本发明专利技术涉及使用复合半导体材料的染敏太阳能电池，所述复合半导体材料包含半导体材料粒子及包覆于其表面上的无机微粒，且所述复合半导体材料具有约１５至约８０ｍ↑［２］／ｇ的比表面积。本发明专利技术所使用的复合半导体材料具有大比表面积，不用增加半导体材料层的厚度，却可大幅提升光敏化剂的吸附量，而使得电池组件效率增加。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用复合半导体材料的染敏太阳能电池。
技术介绍
随着科技与经济的快速发展，在能源的使用上也是大幅度的增加， 现今使用量最大的石油、天然气、煤等原料，存量是不断的减少，而 增加的需求则必须仰赖其它新兴能源。其中因太阳能较不具污染性， 为目前最被看好且最重要的能源研究课题之一。至目前为止，己经有 多种不同类型的太阳能电池发展出来，其中染敏太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)因具有价格低的优势而被认为最具发 展潜力。DSSC最早发展于1976年，由日本的Tsubomura团队以多孔性ZnO 作为电极而得，其得到的光电转化效率为2.5%。 DSSC的光电转化效率 一直等到1991年才被瑞士的M. Gratzel团队提升至7.1 7.9。/。，至此商业 化才有了可能性。瑞士的M. Gratzel团队所发展的DSSC是将Ti02纳米结 晶粒涂布于氧化铟锡(ITO)玻璃作为阳极，利用Ti02纳米粒多孔膜的孔 隙结构吸附钌络合物光敏化剂(Ru-complexes，其中以N3及N719为代表) 以吸收可见光，再配合镀上铂(platinum)的导电玻璃作为阴极，而电解 质是利用碘离子(1713')溶液以提供电池所需的氧化-还原反应。其中N3 及N719的结构如下图所示<formula>formula see original document page 5</formula>如上所述，染敏太阳能电池主要包含五个部份，分别为提供电流 流动通路的阴/阳电极基材、作为电子传输层的半导体氧化物如氧化钛 (TiO。等、光敏化剂层、传输电子与空穴的电解质及保护与连接两电极 的封装材料。 ，上述染敏太阳能电池的各个部分都会影响整体效率，其中半导体 氧化物占有举足轻重的地位，M. Gratzel在Inorganic chemistry, vol44,pp6841文献，揭露用于光线散射的半导体氧化物粒径最好是 100 400 nm，另外他又在美国专利5，441，827揭露使用两种不同粒径的 半导体氧化物，第一层是靠近导电层的半导体氧化物，粒径较小约10 50nm,称为吸附层(absorbing layer),主要功能是提供比表面积让光敏 化剂吸附。其余较靠近电解质的层称为散射层(scatteringkyer)，其半导 体氧化物粒径较大，约为100 300nm,主要功能是让太阳光散射，增 加光源的利用率。Takashi Tomita在美国专利7，312,507中提及，若使用 两层不同粒径的半导体氧化物，对光线的阻隔影响太多，故提出另一 种使用两种半导体氧化物粒径的方式在单层的厚度下将两种具不同 粒径的氧化物混合使用。如此一来可以减少光线的阻隔。然而，此方 式却会牺牲掉原本吸收层对光敏化剂的吸附量。另外，半导体氧化物颗粒间接触上的连续也是重要的关键之一， 因为彼此间连续，导电带也才会连续；材料的选择上，也以相同的材 质为最佳的选择；不论是粒径大或小，单一粒径的颗粒堆积起来，是 没有不同粒径混合来的紧密。要达到最密堆积是需要不同粒径的组合 以达到接触上连续。图3A表示一公知染敏太阳能电池的半导体材料层(12)与导电基材 (11)，所述半导体材料层(12)中包含其上吸附光敏化剂的半导体粒子 (16)，图3B表示所述其上吸附光敏化剂的半导体粒子(16)的放大示意 图，其中光敏化剂(15)是吸附于半导体粒子(14)上。如图3A所示，假 设光源(13)的光线经由基材(11)入射半导体材料层(12)。当光线经过半 导体材料层(12)时，可与层中所含的半导体材料粒子(14)表面上的光敏 化剂(15)接触并产生光伏作用(Photovoltaic Action)。然而，当光线通过 此半导体材料层时，因其直线行进路径较短，无法与光敏化剂有效接 触，故电池组件效率较不佳。