[發(fā)明專利]用于制造染料敏化太陽能電池的方法及由此制備的太陽能電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280049927.3
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN104025223B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·林德斯特羅姆;G·菲利
• 申請（專利權(quán)）人: ?？怂垢袢鸬涔煞莨?/a>
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 李躍龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制備包含至少一個具有多孔導(dǎo)電粉末層的電極的染料敏化太陽能電池DSC的方法，并且所述DSC具有改善的電性能。

背景技術(shù)

對于較低成本的光伏太陽能電池存在日益增加的需求。

由M Grtzel等人開發(fā)的染料敏化太陽能電池（DSC）是一種新型的由低成本材料制得的太陽能電池，并且可通過常規(guī)的印刷技術(shù)來制造，例如參見US5084365。

常規(guī)的DSC具有沉積到透明導(dǎo)電襯底上的幾微米厚的多孔TiO₂工作電極層。TiO₂工作電極包含通過在TiO₂顆粒的表面上吸附染料分子（通常為多吡啶基釕絡(luò)合物）來染色的互連的TiO₂顆粒。透明導(dǎo)電襯底通常為沉積到玻璃襯底上的透明導(dǎo)電氧化物（TCO），例如摻有氟的氧化錫（FTO）。還可使用其它類型的TCO材料，例如氧化銦錫（ITO）、或摻有鋁的氧化鋅、或摻有銻的氧化錫。TCO層起到作為后接觸的功能，從染色的TiO₂工作電極提取光致電子。TiO₂電極與電解質(zhì)（通常包含I^-/I₃^-離子對）和另一種透明導(dǎo)電襯底（即對電極）接觸。通常用薄的鉑催化層覆蓋對電極的TCO層。鉑具有強(qiáng)的催化作用，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)。

通常不用TiO₂電極材料沉積導(dǎo)電襯底的邊緣。在邊緣處密封兩種導(dǎo)電襯底，以保護(hù)DSC部件免受周圍的氣氛并防止電池內(nèi)DSC部件的蒸發(fā)或泄漏。

入射的光通過TCO由染色的TiO₂工作電極產(chǎn)生光致電子。TCO具有遮光效果，因為它吸收部分入射的光從而降低光到達(dá)染色的TiO₂工作電極的量。TCO提高的透明度導(dǎo)致較低的導(dǎo)電性，反之亦然。不可能同時具有高透明度和高導(dǎo)電性。

由于透明導(dǎo)電氧化物TCO的低導(dǎo)電性，必須在其間具有間隙的段材（segment）或帶材中沉積該電池。在該間隙中沉積集流體以連接段材或帶材，從而形成太陽能電池模塊。該段材越寬，由于差的TCO導(dǎo)電性因而TCO層中的電子歐姆損耗越大。

并聯(lián)或串聯(lián)地電連接各個電池以分別增強(qiáng)DSC電流或DSC電壓?？墒褂猛鈬O(shè)備例如電纜或焊料在電池外進(jìn)行電連接?；蛘?，可通過以實(shí)現(xiàn)電池所需的并聯(lián)或串聯(lián)連接的方式分布DSC部件，在電池內(nèi)進(jìn)行電連接。

透明導(dǎo)電氧化物TCO的低電導(dǎo)性是一個問題，因為它限制了段材的寬度。另一個問題是，TCO基玻璃是昂貴的并且在DSC建造中使用兩種TCO基玻璃甚至進(jìn)一步增加了成本。為了解決這些問題，已經(jīng)嘗試通過采用使用金屬濺射技術(shù)在TiO₂工作電極上導(dǎo)電金屬層的真空沉積物替換后接觸的TCO基玻璃。因為沉積的濺射金屬層是導(dǎo)電的，所以可用便宜得多的缺乏TCO的玻璃替換TCO基玻璃。

在Yohei Kashiwa,Yorikazu Yoshida和Shuzi Hayase,PHYSICS LETTERS92,033308(2008))中描述了將四腳錐體形ZnO電噴射到TiO₂層上，接著在覆蓋有ZnO的TiO₂層上部濺射鈦金屬。然后，通過ZnO隨后在HCL中的溶解將嵌在鈦層中的四腳錐體形ZnO洗滌掉，以形成足夠多孔的鈦層。鈦層的孔隙率必須是足夠的，以便不因此產(chǎn)生具有電阻損耗的電解質(zhì)離子限制。此外，由于通過鈦層的擴(kuò)散問題，可以緩和染料敏化過程。

Yohei Kashiwa,Yorikazu Yoshida和Shuzi Hayase,PHYSICS LETTERS92,033308(2008))和US2009314339描述了用于增加真空沉積的金屬層的孔隙率的方法。在US2009314339中，在多孔TiO₂層的表面上形成細(xì)顆粒層并且隨后在細(xì)顆粒層的表面上形成導(dǎo)電金屬膜；并且此后通過加熱或溶劑清洗來移除細(xì)顆粒層。金屬層的濺射和真空沉積是不適合于大面積的大規(guī)模生產(chǎn)的非常昂貴和緩慢方法。此外，用這些方法也不可能形成具有足夠厚度和孔隙率的層。

通過在工作電極與入射光相對的一側(cè)上放置后接觸并且以與工作電極接觸的多孔金屬膜形成后接觸，做了其它嘗試來降低后接觸的內(nèi)電阻。