至少部分地在该至少一个单元电池之间限定的空间中进行构图的金属线。本专利技术公开了使用光电转换电极的染料敏化太阳电池的制造方法，该方法包括制备具有导电层的半导体衬底、确定导电层上设置用于限定单元电池的间隔物的位置、在半导体衬底的导电层上确定的位置中形成金属线、在金属线上方形成间隔物、以及用电解质溶液填充单元电池，其中间隔物使金属线与电解质溶液绝缘。应当理解，前面的大致描述和后面的详细描述都是示例性的和解释行的，并且旨在提供对于如权利要求所要求的本专利技术的进一步解释。附图说明附图包含在此用于提供对本专利技术进一步的理解，并且构成说明书的一部分，其描述了本专利技术的实施例并且和说明书结合用于解释本专利技术的原理。图1是描述常规染料敏化太阳电池的示意图。图2是描述染料敏化太阳电池的示意截面图。图3是描述根据本专利技术的染料敏化太阳电池的示意截面图。图4是图3的太阳电池的透视图。具体实施方式下面参考附图来描述根据本专利技术的染料敏化太阳电池。-->图3是描述根据本专利技术的染料敏化太阳电池的示意截面图，图4是图3的太阳电池的透视图。参考图3和图4，使用光电转换电极的染料敏化太阳电池具有类似三明治的结构，其中两个电极板，即半导体电极110和反电极120彼此面对。例如，两个电极可以基本上彼此平行。其中吸附有染料的氧化物半导体层130设置在半导体电极110和反电极120之间。具体地，氧化物半导体层130在半导体电极110的表面上形成。氧化还原电解质溶液140设置在或填充在半导体电极110和反电极120之间的空间中。间隔物160，例如用作分隔壁的支承，设置在半导体电极110和反电极120之间的空间中，以便将半导体电极110和反电极120之间限定的空间进行划分以形成彼此分开预定距离的单元电池142。金属线150在单元电池142之间、即在单元电池142之间限定的空间中进行构图。这样，单元电池142的数目由设置在半导体电极110和反电极120之间的所划分空间的数目来确定。半导体电极110包括半导体电极衬底111和用于在半导体电极衬底111的表面上形成的半导体电极的透明导电膜112。半导体电极衬底111可以由透明材料制成，例如玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、或者聚碳酸酯(PC)，并且可以用作太阳电池的阴极。涂敷在半导体电极衬底111的表面上的透明导电膜112可以由透明导电材料制成，例如氧化铟锡(ITO)或氧化氟锡(FTO)。因此，日光可以入射到并透射穿过具有上述结构的透明半导体电极110。同时，设置为与半导体电极110相对的反电极120包括反电极衬底121、用于在半导体电极衬底121的表面上形成的反电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有光电转换电极的染料敏化太阳电池，该太阳电池包括：半导体电极；设置为与半导体电极相对的反电极；设置在半导体电极和反电极之间并在其上吸附有染料的氧化物半导体层；设置在半导体电极和反电极之间的电解质溶液；　 　对半导体电极和反电极之间限定的空间进行划分以形成至少一个单元电池的间隔物；以及至少部分地在该至少一个单元电池之间进行构图的金属线。

【技术特征摘要】
KR 2004-6-29 0049728/041、具有光电转换电极的染料敏化太阳电池，该太阳电池包括：半导体电极；设置为与半导体电极相对的反电极；设置在半导体电极和反电极之间并在其上吸附有染料的氧化物半导体层；设置在半导体电极和反电极之间的电解质溶液；对半导体电极和反电极之间限定的空间进行划分以形成至少一个单元电池的间隔物；以及至少部分地在该至少一个单元电池之间进行构图的金属线。2、根据权利要求1的染料敏化太阳电池，其中金属线完全地在至少一个单元电池之间限定的空间中进行构图。3、根据权利要求1的染料敏化太阳电池，其中半导体电极包括：半导体电极衬底；和形成在半导体电极衬底上的透明导电膜。4、根据权利要求3的染料敏化太阳电池，其中反电极包括：反电极衬底；形成在反电极衬底上的透明导电膜；和形成在透明导电膜上的导电膜。5、根据权利要求4的染料敏化太阳电池，其中导电膜包括铂。6、根据权利要求1的染料敏化太阳电池，其中金属线包括选自Au、Ag、Al、Pt、Cu、Fe、Ni、Ti和Zr中的金属，或上述金属中的两种或多种的合金。7、根据权利要求6的染料敏化太阳电池，其中使用包括金属或金属合金的金属胶，通过丝网印刷法、印制法或滴涂器法对金属线进行构图。8、根据权利要求6的染料敏化太阳电池，其中使用包括金属或金属合金的胶状溶液，通过丝网印刷法、印制法或滴涂器法对金属线进行构图。9、根据权利要求6的染料敏化太阳电池，其中通过将光刻工艺与化学沉积、溅射或电沉积其中的一种结合来蚀刻包括金属或金属合金的膜，从而...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔在万，李知爰，李禾燮，安光淳，朴晶远，申炳哲，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]