本发明专利技术涉及一种新型结构的太阳能电池的制备方法，其具有很高的效率，并且稳定性优异，可用廉价的原料大量生产，从而容易实现太阳能电池的商品化。详细地，本发明专利技术的太阳能电池的制备方法包括下述步骤：a）涂布含有金属氧化物粒子的浆体，进行热处理，形成多孔性电子传输层；b）在所述多孔性电子传输层的金属氧化物粒子表面形成无机半导体；及c）在形成有所述无机半导体的多孔性电子传输层上浸渍含有有机光电物质的溶液，形成空穴传输层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种全固态的纳米结构无机-有机异质结太阳能电池及其制备方法,详细地,涉及在廉价而可高效率的染料敏化太阳能电池(DSSC ;dye sensitized solarcell)的结构上，结合容易对从可见光到近红外线区域的宽区域的太阳能进行吸收的无机半导体基板薄膜型太阳能电池(inorganic thin-film solar cell)的优点和通过溶液工序可进行廉价制备的有机太阳能电池(organic solar cell)的优点的新型结构的太阳能电池及其制备方法。所述太阳能电池具有高效率，并且随时间稳定性优异，通过应用廉价的组成物质和廉价工序，容易制备廉价的太阳能电池。
技术介绍
为了解决化石能源的枯竭及其使用所带来的地球环境问题，对像太阳能、风力、水力一样可以再生且清洁的替代能源正积极地展开研究。 其中，对从太阳光直接转化为电能的太阳能电池的关注大大增加。此处所谓的太阳能电池，是指从太阳光吸收光能，利用产生电子和空穴的光伏效应，从而生成电流-电压的电池。现在可以制备光能转换效率超过20%的n-p 二极管型硅(Si)单结晶基板太阳能电池，应用在实际的太阳光发电中，此外还有利用比其能量转换效率还要优异的如的砷化镓(GaAs)等化合物半导体的太阳能电池。但是，这种无机半导体基板的太阳能电池为了高效率化，需要高纯度的精制材料，因此在原材料的精制方面要消耗大量的能量，而且，在利用原材料进行单结晶或薄膜化的过程中，需要昂贵的工序设备，在降低太阳能电池的制备费用上有限，成为在大规模的应用上的障碍。由此，为了以廉价制备太阳能电池，有必要大幅减少用作太阳能电池核心的原料或制备工序的费用，从而作为无机半导体基板太阳能电池的代行方案，正在积极展开利用廉价的原料和工序可以制备的染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的研究。染料敏化太阳能电池是1991年由瑞士洛桑联邦理工大学的迈克尔.格兰泽尔(Michael Gratzel)教授首次开发成功，并报道在《自然》杂志中(第353卷,第737页)。初期的染料敏化太阳能电池的结构是在通光通电的透明电极薄膜上，在多孔性光阴极(photoanode)上吸附吸光的染料后，再在上面设置另外的导电性玻璃基板，填充液体电解质的简单的结构。染料敏化太阳能电池的工作原理是一旦在多孔光阴极表面上化学吸附的染料分子吸收太阳光，染料分子就会形成电子-空穴对，电子注入到作为多孔性光阴极使用的半导体氧化物的传导带，被传递到透明的导电性膜，产生电流。留在染料分子中的空穴，通过液体或固体型电解质的氧化-还原反应的空穴传导或空穴导电性高分子聚合物，以向光阳极(photocathode)传输的形式构成完整的太阳能电池回路,在外部做功(work)。在这种染料敏化太阳能电池的构成中，透明电导性膜主用使用FTO (Fluorinedoped Tin Oxied,氟掺杂氧化锡)或ITO (Indium dopted Tin Oxide,铟掺杂氧化锡),作为多孔性光阴极使用能带隙宽的纳米粒子。此时，在选择染料敏化太阳能电池用纳米半导体氧化物(光阴极)时，首先考虑的部分为传导带的能量值。到目前为止一直在研究的氧化物主要为TiO2、SnO2、ZnCKNb2O5等。在这些物质中，到目前为止已知表现为最好效率的物质为 TiO20特别是将光吸收良好且染料的最低未占分子轨道(lowest unoccupiedmolecular orbital)能级高于光阴极材料的传导带(conduction band)的能级,从而生成的激子分离变得容易，能够提高太阳能电池的效率的多种物质通过化学合成用作染料。到目前为止所报道的液体型染料敏化太阳能电池的最高效率在约20年间停留在119Γ12%。虽然因液体型染料敏化太阳能电池的效率相对高而具有商用化的可能性，但存在由于挥发性电解质导致的随时间的稳定性问题和由于使用昂贵的钌系染料带来的需要廉价化的问题。为了解决这一问题，虽然进行着代替挥发性液体电解质，利用离子性溶剂的非挥 发性电解质的使用、高分子聚合物凝胶电解质的使用及廉价的纯有机物染料的使用等研究，但比起利用了挥发性液体电解质和钌系染料的染料敏化太阳能电池，存在效率低的问题。另一方面，从1990年中期开始正式研究的有机太阳能电池(org anicphotovoltaic :0PV),其特征在于,其构成为由具有电子给体(electron donor, D或通常也被称为空穴接收体(hole acceptor))特性和电子受体(electron acceptor, A)特性的有机物构成。