[發明專利]具除水機制的染料敏化太陽能電池

無效

• 申請號: 201010180994.1
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN102243923A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 陳建清;謝坤龍;劉念慈
• 申請（專利權）人: 福盈科技化學股份有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/035;H01G9/04;H01G9/042;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾

技術領域

本發明關于用于電化學裝置的除水機制，尤指用于染料敏化太陽能電池的除水機制。

背景技術

在能源耗竭與環境保護的雙重難題下，太陽能是極具潛力的綠色能源。由于硅晶太陽能電池的成本昂貴，使得具有低成本發電組件的染料敏化太陽能電池(dye-sensitized?solar?cell，DSSC)的技術開發逐漸受到重視。

請參閱圖1，染料敏化太陽能電池100的主要內部結構包含工作電極(陽極)110、對電極(陰極)120、電解質130。該陽極110包含導電基板111和接收太陽光能量的感光層112，而陰極120則包含導電基板121以及適當厚度的觸媒層122。前述導電基板111、121視其基材113、123材質而定，例如：若前述基材113、123為非導電或導電性較差的材料，可分別于基材113、123上設有由導電材料所構成的導電層114和124。感光層112含有表面吸附有光激發染料的光電極材料，而電解質130的主要成分為含碘及碘離子的有機溶液。

由于染料敏化太陽能電池的結構簡單，因此若使用塑料或鈦板作為基材113、123，所制成的染料敏化太陽能電池便得以具有可撓特性，而適合于更多用途。除此之外，基材113、123亦可為玻璃材質。

簡單來說，染料敏化太陽能電池的工作原理是：(1)感光層中的光電極材料受光子激發，使其中的染料成為氧化態并產生電子/電洞；(2)電子導入導電基板的導電材料中，并經額外的金屬布線和外部電路傳遞出去；(3)通過電解質中的氧化還原對將氧化態的染料還原至基態；及(4)通過外部電路所獲得的電子于陰極上還原氧化還原對。

染料敏化太陽能電池屬于電化學裝置，其中易吸附水的電解質的化學特性容易受到水的破壞，而感光層中光電極材料上的染料也會受水的影響而脫附。此外，水在電化學裝置的操作中被水解而產生的氣體(如氧氣和氫氣)，也會影響離子于系統中的傳輸阻力，造成光電轉換效率的衰減。

傳統上為了防止水分進入染料敏化太陽能電池中，會在導電基板的外側以真空鍍膜或表面精密涂布技術的方式，布植單層或多層的阻水層，以降低水分進入電池內的速率，而延長電池的使用壽命。然而，設置了該阻水層的同時，染料敏化太陽能電池不僅喪失了可撓曲的特質，也降低了光穿透度。并且設置阻水層也意味著生產成本的增加。據此，于整體染料敏化太陽能電池的發展上，目前的防水機制并不完善。

發明內容

據此，本發明的目的是提供一種供染料敏化太陽能電池使用的除水機制，借著吸水劑的使用，可有效降低水對電池的影響，增加電池操作壽命。

為達到上述目的，本發明提供一種染料敏化太陽能電池的電解質，其包含90-99.999wt％的含碘及碘離子的有機溶劑；及0.001-10wt％的吸水劑。

在本發明提供的上述電解質中，優選地，上述有機溶劑為乙腈(acetonitrile)、3-甲氧基丙腈(3-methoxypropionitrile)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone)、二甲基甲酰胺(N，N’-dimethylformamide)、二甲基乙酰胺(N，N’-dimethylacetamide)或二甲基亞砜(dimethylsulfoxide)。

本發明另提供一種染料敏化太陽能電池的光電極材料，其包含：90-99.999wt％的半導體納米顆粒；及0.001-10wt％的吸水劑。

本發明又提供一種染料敏化太陽能電池的工作電極，其包含：一導電基板；一感光層，其設置于上述導電基板之上；及一吸水劑層。

在本發明提供的上述工作電極中，優選地，上述感光層含有本發明提供的上述的光電極材料。

在本發明提供的上述工作電極中，優選地，上述吸水劑層是設置于上述感光層之上；和/或設置于上述導電基板之上，且上述感光層覆蓋于該吸水劑層之上。

在本發明提供的上述工作電極中，優選地，上述吸水劑層的起始材料包含：0.001-50wt％的吸水劑；0.01-1wt％的分散劑：1-20wt％的粘結劑；及98.989-19wt％的溶劑。

在本發明提供的上述工作電極中，優選地，上述分散劑為陽離子型分散劑、陰離子型分散劑、非離子型分散劑、兩性型分散劑或其組合。

在本發明提供的上述工作電極中，優選地，上述粘結劑為聚乙二醇、聚丙烯酸或乙烯纖維素。

在本發明提供的上述工作電極中，優選地，上述溶劑為醇類；更優選地，為松油醇、乙醇或異丙醇。