染料敏化太阳能电池及其制造方法技术

提供一种能够获得高光电转换效率、低成本地制造，并具有优良设计性能的染料敏化太阳能电池及其制造方法。染料保持多孔氧化钛层（２ａ～２ｄ）被形成在透明导电基板（１）上，从而通过选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、氧化钛微粒的颗粒尺寸，或者，如果氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例，来产生所需颜色，形成所需图案。形成有染料保持多孔氧化钛层（２ａ～２ｄ）的透明导电基板（１）和形成有对置电极（４）的透明导电基板（３），以染料保持多孔氧化钛层（２ａ～２ｄ）和对置电极（４）相对的状态，通过密封剂（５）彼此粘接。电解质层（６）被密封在染料保持多孔氧化钛层（２ａ～２ｄ）和对置电极（４）之间的空间内，从而使染料敏化太阳能电池被制造出来。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，具体地涉及一种适合安装在公共 场所的。
技术介绍
由于太阳能电池是利用太阳光作为能源，将太阳光转换成电能的光电变换装置， 因此，对地球环境的影响极小，期望更进一步地推广太阳能电池。对于太阳能电池，主要为采用单晶硅或多晶硅的晶体硅太阳能电池，以及非晶硅 太阳能电池。另一方面，于1991年由GAtzel等人提出的染料敏化太阳能电池引起了人们的注 意，原因在于染料敏化太阳能电池能够取得高光电转换效率，并且，与已知的硅太阳能电池 不同，制造时无需大型装置，因此能够低成本地制造(例如，参考非专利文献1)。染料敏化太阳能电池通常具有如下的结构，即，染料敏化多孔半导体层被布置成 与对置电极相对，其中，所述染料敏化多孔半导体层通过使由氧化钛等构成且在透明导电 基板上形成的多孔半导体层保持敏化染料而获得，所述对置电极通过在基板上形成钼层等 获得；染料敏化太阳能电池的外周部由密封剂密封；并且在电极之间的空间内填充有包含 例如碘或碘化物离子等氧化还原类电解质。引文目录非专利文献NPL 1 =Nature, 353，p. 737 (1991)
技术实现思路
当染料敏化太阳能电池被安装到公共场所时，相信使观察者感觉舒适的设计性能 优良的染料敏化太阳能电池是优选的。但是，据本专利技术的专利技术者所知，还没有人从此观点出发提出应该使染料敏化太阳 能电池具有设计性能。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够实现高光电转换效率，低成本地制造，并具 有优良设计性能的。为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供一种染料敏化太阳能电池，所述染料 敏化太阳能电池包括透明导电基板；单个或多个多孔氧化钛层，其形成在所述透明导电 基板上，由氧化钛微粒构成，并保持敏化染料；对置电极，其被形成为与所述多孔氧化钛层 相对；以及电解质层，其形成在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间，其中，所述多孔氧 化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒 尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛 微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。本专利技术的第二方面提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下步骤单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有氧化钛微粒的浆料丝网印刷到透明导 电基板上的步骤；通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔氧化钛层的步骤；使所述多孔氧 化钛层保持敏化染料的步骤；形成与所述多孔氧化钛层相对的对置电极的步骤；以及在所 述多孔氧化钛层和所述对置电极之间形成电解质层的步骤，其中，所述多孔氧化钛层被形 成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生 所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则 通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。在本专利技术的第一方面和第二方面中，多孔氧化钛层可以被选择性地形成为，通过 选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色并形成所需 图案，或者，如果氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择 所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色并形成所需图案。本专利技术的第三方面提供一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包 括透明导电基板；单个或多个多孔半导体氧化物层，其形成在所述透明导电基板上，由半 导体氧化物微粒构成，并保持敏化染料；对置电极，其被形成为与所述多孔半导体氧化物层 相对；以及电解质层，其形成在所述多孔半导体氧化物层和所述对置电极之间，其中，所述 多孔半导体氧化物层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述半导 体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述半导体氧化物微粒由具有不同 颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒 的组合比例来产生所需颜色。本专利技术的第四方面提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下 步骤单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有半导体氧化物微粒的浆料丝网印刷到 透明导电基板上的步骤；通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔半导体氧化物层的步骤； 使所述多孔半导体氧化物层保持敏化染料的步骤；形成与所述多孔半导体氧化物层相对的 对置电极的步骤；以及在所述多孔半导体氧化物层和所述对置电极之间形成电解质层的步 骤，其中，所述多孔半导体氧化物层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结 构、所述半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述半导体氧化物微粒 由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体 氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色。在本专利技术的第三方面和第四方面中，多孔半导体氧化物层被选择性地形成为，通 过选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色并 形成所需图案，或者，如果半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化 物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色并形 成所需图案。构成多孔半导体氧化物层的半导体氧化物微粒的材料示例包括氧化钛(TiO2)、氧 化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(TiSrO3)和氧化锡(SnO2)。在这些材料 中，优选锐钛型氧化钛。半导体氧化物微粒的种类不限于这些，并可以以组合的方式使用这 些材料。此外，半导体氧化物微粒可选择性地具有例如颗粒形状、管状、棒状等各种形式。通常，半导体氧化物微粒的平均初级颗粒(primary particle)的尺寸优选为1 200nm，更优选为5 lOOnm。此外，可以在具有上述平均颗粒尺寸的半导体氧化物微粒中添7加平均颗粒尺寸大于上述平均颗粒尺寸的半导体氧化物微粒，从而利用具有较大平均颗粒 尺寸的半导体氧化物微粒散射入射光，以提高量子产率。在这种情况下，添加的半导体氧化 物微粒的平均颗粒尺寸优选为20 500nm。在具有这样结构的本专利技术的染料敏化太阳能电池中，通过选择氧化钛微粒或半导 体氧化物微粒所保持的敏化染料的种类、多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层的厚度、堆 叠结构、氧化钛微粒或半导体氧化物微粒的颗粒尺寸，或者，如果所述氧化钛微粒或半导体 氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒或半导体氧化物微粒构成时，通过 选择所述至少两种氧化钛微粒或半导体氧化物微粒的组合比例，多孔氧化钛层或多孔半导 体氧化物层可以产生所需颜色。