[發(fā)明專利]使用離子結(jié)合低聚物絡(luò)合物的染料敏化太陽能電池及制法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710152487.5
• 申請(qǐng)日: 2007-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN101217184A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫炳熙;樸商喆;南政圭;鄭源哲;樸永俊;姜龍洙;李龍鍵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三星電子株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;H01L31/04;H01L31/02;H01L31/18;H01G9/20;H01G9/022;H01M14/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本非臨時(shí)申請(qǐng)根據(jù)U.S.C§119(a)要求于2007年1月5日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No.10-2007-0001365的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用在這里引入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及含有離子結(jié)合的低聚物絡(luò)合物的染料敏化太陽能電池。更具體地說，本發(fā)明涉及含有離子結(jié)合的低聚物絡(luò)合物電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池，其包含在分子兩端具有含有氮雜原子的C_5-30雜芳基作為堿性官能團(tuán)的第一低聚物，該第一低聚物與在分子兩端具有酸性官能團(tuán)的第二低聚物混合。在分子兩端的該酸性官能團(tuán)可選自羧酸、磷酸和磺酸，從而形成鹽。該太陽能電池表現(xiàn)出期望的機(jī)械性能，可易于制造，并可具有高的能量轉(zhuǎn)換效率。還提供用于制造含有離子結(jié)合的低聚物絡(luò)合物的染料敏化太陽能電池的方法。

背景技術(shù)

通常，太陽能電池是用于將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的光伏元件。與其它能源不同，太陽能電池可不受限制地使用，對(duì)環(huán)境友好，并因此被期望逐漸成為日益重要的能源。特別地，期望太陽能電池可僅使用太陽光充電，且因而可安裝在各種便攜式信息裝置上如便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人便攜式終端等。

常規(guī)地，由單晶或多晶硅制成的硅太陽能電池已被主要地應(yīng)用。然而，硅太陽能電池由于需要使用大型且昂貴的設(shè)備，并從而制造成本高，因而存在缺陷。此外，由太陽能向電能轉(zhuǎn)換效率增加的能力受到限制。因此，需要新的替代物。

該硅太陽能電池的替代物為由可廉價(jià)制造的有機(jī)材料構(gòu)成的太陽能電池。特別地，考慮具有極低制造成本的染料敏化太陽能電池。該染料敏化太陽能電池是一種光電化學(xué)太陽能電池，其包含由具有吸附于其上的染料微粒的金屬氧化物納米微粒構(gòu)成的光電極、對(duì)電極和裝載在該兩個(gè)電極之間的空間中的氧化還原電解質(zhì)。所述光電極由導(dǎo)電透明基底、含有金屬氧化物的金屬氧化物層和染料組成。

當(dāng)太陽光入射到該太陽能電池上時(shí)，光子首先被染料吸收。當(dāng)染料吸收太陽光時(shí)，其轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，如此使得電子轉(zhuǎn)移至金屬氧化物的導(dǎo)帶，空穴轉(zhuǎn)移至電解質(zhì)層。將電子傳輸至該電極上，然后流向外電路以傳輸電能，之后它們以較低能態(tài)轉(zhuǎn)移至對(duì)電極，在那里耗盡所傳輸?shù)哪芰俊?/p>

盡管使用液體電解質(zhì)的常規(guī)染料敏化太陽能電池具有高能量轉(zhuǎn)換效率，但因電解質(zhì)滲漏和溶劑蒸發(fā)，其性能隨著時(shí)間惡化。該不穩(wěn)定性已經(jīng)涉及在低溫下鹽的檢測(cè)和有機(jī)溶劑的使用。從而，這類太陽能電池很難商品化。已進(jìn)行多種嘗試以防止電解質(zhì)滲漏。特別地，已經(jīng)開發(fā)了使用固體電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池，所述固體電解質(zhì)能夠提高太陽能電池的穩(wěn)定性和耐久性。

此外，響應(yīng)于采用液體電解質(zhì)的上述問題，已經(jīng)提出了凝膠型電解質(zhì)，其能夠使電解質(zhì)滲入聚合物中。然而，這種解決方案有問題，因?yàn)樗瞿z型電解質(zhì)的粘度高，且該凝膠型電解質(zhì)通過聚合物之間的弱相互作用交聯(lián)，因此當(dāng)加熱時(shí)容易液化。

在這方面，已經(jīng)提出了染料敏化太陽能電池，包括溶解在具有高沸點(diǎn)的溶劑如N-甲基-2-吡咯烷酮或3-甲氧基丙腈中的聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)。雖然如此制備的聚合物電解質(zhì)在室溫下具有與液體電解質(zhì)類似的高離子傳導(dǎo)率，但其機(jī)械性能差，使之難于制造太陽能電池。此外，該聚合物電解質(zhì)的保水性下降(M.G.Kang?et?al.ECS.151，E257，2004)。

在使用固體電解質(zhì)的太陽能電池情況下，為減輕因溶劑導(dǎo)致的低能量轉(zhuǎn)換效率問題，可將溶劑從制備的電解質(zhì)溶液中除去。結(jié)果，被光電極接收的電子使用也處于固相的空穴傳導(dǎo)材料而容易地減少，以再次氧化所述染料，產(chǎn)生電流。

另外，基于提高使用固體電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的目的，重要的是開發(fā)具有高離子傳導(dǎo)率的聚合物電解質(zhì)以防止或抑制電子復(fù)合。因此，這類太陽能電池的開發(fā)仍然是需要的。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供含有電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池，其中將兩種類型的低聚物混合在一起以形成鹽，其然后產(chǎn)生構(gòu)成所述電解質(zhì)的離子結(jié)合的低聚物絡(luò)合物。該染料敏化太陽能電池由此表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能、高能量轉(zhuǎn)換效率，并且本發(fā)明提供方便的制造方法。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制造該染料敏化太陽能電池的方法。