染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法技术

一种染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法，包括在透明导电基板上形成金属氧化物层，再使用金属络合物染料对所述金属氧化物层进行第一染料吸附阶段。接着，使用有机染料对所述金属氧化物层进行第二染料吸附阶段，以填补金属氧化物层中的空隙。因为所述方法采用分段多重吸附染料的技术，因此能增加染料敏化太阳能电池的工作电极的染料吸附量，进而提高光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell， DSSC) 的技术，且特别是涉及一种染料敏化太阳能电池的工作电极层的制作方法。
技术介绍
太阳能电池是一种非常有希望的干净能源，其可直接从阳光产生电 (electricity)。不过，必须要有效地降低太阳能电池的生产成本以便使其被广 泛接受而变成主要电源。近年，由Gratzel提出一种所谓的染料敏化太阳能电池(DSSC)，可以更 有效地利用太阳能源，而成为继硅晶太阳能电池后被视为最有潜力的第三 代太阳电池之一。 一般而言，染料敏化太阳能电池的结构如图1所示，包 括分别位于透明导电基板100a和100b上、提供电流流动通路的二氧化钛 (Ti02)工作电极102和Pt对电极104以及传输空穴的电解液106，其中透明 导电基板100a和100b表面涂布有透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide ， TCO)108。上述染料敏化太阳能电池尽管已具备商品化条件，但仍有许多问题需 要克服，包括染料吸附有限(造成光电转换效率不够高)、液态电解液封装 困难、容易渗漏、耐久性欠佳...等，因此仍有许多改进空间。对于 一般染料敏化太阳能电池，吸附染料的方法多为浸置(immerse)在 ~1(T4M的溶液里，或是利用两种以上染料以鸡尾酒方式配置成溶液，再一 起吸附到二氧化钛上，然而这样的吸附方式并不能有效地填满所有二氧化 钛。尤其是鸡尾酒方式的染料吸附技术，因为不同染料之间在吸附上有竟 争性，因此往往无法确定染料的用量、比例等较佳吸附条件。
技术实现思路
本专利技术提供一种染料敏化太阳能电池(DSSC)的工作电极的制作方法， 可使工作电极层吸附更多的染料，以提高光电转换效率。本专利技术另提供一种，可增 加工作电极的吸收光的范围，以提高染料敏化太阳能电池效能。本专利技术提出一种，包括在 透明导电基板上形成金属氧化物层，再使用金属络合物染料对所述金属氧化物层进行第一染料吸附阶段(absorption stage)。接着，使用有机染料对所 述金属氧化物层进行第二染料吸附阶段，以填补金属氧化物层中的空隙。在本专利技术的 一 实施例中，在第二染料吸附阶段之后还可再进行至少一 段有机染料吸附阶段，其中所述有机染料吸附阶段与第二染料吸附阶段可 以使用相同或者不同的有机染料。而且，有机染料吸附阶段与第二染料吸 附阶段使用的有机染料可以具有不同的吸收波长范围。在本专利技术的一实施例中，上述有机染料的分子呈现长链型，且有机染 料的一端为COOH官能团或其盐类。在本专利技术的一实施例中，上述有机染料的分子量(FW)在200-700之间。在本专利技术的一实施例中，上述透明导电基板表面涂布有一层透明导电 氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)，其包括掺杂F的二氧化锡 (Sn02:F， FTO)、掺杂Al的氧化锌(ZnO:Al)或其它适合的透明导电氧化物。在本专利技术的一实施例中，上述金属氧化物层的材料包括Ti02、 Si02、 ZnO、 ZrO^Al203。在本专利技术的一实施例中，上述金属络合物染料包括钌、锇、铁、钷 (illinium)、铂或锌的金属络合物染料。本专利技术另提出 一种，包括 在透明导电基板上形成二氧化钛(Ti02)层，再使用钌金属络合物染料对所述 二氧化钛层进行第一染料吸附阶段。然后，清洗上述基板，以去除残留的 钌金属络合物染料。之后，使用有机染料对所述二氧化钛层进行第二染料 吸附阶段，其中所述有机染料的分子呈现长链型，且所述有机染料的一端 为COOH官能团或其盐类。在本专利技术的另一实施例中，上述有机染料的分子量(FW)在200-700之间。