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种染敏太阳能电池，其包含(a)含 有导电基材、半导体材料层及光敏化剂的第一电极；(b)电解质；及(C)第二电极，其中所述半导体材料层包含复合半导体材料层，所述复合 半导体材料层包含复合半导体材料，其包含第一半导体材料粒子及包覆于其表面上的无机微粒，且所述复合半导体材料具有约15至约80 m"g的比表面积。如图4A所示，本专利技术半导体材料层包含复合半导体材料层(26), 所述复合半导体材料包含其上吸附光敏化剂的复合半导体材料(27)。图 4B为所述其上吸附光敏化剂的复合半导体材料(27)的放大示意图，如图 4B所示，光敏化剂(15)是吸附于所述复合半导体材料所含第一半导体材 料粒子(25)与无机微粒(24)表面上，且第一半导体材料粒子(25)与无机微粒(24)具有不同粒径。如图4A所示，假设光源(13)由导电基材(11)入 射本专利技术复合半导体材料层(26)，光经由所述其上吸附光敏化剂的复合 半导体材料(27)进行多次折射，因此光行进路径增长，更易有效与光敏 化剂接触，且因无机微粒具有小粒径，其比表面积较大可吸附更多光 敏化剂，因此可进行更多光伏作用，提高电池组件效率。换言之，本专利技术染敏太阳能电池的半导体材料层所包含的复合半 导体材料层具有散射作用，且因拥有较大比表面积而可大幅提升光敏 化剂的吸附量，所以能在不增加半导体材料粒子层的厚度的情况下， 增加光路径长度，使得电池组件效率增加。附图说明图及图2:本专利技术染敏太阳能电池的结构示意图。 图3A:公知染敏太阳能电池的光线路线图。图3B:图3A所示染敏太阳能电池所使用的其上吸附光敏化剂的半 导体粒子的放大示意图。图4A:本专利技术染敏太阳能电池的光线路线图。图4B:图4A所示本专利技术染敏太阳能电池所使用的其上吸附光敏化 剂的复合半导体材料的放大示意图。具体实施例方式本专利技术染敏太阳能电池所使用的半导体材料层，含有复合半导体 材料层，所述复合半导体材料层包含复合半导体材料，且所述复合半 导体材料包含第一半导体材料粒子及包覆于其表面上的无机微粒，且 所述复合半导体材料具有约15至约80 mVg的比表面积，所述复合半导 体材料层可同时作为光散射层及光敏化剂吸附层。根据本专利技术的一具 体实施例，所述复合半导体材料具有约20至约60 mVg的比表面积，且 所述无机微粒与第一半导体材料粒子的粒径比(无机微粒的粒径/第一 半导体材料粒子的粒径)不大于1/2。本专利技术染敏太阳能电池所使用的半导体材料层，可另外包含第二半导体材料层，所述第二半导体材料层包含具有10纳米至80纳米粒径 范围的第二半导体材料粒子的第二半导体材料。当第二半导体材料层 存在时，其可配置于复合半导体材料层入光面或出光面，根据本专利技术 的一较佳实施例，第二半导体材料层是配置于复合半导体材料层的入 光面。本专利技术所使用的所述第一及第二半导体材料粒子是各自独立选自 根据氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锆、钛酸锶、氧化硅、氧化铟、 硫化锌、硒化镉、磷化镓、碲化镉、硒化钼、硒化钩、氧化铌、氧化 钨、钽酸钾、硫化镉及其混合物所构成群组，较佳者，是各自独立选 自根据氧化钛、氧化锌及氧化锡与其混合物所构成群组，更佳为氧化 钛。根据本专利技术的具体实施方式，本专利技术所使用的复合半导体材料所 含的第一半导体材料粒子具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能电池，其特征为包含： 第一电极，其包含导电基材、半导体材料层及光敏化剂； 电解质；及 第二电极， 其中所述半导体材料层包含复合半导体材料层，所述复合半导体材料层包含复合半导体材料，且所述复合半导体材料包含第 一半导体材料粒子与其表面上的无机微粒，且所述复合半导体材料具有约１５至约８０ｍ↑［２］／ｇ的比表面积。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈信宏，蔡安益，黄俊伟，
申请(专利权)人：长兴化学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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