[發明專利]陣列納米管型太陽能電池薄膜的制作方法

有效

• 申請號: 201010277037.0
• 申請日: 2010-09-07
• 公開（公告）號: CN102403130A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 葉南輝
• 申請（專利權）人: 葉南輝
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術領域

本發明關于一種太陽能電池薄膜的制作方法，特別是指一種利用硅園片制造的陣列納米管型太陽能電池薄膜的制作方法。

背景技術

環顧目前大眾所處的生活環境，由于工業的發展，使得全球的能源正急遽地被消耗。借助許多學者專家調查出來的調查報告，人類逐漸開始意識到自己目前正處于能源嚴重短缺關鍵年代，全球各國無不競相發展無污染且可回收的再生能源。根據美國能源局的估算，自2003年起算，石油、天然氣與煤等的非再生性能源將分別在41年、67年與192年內耗竭。在這樣的情況下，太陽能、風力、地熱、生物能等再生能源技術的開發勢必會越來越受到重視。

在眾多的再生能源技術當中，由于太陽能具有發電過程無污染且無需維持費用的特性，所以目前普遍受世界各國的青睞，因而趨使太陽能電池市場在近幾年快速蓬勃發展。在此前提下，有關太陽能開發議題日漸受到重視，因而驅使許多國家紛紛開始著手推行新能源政策，并實施補助獎勵辦法，以求積極發展與推廣太陽能電池。

依據專家的統計結果顯示，太陽每年輻射至地球的能量約為5.4×10²⁴焦耳，而全世界每年所需的能量約為1.1×10²⁰焦耳；因此，只要人類可充分地利用從太陽輻射至地球的能量的五萬分之一，則人類目前所面臨的許多能源問題馬上便可被迎刃而解。有鑒于此，實有必要積極發展太陽能電池以求紓解能源問題。

環顧現有的太陽能電池的制作技術中，由于濕式太陽能電池的加工簡便且其轉換效率可達10％，顯見其極有可能會成為未來太陽能電池技術的主流。隨著納米技術的發展，人類對各種材料的物理結構與化學特性的掌握逐漸可以延伸到納米的微觀世界。近年來，由于部份專家積極將納米技術的引進到太陽能電池的領域，更是讓太陽能電池的制作技術與效能產生革命性的重大突破，使太陽能產品逐漸能夠符合民生用品的使用需求。

回顧到2001年，太陽能發電量只占全球用電量的0.1％，太陽能產業以每年35～40％的速率持續成長。然而，到了2005年，全球光伏(Photovoltaic)總裝機容量達2200百萬伏特，年發電量約30億仟瓦-小時。預估到2010年底，全球太陽光電市場的規模將超過500億美元。

進一步討論，目前的太陽能電池的種類大致可分為：(1)單/多晶硅太陽能電池(Mono/Polycrystalline?Solar?Cell)；(2)非晶硅/薄膜太陽能電池(Amorphous/Thin?Film?Solar?Cell)；(3)無機半導體(Inorganic?Solar?Cell)；(4)有機高分子太陽能電池(Organic?Solar?Cell)；以及(5)染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized?Solar?Cell；DSSC)。其中，自從瑞士科學家Gratzel于1991年提出其DSSC結構組件以及工作原理以來，許多專家相繼提出多種二氧化鈦(TiO2)薄膜、顆粒、以及納米管(NT，nanotubes)的太陽能制作技術。

以中國臺灣專利第097132538(申請)號(專利名稱為「大面積染料敏化太陽能電池及其熱熔射噴涂制造方法」，以下簡稱「’538號專利案」)為例，其中揭露了一種大面積染料敏化太陽能電池，其包含：一基材，于其上具有二氧化鈦(TiO₂)納米管，以作為電池的陽極；光敏染料，吸附于二氧化鈦納米管的表面；透明導電陰極，相對于陽極而設置，并且在透明導電陰極的表面附著鉑(Pt)納米觸媒層；以及電解液，封裝在陽極與透明導電陰極之間，其中二氧化鈦納米管經由熱熔射噴涂法將鈦(Ti)噴涂于基材的表面上，以產生鈦噴涂層，然后對鈦噴涂層進行陽極處理以及熱處理而加以形成。

關于太陽能電池的陽極板的加工，包含以下步驟：以熱熔射噴涂法將鈦噴涂在基材的表面上，而產生鈦噴涂層；然后對鈦噴涂層進行陽極處理以及熱處理以形成二氧化鈦納米管，借以作為太陽能電池的陽極板。然而，舉凡本領域的技術人員皆可理解，光敏染料與陽極板的二氧化鈦(包含二氧化鈦納米管與未形成二氧化鈦納米管的二氧化鈦)的接觸面積與光電轉換效率息息相關。由于在公知’538號專利案所揭露的技術中，基材不具備排列指向性，而且在噴涂鈦時容易混有雜質而使鈦純度降低等緣故；導致在所制作出的太陽能電池的陽極板上，二氧化鈦納米管分布的密度較為稀疏，且其長度也較短。