染料敏化太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种染料敏化太阳能电池及其制造方法。该染料敏化太阳能电池包括：包含第一电极的第一基板；位于所述第一基板上的光吸收层；和位于所述光吸收层上并包含第二电极的第二基板，所述光吸收层包括位于接近所述第二电极的区域的第一散射层。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及染料敏化太阳能电池。更具体而言，本公开涉及高效率染料敏化太 阳能电池及其制造方法。
技术介绍
为了寻找化石燃料的替代品以解决紧迫的能源危机，正在进行各种研究。特别 是，为了代替将在今后几十年内耗尽的石油资源，研究人员致力于如何利用例如风能、 原子能和太阳能等天然资源。与其它潜在的替代品不同，太阳能电池是生态友好的，利用无限的太阳能。因 此，自从在1983年开发出Si太阳能电池，特别是由于最近的能源危机，太阳能电池得到 广泛接受。然而，由于作为原料的硅的需求和供应问题导致的激烈的国际竞争，硅太阳能 电池的生产成本较高。为了解决此问题，国内或国外许多研究机构提出了自救方案。然 而要实际实现这些方案，仍然存在困难。解决严重的能源危机的一个替代性方案是染料 敏化太阳能电池；自从由瑞士 EPFL的Micheal Graetzel博士牵头的研究组在1991年开发 出染料敏化太阳能电池以来，学术界对其非常关注并且许多研究机构针对染料敏化太阳 能电池开展了研究。与基于硅的太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池是光电化学 (opto-electrochemical)太阳能电池，其主要成分包括能够通过吸收可见光而产生电子-空 穴对的感光染料分子以及传输所生成的电子的过渡金属氧化物。利用钛氧化物纳米颗粒 的染料敏化太阳能电池在此前的染料敏化太阳能电池的研究工作中被视为典型的研究成^ O染料敏化太阳能电池的制造成本低于传统的硅太阳能电池。此外，由于染料敏 化太阳能电池的透明的电极，染料敏化太阳能电池可以用作建筑物或玻璃房外墙的窗。 然而，由于光电转换的效率较低，需要更多的研究。太阳能电池的光电转换效率与由吸收日光产生的电子数目成比例。因此，为了 增加效率，需要通过增加由钛氧化物纳米颗粒吸附的染料的量来增加产生的电子数目， 增加日光的吸收，和防止所产生的受激电子通过电子空穴重组而湮灭。为了增加单位面积的染料吸附率，需要制造纳米级的氧化物半导体的颗粒。为 此，已开发出增加钼电极的反射率以促进日光吸收的制造方法或将颗粒与由氧化物半导 体制成的光散射材料相混合的方法。然而，之前的方法显出了对提高光电转换效率的限制。因此，十分需要开发增 强效率的新技术。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方式的染料敏化太阳能电池的一个方案包括包含第一电极 的第一基板、位于所述第一基板上的光吸收层、和位于所述光吸收层上并包含第二电极 的第二基板，所述光吸收层包括位于接近所述第二电极的区域的第一散射层。附图说明在本文中包含附图以提供对本专利技术的进一步理解，其被并入本说明书并构成本 说明书一部分，所述附示了本专利技术的实施方式，并与本文一起用于说明本专利技术的原理。图1图示了本专利技术第一实施方式的染料敏化太阳能电池；图2A 图2C图示了组成用于本专利技术第一实施方式的染料敏化太阳能电池的制 造方法的各个工序的截面图；图3图示了本专利技术第二实施方式的染料敏化太阳能电池；图4A 图4D图示了组成用于制造本专利技术第二实施方式的染料敏化太阳能电池 的方法的各个工序的截面图；图5图示了根据本专利技术比较例制造的染料敏化太阳能电池；和图6图示了根据本专利技术实施方式和比较例制造的染料敏化太阳能电池的电流-电 压曲线。具体实施例方式下面将详细地参考本专利技术的具体实施方式，其实例在附图中图示。图1图示了本专利技术第一实施方式的染料敏化太阳能电池。参考图1，本专利技术第一实施方式的染料敏化太阳能电池100包括包含第一电极 120的第一基板110、位于第一基板110上的光吸收层130、和位于光吸收层130上并包含 第二电极140的第二基板150，光吸收层130包括位于接近第二电极140的区域的第一散 射层135。