染料敏化太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及染料敏化太阳能电池及其制造方法，将昂贵的光吸收性染料的全部或者一部分用碳纳米管（CNT）、石墨烯（graphene）或者炭黑（carbon?black）来代替，从而可以同时增加染料敏化太阳能电池的效率和生产率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更具体的，涉及作为光吸收物质使用碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)的。
技术介绍
1991年被瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL)的迈克尔 格兰泽尔(Michael Gratzel)研发团队开发了染料敏化纳米颗粒氧化钛太阳能电池之后，进行着与该领域相关的很多研究。染料敏化太阳能电池相比于现有的硅系太阳能电池制造成本显著低，因此，具有能够代替现有的非晶质硅太阳能电池的可能性，并且，与硅系太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池是以能够通过吸收光而生成电子-空穴对的染料分子、以及传递所生成的电子的以过渡金属氧化物作为主要构成材料的光电化学太阳能电池。图1是为了说明一般的染料敏化太阳能电池的结构和发电原理的图。参考图1，染料敏化太阳能电池10可以包含分别附着有透明膜13、14的透明的玻璃基板11、12,催化剂对电极(Counter Electrode)15,纳米颗粒(TiO2, 二氧化钛)结构的工作电极(Working Electrode) 16或者光电极,染料17,电解质(Electrolyte) 18和密封材料19。首先染料敏化太阳能电池10是由分别附着有透明电极膜13、14的两个玻璃基板11、12之间吸附有特定染料17的纳米颗粒结构的工作电极16和填充电解质18的结构来形成。在这里，透明电极膜13、14可以是ΑΤ0、ITO或者FT0，并且通常以形成于玻璃基板11、12上的状态来提供。具体的，染料敏化太阳能电池10是与植物的光合作用原理类似概念的电池、是由吸收光的光敏化染料17、支撑这些染料17的纳米结构的二氧化钛电极的工作电极16、电解质18和催化剂对电极15来构成的太阳能电池。染料敏化太阳能电池10没有使用像现有的硅太阳能电池或薄膜太阳能电池的P型和η型半导体的接合，而是根据电化学原理来生产电。并且由于理论效率高、环境友好，从而被期待为作为未来绿色能源最适合的太阳能电池。染料敏化太阳能电池10是，如果外部的光达到染料17，则染料17产生电子，作为多孔质氧化物半导体(主要利用TiO2)的工作电极16就接收该电子并向外部传递。然后，电子通过外部回路流动并到达对电极15。此时，从工作电极16的染料17向外部流失了电子，所以从电解质18内部的离子又向染料16供给一个电子，而从外部回到对电极的电子再向电解质18内部的离子传递，从而连续形成能量传递过程。这样的过程主要取决于工作电极16和电解质18之间以及对电极15和电解质18之间形成的电化学反应，因此电极和电解质接触的面积越宽，可以快速地进行很多的反应。并且，工作电极16的表面面积越宽，可以粘贴很多量的染料17，从而增加可以产生的电的量。因此，作为各自的电极15、16材料使用纳米颗粒，并且相同体积中物质的表面积极端的增加，因此在表面附着很多量的染料，并且可以增加电极15、16与电解质18之间的电化学反应速度。此时，染料敏化太阳能电池模组由图1图示的染料敏化太阳能电池10以多数个串联或并联布置的模组形状来提供。但是，在像这样的现有的染料敏化太阳能电池中，由于光吸收性染料(17)主要仅吸收可见光区域，从而效率偏低，并且由于光吸收性染料价格高，因此成为提高染料敏化太阳能电池的制造费用的主要原因，并且由此切实地要求提高染料敏化太阳能电池效率的同时可以降低制造费用的多种方法的开发。
技术实现思路
技术问题为了解决前述问题的本专利技术想要完成的技术问题是，提供通过扩大光吸收波长带的区域而可以提高太阳能电池的效率，而且通过使用低廉的光吸收物质而可以显著降低太阳能电池的制造费用的。解决问题的方案作为为了达到前述技术问题的方案，所提供的根据本专利技术的包含光吸收物质的染料敏化太阳能电池的特征在于，上述光吸收物质包含碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)。优选地，上述光吸收物质包含a)光吸收性染料以及b)碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)。并且，本专利技术提供包含在工作电极上吸附光吸收性物质的步骤的染料敏化太阳能电池的制造方法，上述光吸收物质包含碳纳米管(CNT)、石墨烯(gra phene)或者炭黑(carbon black)。优选地，上述光吸收物质包含a)光吸收性染料以及b)碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)。专利技术效果根据本专利技术，通过使用碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbonblack)作为光吸收物质，从而扩大光吸收波长带的区域，由此可以提高太阳能电池的效率，并且通过使用低廉的光吸收物质，从而可以显著降低太阳能电池的制造费用。附图说明图1是为了说明一般的染料敏化太阳能电池的结构和发电原理的图。图2是说明根据本专利技术一个实施例的染料敏化太阳能电池的发电原理的图。图3是利用在本专利技术实施例1和比较例中制造的染料敏化太阳能电池来测量的短路光电流密度(short-circuit photocurrent density, Jsc)的图表。具体实施方式以下详细说明本专利技术。整个说明书中，当记载某个部分“包含”某个技术特征时，在没有特别相反的记载的情况下，这并不是意味着排除其他技术特征，而是意味着还可以包含其他技术特征。本专利技术涉及包含光吸收物质的染料敏化太阳能电池，上述光吸收物质包含碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)。上述光吸收物质优选碳纳米管(CNT),更优选单层壁(single wall)碳纳米管(CNT)。本专利技术中，除了上述碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(c arbonblack)这些作为光吸收物质之外的染料敏化太阳能电池的其他要素，当然可以使用现有作为光吸收性物质仅使用染料的公知的染料敏化太阳能电池的特征，而作为具体的例子像图1，染料敏化太阳能电池模组可以是包含第一透明电极上形成有具备吸附有光吸收性物质的多孔质氧化物半导体层(通常为多孔性TiO2)的工作电极(光电极)的工作电极基板；与上述工作电极基板对接，并且催化剂对电极形成于第二透明玻璃基板上的对电极基板；以及对接的上述对电极基板和工作电极基板内注入的电解质的结构。并且，可以在工作电极上进一步包含光散射层。其中染料可以使用钌系染料或者有机染料等公知的染料敏化太阳能电池染料是理所当然的。本专利技术中上述碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)是通过吸收光将电子传递到工作电极，从而显示与现有染料敏化太阳能电池的光吸收性染料对等的机制。本专利技术中碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)优选粒径为0.01-100nm。在上述范围内的情况下,碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbon black)通过吸收染料敏化太阳能电池的从紫外线区域到红外线区域的光,从而可以产生电子，特别是粒径越小可以吸收短波长带(紫外线区域)的光，而粒径越大可以吸收长波长带(红外线区域)的光。并且,碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)或者炭黑(carbonblack)吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钟灿，朴赞硕，
申请(专利权)人：株式会社东进世美肯，
类型：
国别省市：