在本专利技术的另一实施例中，上述清洗基板的方法包括使用乙腈 (acetonitrile, AN)或是丙酮进行清洗。在本专利技术的另一实施例中，上述第一染料吸附阶段的温度约控制在550。C 70。C之间。在本专利技术的另一实施例中，上述第二染料吸附阶段的温度约控制在 20。C 70。C之间。在本专利技术的另 一 实施例中，在第二染料吸附阶段之后还可再进行至少 一段有机染料吸附阶段，其中所述有机染料吸附阶段与第二染料吸附阶段 可以使用相同或者不同的有机染料。而且，有机染料吸附阶段与第二染料 吸附阶段使用的有机染料可以具有不同的吸收波长范围。在本专利技术的另 一 实施例中，上述透明导电基板表面涂布有一层透明导 电氧化物(TCO)，如掺杂F的二氧化锡(Sn02:F， FTO)、掺杂Al的氧化锌 (ZnO: Al)或其它适合的透明导电氧化物。本专利技术因为采用分段多重吸附(multi-step absorption)染料的技术，来形 成染料敏化太阳能电池(DSSC)的工作电极。因此，能增加工作电极的染料 吸附量，进而提高光电转换效率。此外，本专利技术也可利用分段多重吸附染 料的技术，将不同吸收波长的染料依序吸附于工作电极，由此增加工作电 极的吸收光的范围，或是对工作电极进行修饰，进而提高染料敏化太阳能 电池效能。为了使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例， 并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1是现有技术的一种染料敏化太阳能电池的剖面示意图。图2A至图2C是依照本专利技术的一实施例的一种染料敏化太阳能电池的 工作电极的制作流程剖面示意图。图3是依照本专利技术的另一实施例的一种染料敏化太阳能电池的工作电 极的制作流程步骤图。图4是实验一的多重吸附(本专利技术)与现有技术单一吸附的工作电极的 电性分析曲线图。图5是实验二的多重吸附(本专利技术)与现有技术单一吸附的工作电极的 电性分析曲线图。主要附图标记说明100a、 100b、 200:透明导电基板 102: 二氧化钛(Ti02)工作电极 104: Pt对电极 106:电解液108、 202:透明导电氧化物 204:金属氧化物层 206:容器208:金属络合物染料溶液 210:金属络合物染料 212:有机染料溶液 214:有机染料 3Q0 306:步骤具体实施方式下文中请参阅附图来更充分地了解本专利技术，其中附图显示本专利技术的各 实施例。不过，本专利技术还可用多种不同形式来实践，且不应将其解释为限 于下文所陈述的实施例。实际上，提供这些实施例只是为了使本专利技术被披 露得更详尽且完整，同时借此将本专利技术的范畴完全传达至所属
的 技术人员。在附图中，为明确起见可能将各层的尺寸以及相对尺寸作夸张 的描绘。图2A至图2C是依照本专利技术的一实施例的一种染料敏化太阳能电池 (Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)的工作电极的制作流程剖面示意图。请参照图2A,本实施例的制作方法是先提供透明导电基板200,且在 其表面可涂布一层透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide， TCO)202， 其中透明导电氧化物202例如为掺杂F的二氧化锡(SnO2:F, FTO)、掺杂Al 的氧化锌(ZnO:Al)或其它适合的透明导电氧化物。随后，在透明导电基板 200上形成一层金属氧化物层204，其材料例如Ti02、 Si02、 ZnO、 Zr02或 A1203。然后，请参照图2B，使用一种金属络合物染料对金属氧化物层204进 行第一染料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括：　　在透明导电基板上形成金属氧化物层；　　使用金属络合物染料，对该金属氧化物层进行第一染料吸附阶段；以及　　使用有机染料，对该金属氧化物层进行第二染料吸附阶段。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：童永梁，蓝崇文，蔡松雨，欧铠麟，吴春桂，陈家原，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]