染料敏化太阳能电池100具有夹层结构，其中第一电极120和第二电极140彼此 面对地结合在一起。更具体而言，第一电极120位于第一基板110上，并且第二电极140 面对第一电极120，第二电极140位于直接面对第一电极120的第二基板150上。在第一电极120和第二电极140之间，可以放置光吸收层130，该光吸收层130 包含半导体颗粒131、吸附于半导体颗粒131中的染料132以及电解质133。第一基板110可以由玻璃或塑料制成，不过可以利用具有能够使外部光入射的 透明性的任何材料。塑料的具体实例可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰纤维素(TAC)或其共聚 物。第一电极120可以包含导电金属氧化物。此时，导电金属氧化物可以是选自由铟锡氧化物(ITO)、氧化锡氟化物(FTO，fluoride tin oxide)、ZnO- (Ga2O3或Al2O3)、基于锡的氧化物、氧化锡锑化物(ΑΤΟ， antimonide tin oxide)、氧化锌(ZnO)及其混合物组成的组的至少一种氧化物，优选 F: SnO2。光吸收层130可以包含半导体颗粒131、吸附于半导体颗粒131中的染料132以 及电解质133。半导体颗粒131可以利用化合物半导体或钙钛矿结构的化合物以及以硅为代表 的单元素半导体。所述半导体可以是η型半导体，其在光激励下通过利用导带中的电子作为载流 子来提供阳极电流。化合物半导体可以利用选自由钛(Ti)、锡(Sn)、锌(Zn)、钨(W)、 锆(Zr)、镓(Ga)、铟(In)、钇(Yr)、铌(Nb)、钽(Ta)和钒(V)组成的组的至少一种金 属的氧化物。优选的是，化合物半导体可以利用氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌 (ZnO)、氧化铌(Nb2O5)、钛锶氧化物(TiSrO3)或其混合物。更优选的是，化合物半导 体可以利用锐钛矿型的氧化钛(TiO2)。半导体的类型不限于上述那些，而是可以利用单 一类型或两种以上的组合。而且，半导体颗粒131的平均粒径可以为Inm 500nm，优选为Inm lOOnm。半导体颗粒131可以利用大尺寸颗粒和小尺寸颗粒的组合，也可以形成其多层。半导体颗粒131可以以各种方式制造通过将半导体颗粒131直接喷射在基板上 来形成半导体颗粒131的薄膜；通过利用基板作为电极来电沉积半导体颗粒的薄膜；或 者将通过水解半导体颗粒或半导体颗粒前体的浆料而获得的糊膏涂敷在基板上，随后干 燥、硬化并塑性变形。在半导体颗粒131的表面上，可以吸附有吸收外部光线并产生受激电子的染料 132。染料132可以形成为包含铝(Al)、钼(Pt)、钯(Pd)、铕(Eu)、铅(Pb)、铱(Ir)以及钌(Ru)的金属复合物。特别是，由于属于钼族的元素钌(Ru)可以形成各种有机金 属化合物，因此理想的是利用含有钌(Ru)的染料132。作为含有钌(Ru)的染料132的实例，常用的是Ru (etcbpy) 2 (NCS) 2 · CH3CN型。此处，etc对应于(COOEt)2或(COOH)2;并且是可以与多孔薄膜的表面结合的反 应体。另一方面，可以使用包含有机着色剂的染料。对于有机着色剂，香豆素、卟 啉、咕吨、核黄素或三苯甲烷可以单独使用，也可以与其它复合物组合使用。电解质133可以利用氧化还原电解质。更具体地，电解质133可以利用由以 卤素离子作为大离子的卤素化合物和卤素分子组成的卤素氧化还原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：包含第一电极的第一基板；位于所述第一基板上的光吸收层；和位于所述光吸收层上并包含第二电极的第二基板，所述光吸收层包括位于接近所述第二电极的区域的第一散射层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柳昇勋，金棋容，朴成基，朱性壎，
申请(专利权)人：乐金显示有限公司，
类型：发明
国别省市：KR