由有机分子构成的太阳能电池一旦吸收阳光就会形成电子和空穴，将此称为激子(excition)。激子向D-A相间界面移动，电荷被分离，电子向电子受体(electron acceptor),空穴向电子给体(electron donor)移动,产生光电流。在有机太阳能电池中主要使用的物质的组合为有机物(D)-富勒烯(A)系、有机物(D)-有机物(A)系和有机物(D)-纳米无机物(A)系等。在电子供体中产生的激子通常可移动的距离在IOnm左右，非常短，因此不能很厚地堆积多种有机物，所以光吸收度低，效率低，但最近随着引入所谓的混合异质结BHJ(bulk heterojuction)概念,其增加在相间界面上的表面积；以及开发能带隙小的电子供体(donor)有机物，其容易吸收宽范围的太阳光，效率大大提高，报道有约具有6. 77%效率的有机太阳能电池(自然-光电子学，第3卷,第649页)(Nature Photonics, vol3, p. 649))。有机太阳能电池由于有机材料的方便的加工性和多样性，以及低的单价，与以往的太阳能电池相比，元件的制作过程简单，比以往的太阳能电池，可实现低单价的制备。但是，有机物太阳能电池，其BHJ的结构通过空气中的水分或氧气热化，从而使得其效率快速降低，即在太阳能电池的稳定性方面存在大的问题，作为解决它的方法，如果引入完全的密封技术，虽然增加稳定性，但有价格上涨的问题。作为解决由于液体电解质导致的染料敏化太阳能电池的问题的方法，染料敏化太阳能电池的专利技术者的瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL)化学系迈克尔·格兰泽尔(MichaelGratzel)教授在1998年在《自然》杂志(第395卷，第583页)上公开了代替液体电解质使用作为固体型空穴导电性的有机物Spiro-OMeTAD[2, 22’，7，77’ -四(N，N- 二-对甲氧基苯胺)_9，99，-螺二荷]([2, 22，，7, 77，-tetrkis (N, N-di-p-methoxyphenylamine)-9, 99’-spirobi fluorine]),效率为O. 74%的全固态染料敏化太阳能电池。此后，通过结构的最优化、相间界面特性、空穴导电性的改进等，效率最大提高到约5. 0%。此外，用廉价的纯有机物染料和空穴传导体代替钌系染料制备了使用P3HT，PEDOT等的太阳能电池，其效率为2-4%依然很低，最近虽然报告有在纳米管型TiO2上吸附SQl {5-羧基_2-[[3-[ (1，3- 二氢-3，3- 二甲基-I-乙基-2H-吲哚-2-亚基)甲基]-2-羟基-4-氧代-2-环丁烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.18 KR 10-2010-00146741.一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括下述步骤a)涂布含有金属氧化物粒子的浆体，进行热处理，形成多孔性电子传输层(electrontransporting layer)；b)在所述多孔性电子传输层的金属氧化物粒子表面形成无机半导体'及c)在形成有所述无机半导体的多孔性电子传输层上浸溃含有下述化学式I的有机光电物质(organic photovoltaic material)的溶液，形成空穴传输层(hole transporting2.根据权利要求I所述的太阳能电池的制备方法，步骤b)的所述无机半导体为接于包含带气孔的表面的所述多孔性电子传输层的表面而形成的纳米粒子。3.根据权利要求I所述的太阳能电池的制备方法，进ー步实施以下步骤在实施步骤a)前，在第I电极上部形成金属氧化物薄膜；以及在步骤c)之后，在所述空穴传输层上部形成第2电极。4.根据权利要求I所述的太阳能电池制备方法，步骤b)用选自化学浴沉积法(CBD；chemical bath deposition method)及连续离子层吸附反应法(SILAR !Successive IonicLayer Adsorption and Reaction method)中的一种以上的方法实施。5.根据权利要求I所述的太阳能电池的制备方法，所述无机半导体形成覆盖包含带气孔的表面的所述电子传输层的表面的膜。6.根据权利要求I所述的太阳能电池的制备方法，步骤a)中的所述涂布利用含有金属氧化物粒子的衆体，用选自丝网印刷(screen printing)、旋涂(Spin coating)、棒式涂布(Barcoating)、凹版式涂布(Gravure coating)、刮刀涂布(Blade coating)及棍式涂布(R...
【专利技术属性】
技术研发人员：石相日，任相赫，张祯娥，李在辉，李龙熙，金熙重，
申请(专利权)人：韩国化学研究院，
类型：
国别省市：
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