[發明專利]大面積太陽能電池的制造方法及其模具結構

有效

• 申請號: 201010156522.2
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN102214517A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 刁維光;李陸玲;蔡喬盈;吳慧屏;陳建仲
• 申請（專利權）人: 德元太陽能科技股份有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48;H01G9/042
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜

技術領域

本發明是關于一種大面積太陽能電池的制造方法，尤其是關于一種利用電化學模具制造大面積太陽能電池的方法及其電化學模具結構。

背景技術

近年來全球奈米科技的發展方興未艾，不少奈米材料的成功開發應用著實改善了人們的生活質量，也開創了無限商機。由于TiO₂具有寬能帶，因此被廣泛應用作為多功能光觸媒。于半導體能階中，氧化鋅雖然與二氧化鈦同樣具有寬能帶，并且氧化鋅也可作為多功能觸媒材料，但其化學穩定性較差(例如，不耐酸性溶液)，因此，大部分的奈米光觸媒材料仍然以二氧化鈦為主，二氧化鈦是目前最被廣泛使用的奈米材料，其在觸媒上的應用功能極多，例如可分解空氣中的毒素與細菌、可凈化水質、應用于建材時可達到防污效果等等，若將其涂布在玻璃上還可利用其親水特性而達到防霧的效果。

二氧化鈦半導體材料的形貌大多是以鈦奈米粒子(nanoparticles)為主，奈米粒子為最早發展也是至今研究最為廣泛的型態。然而，隨著在比表面積上的需求提高，單純的奈米粒子的比表面積已不敷使用，因此吾人積極發展各種形貌的奈米結構。另外，若將二氧化鈦半導體材料應用于電池的電極上，一般預估電荷收集需要10^-4-10^-3秒才能完成，因此，在半導體層材料的設計上，必須提供電子一個直接且方向明確的傳輸途徑，以增加電極的電荷收集效率、提升電子在半導體的傳遞速度、減少電荷重組以及電子在傳輸過程中損耗的機會。對于在半導體材料上的電子傳遞而言，半導體奈米材料的型態影響深遠。由于半導體粒子層為零維(zero-dimensional)結構，所以會導致半導體粒子層的電子擴散方向產生散亂無方向性(random?work)，因而降低電子在此材料中的傳遞速度與生存時間。為增進電子在材料中傳遞的速度與生存時間，吾人陸續發展出一維的奈米結構，例如奈米線(wire)、奈米棒(rod)及奈米纖維(fiber)等結構，以提供電子一個單一方向性的傳輸路徑。

二氧化鈦奈米粉末的制備方法甚多，主要分為氣相凝結法、機械合金法與濕式化學溶液合成法。氣相凝結為奈米粒子材料最早使用的制備方法，其又包含了物理性凝結、化學性反應沉積兩種。物理性凝結法主要是利用熱或其它電子束、電漿、電弧、激光束等高密度能量源將原料于低壓氣氛中熔融蒸發，然后使蒸發的分子冷卻凝固于基材上；而化學性反應沉積法即相似于一般化學氣相沉積薄膜制程，其奈米材料特性可根據化學反應的條件而進行多方調控。機械合金法是以高能量球磨方式進行，即，利用硬度高的球體通過滾動的方式將較大的原料粉末加以擊碎，經過不斷的研磨而使材料達到奈米等級的尺寸大小。濕式化學溶液合成法則包括沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法、噴霧裂解法及電化學制備法等。

濕式化學溶液合成法是最主要的奈米材料制備法，其中噴霧裂解法是目前二氧化鈦奈米粉末商業化的主要制程，此制程可獲得粒徑均一且質量穩定的奈米球體。溶膠凝膠法則多與水熱法并用，其制備是以二氧化鈦的前驅物作為主軸，并搭配不同的接口活性劑而分別獲得奈米線、奈米粒、奈米棒等多樣性的形貌，然后再通過調控其反應的溫度與時間，進而制備出所需的奈米尺寸。是目前取得多樣化奈米結構最常見的方法。電化學制備法則是通過電解液調控電化學反應，可于金屬基材上直接制備金屬氧化物的奈米薄層。目前大面積電極的制作質量極為不穩定，容易導致后續太陽能電池組件的光電轉換效率降低。因此，亟需一種大面積太陽能電池的制造方法，其可制造質量穩定、光電轉換效率高的太陽能電池。

發明內容

依照本發明的一實施樣態可提供一種大面積太陽能電池的制造方法，包含下列步驟：通過使用電化學模具并施予一外加功率，在金屬基板的表面上形成多根半導體奈米管以作為電子傳輸層，并將于其上形成有電子傳輸層的金屬基板作為大面積太陽能電池的陽極；使用第一溫度烘烤奈米管；使用第二溫度進行處理，而使奈米管結晶化；去除位于奈米管的管口的致密層；使奈米管的管內附著半導體奈米顆粒；使光敏染料吸附于奈米管的管壁上；在透明基板上形成透明導電薄膜，并將于其上形成有透明導電薄膜的透明基板作為大面積太陽能電池的陰極；在陰極上形成觸媒層；使用可塑性分子膜將陽極與陰極組裝在一起；以及在陽極與陰極之間填入電洞傳輸層，其中第一溫度低于第二溫度。