此外，根据需要，可以使用多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层的图形和布置形 成所需图案。换句话说，在本专利技术中，可以利用多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层来显示 所需色彩设计。根据本专利技术，可以提供一种除了可以获得公知的染料敏化太阳能电池已具备的高 光电转换效率和低制造成本的优点外，还能够实现具有通过显示所需颜色或所需色彩设计 获得的优良设计性能的染料敏化太阳能电池。附图说明图1为本专利技术第一实施例的染料敏化太阳能电池的截面图。图2为本专利技术第一实施例的染料敏化太阳能电池的俯视图。图3为当从将要形成染料敏化多孔氧化钛层的透明导电基板的透明导电层侧看 染料敏化太阳能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，所述染料敏化太阳能电池包括：透明导电基板；单个或多个多孔氧化钛层，其形成在所述透明导电基板上，由氧化钛微粒构成，并保持敏化染料；对置电极，其被形成为与所述多孔氧化钛层相对；以及电解质层，其形成在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-11-5 2008-284479一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括透明导电基板；单个或多个多孔氧化钛层，其形成在所述透明导电基板上，由氧化钛微粒构成，并保持敏化染料；对置电极，其被形成为与所述多孔氧化钛层相对；以及电解质层，其形成在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通 过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色 并形成所需图案，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒 构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色并形成所需图案。3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述敏化染料为D131、D149、 N719、黑染料或D131和黑染料的混合物。4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池，其中，各所述多孔氧化钛层分别由如 下多孔氧化钛层构成(1)厚度为3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化 钛层；(2)厚度为5 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；(3)厚度为 3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5 μ m、由颗粒 尺寸为20nm的氧化钛微粒和IOwt%的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧 化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(4)厚度为3 μ m、由颗粒尺 寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6 μ m、由颗粒尺寸为20nm的 氧化钛微粒和30wt%的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第 2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(5)厚度为3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧 化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和 50wt%的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛 形成于所述第1多孔氧化钛层上；(6)厚度为3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成 的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5 μ m、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔 氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(7)厚度为3 μ m、由颗粒 尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为7 μ m、由颗粒尺寸为20nm 的氧化钛微粒和20wt%的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述 第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(8)厚度为3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的 氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为13 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微 粒和20wt%的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧 化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(9)厚度为3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒 构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为17 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt% 的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于 所述第1多孔氧化钛层上；(10)厚度为3 μ m、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为3 μ m、由颗粒尺寸约为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化 钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(11)厚度为3μπκ由颗粒尺寸 为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；或者(12)厚度为5 μ m、由颗粒尺寸为400nm 的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述对置电极形成在透明导电 基板上。6.根据权利要求5所述的染料敏化太阳能电池，其中，形成有所述多孔氧化钛层的所 述透明导电基板和形成有所述对置电极的所述透明导电基板被设置成彼此错开，并且夹在 这些透明导电基板之间的区域的外周部由密封剂密封。7.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其中，形成有所述多孔氧化钛层的所 述透明导电基板和形成有所述对置电极的所述透明导电基板各自是通过在绝缘透明基板 上形成透明导电层获得的，并且在这些透明导电基板各自的外周部且由所述密封剂密封的 部分中的所述透明导电层被除去。8. 一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下步骤单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有氧化钛微粒的浆料丝网印刷到透明导 电基板上的步骤；通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔氧化钛层的步骤；使所述多孔氧化钛层保持敏化染料的步骤；形成与所述多孔氧化钛层相对的对置电极的步骤；以及在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间形成电解质层的步骤，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：米屋丽子，折桥正树，铃木祐辅，诸冈正浩，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP