專利名稱：太陽(yáng)能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的諸多方面涉及太陽(yáng)能電池及其制造方法，尤其涉及具有高能量效率的太陽(yáng)能電池及其制造該太陽(yáng)能電池的方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池通常利用太陽(yáng)能這樣一種不會(huì)枯竭的能源來(lái)產(chǎn)生電能，因而有利于保護(hù)環(huán)境。典型的太陽(yáng)能電池包括硅太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池等等。
太陽(yáng)能電池一般都具有第一電極和第二電極，其中，第一電極具有形成在其表面上的染料吸收多孔膜，而第二電極面對(duì)第一電極且在兩者之間具有預(yù)定的間距。與硅太陽(yáng)能電池相比，染料敏化太陽(yáng)能電池可以簡(jiǎn)單的工藝步驟和較低的生產(chǎn)成本來(lái)生產(chǎn)。此外，由于在染料敏化太陽(yáng)能電池中的第一和第二電極都采用透明材料制成，所以染料敏化太陽(yáng)能電池可以用于建造建筑物或者暖房的外墻。
然而，染料敏化太陽(yáng)能電池所具有的光電轉(zhuǎn)換效率低于硅太陽(yáng)能電池，并且在一些特殊實(shí)際應(yīng)用中受到限制。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)提出應(yīng)該增加第二電極的反射率或者應(yīng)該使用光散射顆粒，但是所建議的方法只是在一定程度上提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。就此而言，就需要開(kāi)發(fā)增強(qiáng)染料敏化太陽(yáng)能電池以及其它類型太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的諸多方面提出了一種具有增強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池以及制造該太陽(yáng)能電池的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該太陽(yáng)能電池包括基板、形成在基板上的電極以及形成在電極上的光吸收層。在電極和光吸收層之間形成接觸面積擴(kuò)大區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所形成的接觸面積擴(kuò)大區(qū)域可具有凹凸部分。特別是，形成接觸孔面積擴(kuò)大區(qū)域的方式可以是，在基板上形成凹凸部分和在基板上形成電極以使電極與基板的凹凸部分相一致，并且在電極上形成光吸收層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電極的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。具有電極的基板表面的粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。特別是，在形成電極之前的基板表面的粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所形成的凹凸部分可以呈臺(tái)階、網(wǎng)孔、劃痕、斑痕或者底層的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，太陽(yáng)能電池包括相互面對(duì)面設(shè)置的第一和第二基板；形成在第一基板上的第一電極；形成在第一電極上的光吸收層；以及形成在第二基板上的第二電極，其中第一電極的表面粗糙度大于第二電極的表面粗糙度。也就是說(shuō)，第一電極的表面粗糙度所具有的均方根大于第二電極的表面粗糙度所具有的均方根。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，制造太陽(yáng)能電池的方法包括形成具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的電極，以及在電極上形成光吸收層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在形成具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的電極中，電極可以形成在具有凹凸部分的基板上。基板的凹凸部分可以通過(guò)機(jī)械刻蝕或者化學(xué)刻蝕來(lái)形成。機(jī)械刻蝕方法可以選用噴沙、拉毛和等離子體刻蝕，而化學(xué)刻蝕可以采用選自硝酸、鹽酸、氫氟酸及其混合物的溶液進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造太陽(yáng)能電池的基板/電極/光吸收層組件的方法包括采用機(jī)械或者化學(xué)刻蝕的方法來(lái)刻蝕基板，以便于在其表面上形成凹凸的部分；在基板的表面上形成電極，使得電極的表面具有與基板表面的凹凸部分相一致的凹凸部分；以及在電極上形成光吸收層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造太陽(yáng)能電池的電極/光吸收層組件的方法包括在基板表面上形成電極和控制形成的工藝條件，使得電極表面粗糙度的均方根為10nm至3000nm；以及在電極上形成光吸收層。
本發(fā)明的其它方面和/或優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下說(shuō)明書得到一定程度的闡述，并且根據(jù)說(shuō)明書而在一定程度上變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐加以理解。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)結(jié)合附圖的下列詳細(xì)描述，對(duì)本發(fā)明將有更為全面的評(píng)價(jià)，并且本發(fā)明許多上述以及其它性能和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖；圖2是根據(jù)圖1所示實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的第一電極表面的原子力顯微鏡(AFM)照片，其中電極具有對(duì)應(yīng)的凹凸部分；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖所圖示說(shuō)明的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)討論本發(fā)明所提出的實(shí)施例，在所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示類同的單元。通過(guò)參照附圖來(lái)描述實(shí)施例以闡釋本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。
如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例諸多方面的太陽(yáng)能電池包括第一基板10和第二基板20，其中，第一基板10具有第一電極11和含有吸收染料40的多孔膜30，而第二電極20以兩者之間具有預(yù)定間距的方式面對(duì)著第一基板10且具有第二電極21，以及設(shè)置在第一基板10和第二基板20之間的電解液50。染料吸收多孔膜30具有在接收入射光后產(chǎn)生電子并將電子傳遞至第一電極11的作用。多孔膜30和吸收染料40可以共同稱之為光吸收層。具有第一電極11和光吸收層的第一基板10可以共同稱之為基板/電極/光吸收層組件。分立的的外殼(未顯示)可以提供于第一基板10和第二基板20的外部。
在該實(shí)施例中，第一基板10的作用是支承第一電極11，它可采用透明材料制成，以便于允許光能夠通過(guò)。第一基板10可以采用玻璃或塑料來(lái)制成。塑料可以選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)和三聚氰酸三烯丙酯(TAC)。但第一基板10不局限于這些材料，并且有可能使用其它材料。
設(shè)置在第一基板10上的第一電極11可以采用銦錫氧化物(ITO)、氟化錫氧化物(FTO)、銻錫氧化物(ATO)、鋅氧化物(ZO)、錫氧化物(TO)、ZnO-Ga2O3和ZnO-Al2O3制成。但第一電極11不局限于這些材料，并且可采用其它材料。第一電極11可以采用基于透明材料的單層結(jié)構(gòu)制成，也可以采用層疊結(jié)構(gòu)制成。
在該實(shí)施例中，接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16形成在第一電極11和多孔膜30之間。接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16是通過(guò)在第一電極11上形成凹凸部分來(lái)制成。更具體的說(shuō)，在第一基板10的表面上形成凹凸部分，以及在第一基板的粗糙表面上形成第一電極11。第一電極11與第一基板10的表面相一致，使得第一電極11的表面也具有凹凸部分。
具有凹凸部分的第一基板10表面上的表面粗糙度的均方根(Rms)為10nm至3000nm。由于第一電極11與第一基板10的表面相一致，所以在具有多孔膜30的第一電極11表面上的表面粗糙度的均方根也為10nm至3000nm。但一般來(lái)說(shuō)這并不是必要的，可以在其表面上沉積電極11之前或者在還沒(méi)有第一電極的情況下，確定第一基板10的表面粗糙度，并且可以在其表面形成光吸收層之前或者在還沒(méi)有光吸收層的情況下測(cè)量第一電極的表面粗糙度。當(dāng)然，也可以在其它條件下來(lái)確定表面粗糙度。
實(shí)際上，形成具有表面粗糙度的Rms小于10nm的凹凸部分是有困難的。另一方面，當(dāng)表面粗糙度的Rms超過(guò)3000nm時(shí)，就會(huì)降低光的透射率并劣化能量效率，其程度將抵消通過(guò)增加接觸面積而獲取的效率提高。此外，如果表面粗糙度的Rms不超過(guò)3000nm，就能夠更加有效地進(jìn)行電子傳輸。
在第一基板10和第一電極11上所形成的凹凸部分具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16功能，其在結(jié)構(gòu)上使得第一電極11和多孔膜30之間的接觸面積擴(kuò)大。所形成的凹凸部分可以呈臺(tái)階、網(wǎng)孔、劃痕、斑痕、底層的形狀或其它的形狀。
多孔膜30可以設(shè)置或形成在第一電極11上。多孔膜30包括金屬氧化物顆粒31，該顆粒具有納米級(jí)平均顆粒直徑。金屬氧化物顆粒31可以包括氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鍶、氧化銦、氧化銥、氧化鑭、氧化釩、氧化鉬、氧化鎢、氧化鈮、氧化鎂、氧化鋁、氧化釔、氧化鈧、氧化釤、氧化鎵或者氧化鍶銦。例如，多孔膜30的金屬氧化物顆粒31可以包括氧化鈦(TiO2)。但金屬氧化物顆粒31不局限于這些材料，并且有可能采用其它材料。
作為一個(gè)非限制性實(shí)例，具有納米級(jí)平均顆粒直徑的金屬氧化物顆粒31可以在合適的孔隙率和表面粗糙度下均勻地分布以形成多孔膜30。
為了提高多孔膜30的性能特性，可以將聚合物(未顯示)、導(dǎo)電性微顆粒(未顯示)和光散射顆粒(未顯示)加入多孔膜30。
聚合物可以加入多孔膜30以增加多孔膜30的孔隙率、擴(kuò)散率和粘度，從而有助于薄膜的形成和粘合。聚合物可以選自聚乙二醇(PEG)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。但聚合物并不局限于這些材料，并且有可能采用其它材料。聚合物分子量的選擇要考慮多孔膜30的形成方法和條件。
導(dǎo)電性微顆粒可以加入多孔膜30，以增強(qiáng)受激發(fā)電子的遷移率。例如，導(dǎo)電性微顆?？梢园ㄣ熷a氧化物。但導(dǎo)電性微顆粒并不局限于這些材料，并且可采用其它材料。
光散射顆?？梢约尤攵嗫啄?0以延伸太陽(yáng)能電池中的光路，從而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。光散射顆?？梢圆捎门c多孔膜30所采用的金屬氧化物顆粒31相同的材料制成。但光散射顆粒并不局限于這些材料，并且可采用其它材料。光散射顆粒較佳的是具有100nm或大于100nm的平均顆粒直徑，以便于有效的散射光。
染料40吸收在多孔膜30的金屬氧化物顆粒31的表面上，以吸收外部的光和激發(fā)電子。染料40可以采用包含鋁(Al)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銪(Eu)、鉛(Pb)或銥(Ir)的金屬絡(luò)合物或者采用釕(Ru)絡(luò)合物來(lái)制成。釕(Ru)屬于鉑族，并且含有釕的染料通常都可以用作為有機(jī)金屬絡(luò)合物混合物。但金屬絡(luò)合物并不局限于這些材料，并且可采用其它材料。
此外，也可以選擇能夠改善長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光的吸收以提高光電轉(zhuǎn)換效率和/或能夠容易發(fā)射電子的染料。例如，可以可采用有機(jī)染料。有機(jī)染料可以單獨(dú)使用或者和金屬絡(luò)合物一起使用，例如，以上所提到的釕絡(luò)合物。有機(jī)染料可以選自香豆素、卟啉、氧雜蒽、核黃素和三苯甲烷。但有機(jī)染料并不局限于這些材料，并且可采用其它材料。
在組裝太陽(yáng)能電池時(shí)面對(duì)著第一基板10的第二基板20支承第二電極21并且采用透明材料制成。第二基板20可以采用玻璃或者塑料來(lái)制成。塑料可以選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亞胺和三聚氰酸三烯丙酯。但第二基板20并局限于這些材料，并且可使用其它材料。
形成在第二基板20上的第二電極21面對(duì)著第一電極11并包括透明電極21a和催化劑電極21b。
透明電極21a可以采用透明材料來(lái)制成，例如，銦錫氧化物、氟化錫氧化物、銻銦氧化物、氧化鋅、氧化錫、以及ZnO-Ga2O3和ZnO-Al2O3。但透明電極21a并不局限于這些材料，并且可采用其它材料。透明電極21a可以采用基于透明材料的單層結(jié)構(gòu)來(lái)制成，也可以采用層疊結(jié)構(gòu)來(lái)制成。催化劑電極21b激活氧化還原耦合，并且可以采用鉑、釕、鈀、銥、銠、鋨、碳、WO3或TiO2來(lái)制成。但催化劑電極21b并不局限于這些材料，并且可采用其它材料。
在該實(shí)施例中，在第二電極21上并沒(méi)有形成起著接觸面積擴(kuò)大區(qū)域作用的凹凸部分，因此第一電極11的表面粗糙度大于第二電極21的表面粗糙度。也就是說(shuō)，第一電極11的表面粗糙度的Rms設(shè)定為大于第二電極21的表面粗糙度的Rms。第二電極21的表面粗糙度的Rms可以小于10nm。
第一基板10和第二基板20可以使用粘結(jié)劑61相互粘結(jié)在一起。電解液50通過(guò)形成在第二基板20和第二電極21上的小孔25a注入到第一電極11和第二電極21之間的內(nèi)部。電解液50均勻地?cái)U(kuò)散到多孔膜30中。電解液50可以包括含有碘化物和三碘化物的溶液。電解液通過(guò)還原和氧化作用接收來(lái)自第二電極21的電子并將電子轉(zhuǎn)移給染料40。形成在第二基板20和第二電極21上的小孔25a可以采用粘結(jié)劑62和封口玻璃63來(lái)密封。
電解液50并不局限于本文所討論的液體電解液。例如，電解液50可以是其它形式的，例如，凝膠體或固體電解液，只要能夠使電解液存在于第一電極11和第二電極21之間即可。
當(dāng)諸如太陽(yáng)光之類的外部光射入太陽(yáng)能電池內(nèi)部時(shí)，光子就會(huì)吸收到染料中，使得染料從一個(gè)非激活狀態(tài)進(jìn)入到一個(gè)激發(fā)狀態(tài)從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)。所激發(fā)的電子遷移到用于多孔膜30的金屬氧化物顆粒31的導(dǎo)帶中，并且通過(guò)第一電極11流向外電路(未顯示)以及隨后轉(zhuǎn)移到第二電極21。同時(shí)，由于電解液50中的碘化物氧化成三碘化物，氧化后的染料被還原，并且三碘化物與已經(jīng)到達(dá)第二電極21的電子反應(yīng)，從而還原成碘化物。太陽(yáng)能電池由于電子的遷移作用而工作。
與硅太陽(yáng)能電池不同，染料敏化太陽(yáng)能電池是通過(guò)界面上的反應(yīng)，尤其是在光吸收層的多孔膜30合和電極11之間界面上的反應(yīng)進(jìn)行工作的。因此，改善改該界面的特性是有益的。在該實(shí)施例中，接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16形成在具有凹凸部分的第一基板110和第一電極11上，從而改善其接觸特性。第一電極11和多孔膜30的接觸特性得以改善并增加它們之間的接觸面積，從而改善電子的遷移率和速度。
在該實(shí)施例中，接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16是通過(guò)在第一基板10上形成凹凸部分來(lái)形成的。形成在第一基板10上的第一電極11與第一基板10相一致，使得接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16形成在第一電極11上。換句話說(shuō)，第一電極11的表面具有與第一基板表面相同的凹凸部分。與僅僅只在第一電極11而不是在第一基板10上形成凹凸部分的情況相比，當(dāng)在第一基板10上形成凹凸部分時(shí)，該工藝就容易進(jìn)行并且第一電極11可以避免可能的工藝缺陷。當(dāng)凹凸部分通過(guò)刻蝕方法直接形成在第一電極11上時(shí)，第一電極11可能會(huì)出現(xiàn)所不希望的損傷。
現(xiàn)在將詳細(xì)解釋上述結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的制造方法。
提供由諸如玻璃或塑料之類透明材料所制成的第一基板10。該塑料可以選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亞胺和三聚氰酸三烯丙酯。如上所述，第一基板10并不局限于這些材料，并且可使用其它材料。
之后，通過(guò)機(jī)械刻蝕或者化學(xué)刻蝕在第一基板10上形成凹凸部分。凹凸部分的形成并不局限于這些方法，并且可采用其它方法。機(jī)械刻蝕方法可以采用噴沙、拉毛和等離子體刻蝕方法來(lái)進(jìn)行，而化學(xué)刻蝕可以通過(guò)將基板浸泡在氫氟酸、硝酸、鹽酸或者及其混合物的溶液來(lái)進(jìn)行。其結(jié)果是，第一基板10的表面粗糙度的Rms在10nm至3000nm的范圍內(nèi)。所形成的凹凸部分可以呈臺(tái)階、網(wǎng)孔、劃痕、斑痕底層的形狀或者其它形狀。
通過(guò)濺射、化學(xué)氣相蒸發(fā)沉積(CVD)或者噴霧熱解沉積(SPD)在具有凹凸部分的第一基板10的表面上沉積導(dǎo)電層，從而形成第一電極11。第一電極11的形成并不局限于這些方法，并且可采用其它方法。因?yàn)榈谝浑姌O11相對(duì)較薄，在第一基板10上形成的凹凸部分也出現(xiàn)在第一電極11的表面上。第一電極11的最終的凹凸部分具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域16的功能。通過(guò)形成凹凸部分，第一電極11的表面粗糙度的Rms在10nm至3000nm的范圍內(nèi)。如上所述，第一電極可以由銦錫氧化物、氟化錫氧化物、銻銦氧化物、氧化鋅、氧化錫、ZnO-Ga2O3和ZnO-Al2O3或者其它導(dǎo)電材料所制成。第一電極11可以采用基于透明材料的單層結(jié)構(gòu)來(lái)制成，也可以采用層疊結(jié)構(gòu)來(lái)制成。
含有金屬氧化物顆粒31的漿料涂覆在第一電極11上并進(jìn)行熱處理，從而形成多孔膜30。除了金屬氧化物之外，該漿料還可以含有聚合物、光散射顆粒和導(dǎo)電微顆粒。
漿料的涂覆可以各種方法來(lái)進(jìn)行，包括采用手術(shù)刮刀、絲網(wǎng)印刷、旋涂、噴霧和濕法涂覆。涂覆的方法可以選擇成與所使用的特殊漿料相兼容。另外，如果已經(jīng)選擇了涂覆的特殊方法，則漿料可以選擇成與涂覆的選擇方法相兼容。
如果漿料含有粘結(jié)劑，則可以對(duì)涂覆漿料的電極在450至600℃下進(jìn)行30分鐘的熱處理。另一方面，如果漿料不含有粘結(jié)劑，則可以在200℃或者以下進(jìn)行熱處理。然而，可以根據(jù)漿料的成份來(lái)選擇不同的加熱溫度，并且漿料涂覆電極的加熱溫度并不局限于上述實(shí)例。
之后，將表面形成第一電極11和多孔膜30的第一基板10浸泡在含有溶解染料的酒精溶液中且預(yù)定的一段時(shí)間，從而將染料吸收到多孔膜30中，使之形成光吸收層。
透明電極21a和催化劑電極21b依次形成在第二基板20上，例如，第二基板可由玻璃或者塑料所制成，從而形成第二電極21。第二基板20的材料可以類同于與第一基板10相同，因此省略其詳細(xì)解釋。同樣，透明電極21a的材料可以類同于與第一電極11相同，因此也將省略其詳細(xì)解釋。
催化劑電極21b可以采用諸如鉑、釕、鈀、銥、銠、鋨、WO3、TiO2或碳之類來(lái)制成。催化劑電極21b的形成可以通過(guò)諸如物理蒸發(fā)沉積(例如，電鍍、濺射和電子束沉積)或者濕法涂覆(例如，旋涂、浸涂和流涂)來(lái)完成。例如，當(dāng)催化劑電極21b采用鉑來(lái)形成時(shí)，可以將H2PtC16溶解于諸如甲醇、乙醇和異丙醇(IPA)之類的有機(jī)溶劑中，以便于形成溶液，并且將溶液濕法涂覆在透明電極21a上以及在大氣或者氧氣氛下進(jìn)行400℃的熱處理。
之后，將第一基板10和第二基板20設(shè)置成第一電極11和多孔膜30面對(duì)著第二電極21，并且采用粘結(jié)劑61相互粘結(jié)在一起。粘結(jié)劑61可以由熱塑聚合薄膜(例如，杜邦(DuPont)提供的注冊(cè)商標(biāo)SURLYNTM名下的樹(shù)脂)、環(huán)氧樹(shù)脂或者紫外固化劑制成。當(dāng)粘結(jié)劑61采用熱塑聚合薄膜時(shí)，該熱塑聚合薄膜可以設(shè)置在第一基板10和第二基板20之間，隨后進(jìn)行熱擠壓，從而將第一基板10和第二基板20相互粘結(jié)在一起。
電解液50通過(guò)形成在第二基板20和第二電極21上的小孔25a注入到第一基板10和第二基板20之間的內(nèi)部，并且使用粘結(jié)劑62和封口玻璃63來(lái)密封小孔25a。(如果使用固體或者其它非液體的電解液，則可以在第一基板10和第二基板20封接之前添加電解液。)這樣就完成了太陽(yáng)能電池的制造。分立的外殼(未顯示)提供在第一基板10和第二基板20的外部。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。在該實(shí)施例中，對(duì)與上述實(shí)施例中涉及的結(jié)構(gòu)部件相同或類似的結(jié)構(gòu)部件使用類同的標(biāo)號(hào)，并且僅描述不同的結(jié)構(gòu)。制造太陽(yáng)能電池的方法也基本類似于上述實(shí)施例相關(guān)的方法，因此省略除第一電極形成之外的描述。
在該實(shí)施例中，第一電極110具有沒(méi)有粗糙部分的平坦和平整的表面。凹凸部分形成在第一電極111上從而形成接觸面積擴(kuò)大區(qū)域116。第一電極111通過(guò)濺射、化學(xué)蒸發(fā)沉積或者噴霧熱解沉積來(lái)形成，并且控制工藝條件，使得第一電極111的表面粗糙度具有10nm至3000nm的Rms。
現(xiàn)在籍助于實(shí)例來(lái)具體解釋根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池。該實(shí)例僅僅只用于闡釋本發(fā)明，并不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。
實(shí)例1第一基板可以采用鈉鈣玻璃制成，其尺寸為水平邊2.2cm，垂直邊2.2cm，并且厚度1.1mm。第一基板使用蒸餾水進(jìn)行超聲波清洗。清潔后的第一基板浸泡在含有49wt％氫氟酸的含氫氟酸水溶液中20分鐘并進(jìn)行刻蝕。隨后，使用蒸餾水對(duì)第一基板進(jìn)行超聲波清洗，并采用噴霧熱解沉積的方法在第一基板上沉積厚度為500nm的氧化銦錫層，從而形成第一電極。
含有平均顆粒直徑為7nm至50nm的TiO2顆粒的漿料通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方法涂覆在1cm2區(qū)域的第一電極表面上，并在450℃下進(jìn)行30分鐘的熱處理，從而形成厚度為15微米含有TiO2的多孔膜。
將具有多孔膜和第一電極的第一基板浸泡在釕(4，4-dicarboxy-2，2’-bipyridine)2(NCS)2的0.3mM溶液中24小時(shí)，從而使染料吸收到多孔膜中。吸收染料的多孔膜可以使用乙醇來(lái)清洗。
第二基板可以采用鈉鈣玻璃制成，其尺寸為水平邊2.2cm，垂直邊2.2cm并且厚度1.1mm。第二基板使用蒸餾水進(jìn)行超聲波清洗。在第二基板上形成兩個(gè)小孔。之后，采用噴霧熱解沉積的方法在第二基板上沉積厚度為500nm的氧化銦錫層，從而形成透明電極?；阢K的催化劑電極具有3Ω/sq的表面電阻率，采用濺射的方法形成在透明電極上。
第一和第二基板設(shè)置成使形成在第一電極上的多孔膜面對(duì)第二電極。熱塑聚合物薄膜沉積在第一和第二基板之間，并進(jìn)行熱擠壓，從而將第一和第二基板相互粘結(jié)在一起。電解液通過(guò)形成在第二基板和第二電極上的兩個(gè)小孔注入到在第一和第二基板之間的內(nèi)部，并使用熱塑聚合物薄膜和封口玻璃密封小孔，從而完成太陽(yáng)能電池。電解液以這樣一種溶液為基礎(chǔ)，其中21.928g碘化四丙銨和1.931g碘化物溶解在100ml的80vol％碳酸乙烯酯和20vol％乙腈的混合溶劑中。
實(shí)例2太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板的刻蝕40分鐘之外。
實(shí)例3太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板的刻蝕90分鐘之外。
實(shí)例4太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板的刻蝕150分鐘之外。
實(shí)例5太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板的刻蝕300分鐘之外。
實(shí)例6太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板的刻蝕600分鐘之外。
比較實(shí)例1太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板沒(méi)有進(jìn)行刻蝕之外。
比較實(shí)例2太陽(yáng)能電池采用與實(shí)例1相同的方法來(lái)制成，除了第一基板的刻蝕1200分鐘之外。
對(duì)于根據(jù)實(shí)例2的太陽(yáng)能電池，圖2呈現(xiàn)了具有凹凸部分的第一電極表面的原子力顯微鏡(AFM)照片。從圖2中可知，在具有通過(guò)刻蝕所形成的凹凸部分的第一基板表面上形成的第一電極也同樣具有凹凸部分。可以推測(cè)的是，第一電極和多孔膜之間的接觸面積會(huì)因?yàn)榘纪共糠侄黾印D2僅僅只示出了根據(jù)實(shí)例2的太陽(yáng)能電池的第一電極表面的照片，但是可以預(yù)料其它實(shí)例也可以獲得相同類型的結(jié)果。
對(duì)于根據(jù)實(shí)例1至6以及比較實(shí)例1和2的太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，表面粗糙度的Rms、開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子、光透射率和效率如表1所列。開(kāi)路電壓可由電壓-電流曲線來(lái)評(píng)價(jià)(其中，100mW/cm2的光源可由Si標(biāo)準(zhǔn)電池來(lái)校正)和測(cè)量。為更清楚起見(jiàn)，所列序列根據(jù)表面粗糙度Rms的大小來(lái)排列。
表1

從表1可知，與根據(jù)比較實(shí)例1和2地太陽(yáng)能電池相比較，根據(jù)實(shí)例1至6的太陽(yáng)能電池具有非常高的短路電流和相互類似的填充因子。根據(jù)實(shí)例1至6的太陽(yáng)能電池的短路電流高于根據(jù)比較實(shí)例1和2的太陽(yáng)能電池的短路電流，這里假設(shè)是由于多孔膜和第一電極之間的接觸面積增加所致。因此，與根據(jù)比較實(shí)例1和2的太陽(yáng)能電池相比較，根據(jù)實(shí)例1至6的太陽(yáng)能電池由于高的短路電流而具有優(yōu)良的效率。
隨著表面粗糙度的Rms的增加，光透射率就會(huì)劣化。當(dāng)根據(jù)比較實(shí)例2的太陽(yáng)能電池的表面粗糙度Rms為3200時(shí)，光透射率劣化所致的效率降低會(huì)大于短路電流改善(由接觸面積增加所致)導(dǎo)致的效率增加，因此，總的效率仍會(huì)降低。
如上所述，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明諸多方面的太陽(yáng)能電池，在與光吸收層交界的第一電極上形成接觸面積擴(kuò)大區(qū)域，從而可提高和改善光吸收層和第一電極的接觸特性并增加兩者之間的接觸面積。因此，改善了激發(fā)電子的遷移特性和遷移速度，從而增加短路電流強(qiáng)度并改善太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
這里借助實(shí)施例描述的是形成凹凸部分作為接觸面積擴(kuò)大區(qū)域，但是本發(fā)明并不局限于此。也就是說(shuō)，可以設(shè)置各種不同的結(jié)構(gòu)部件來(lái)增加第一電極和多孔膜之間的接觸面積，并且這些替代實(shí)施例也屬于本發(fā)明的范圍。
以上描述以染料敏化太陽(yáng)能電池作為太陽(yáng)能電池的例子，但本發(fā)明并不局限于此。也就是說(shuō)，所發(fā)明的結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于其它類型的太陽(yáng)能電池。即，具有電極和光吸收層的其它類型的太陽(yáng)能電池也可以具有在電極和光吸收層之間增加的接觸面積擴(kuò)大區(qū)域，并且這種其它類型的太陽(yáng)能電池也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
盡管已經(jīng)顯示和討論了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但是所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可在不背離本發(fā)明的原理和精神的前提下對(duì)實(shí)施例作出各種變化，因此本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等效內(nèi)容定義。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池，包括基板；形成在所述基板上的電極；以及形成在所述電極上的光吸收層；其中，在所述電極和所述光吸收層之間形成接觸面積擴(kuò)大區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述接觸面積擴(kuò)大區(qū)域包括凹凸部分。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的形成方式為，在所述基板上形成凹凸部分，并在所屬基板上形成電極以使所述電極與所述基板的凹凸部分相一致，以及在所述電極上形成所述光吸收層。
4.如權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所形成的所述凹凸部分呈臺(tái)階、網(wǎng)孔、劃痕、斑痕或者底層的形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電極的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述基板的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根，且是在沒(méi)有在其表面形成所述電極時(shí)測(cè)得的。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電極和所述光吸收層之間的所述接觸面積擴(kuò)大區(qū)域提供一個(gè)便于電子從所述光吸收層運(yùn)動(dòng)到所述電極的增強(qiáng)界面。
8.一種太陽(yáng)能電池，包括相互面對(duì)著的第一和第二基板；形成在所述第一基板上的第一電極；形成在所述第一電極上的光吸收層；以及形成在所述第二基板上的第二電極；其中，所述第一電極的表面粗糙度大于所述第二電極的表面粗糙度。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第一電極的表面粗糙度的均方根大于所述第二電極的表面粗糙度的均方根。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第一電極的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
11.如權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，具有第一電極的所述第一基板的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
12.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括形成具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的電極；以及在所述電極上形成光吸收層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的電極包括在具有凹凸部分的基板上形成電極。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通過(guò)機(jī)械刻蝕或者化學(xué)刻蝕形成。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通過(guò)噴沙、拉毛或等離子刻蝕形成。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通過(guò)化學(xué)刻蝕來(lái)形成，進(jìn)行該化學(xué)刻蝕的溶液從由硝酸、鹽酸、氫氟酸及其混合物組成的組中選擇。
17.一種太陽(yáng)能電池的基板/電極/光吸收層組件的制造方法，該方法包括采用機(jī)械或化學(xué)刻蝕方法刻蝕基板，以在其表面上形成凹凸部分；在所述基板表面上形成電極，使得所述電極表面具有與所述基板表面的凹凸部分相一致的凹凸部分；以及在所述電極上形成光吸收層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通過(guò)機(jī)械刻蝕方法來(lái)形成，該機(jī)械刻蝕方法從由噴沙、拉毛或等離子刻蝕組成的組中選擇。
19.如權(quán)利要求17所述方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通過(guò)化學(xué)刻蝕來(lái)形成，進(jìn)行該化學(xué)刻蝕所用的溶液從由硝酸、鹽酸、氫氟酸及其混合物組成的組中選擇。
20.一種太陽(yáng)能電池的電極/光吸收層組件的制造方法，該方法包括在基板的表面形成電極并且控制形成的工藝條件，使得所述電極的表面粗糙度的均方根為10nm至3000nm；以及在所述電極上形成光吸收層。
21.制造權(quán)利要求20所述太陽(yáng)能電池的電極光吸收層組件的方法，其特征在于，在所述基板表面形成所述電極之前，所述基板具有平整的表面。
22.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括形成具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的第一電極；在所述電極上形成光吸收層；以及形成第二電極，其中，所述第一電極的表面粗糙度大于所述第二電極的表面粗糙度。
全文摘要
太陽(yáng)能電池包括基板、形成在基板上的電極以及形成在電極上的光吸收層。在電極和光吸收層之間形成接觸面積擴(kuò)大區(qū)域。太陽(yáng)能電池的形成方式為，形成具有接觸面積擴(kuò)大區(qū)域的電極以及在電極上形成光吸收層。
文檔編號(hào)H01G9/20GK1964079SQ20061014843
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者崔在萬(wàn), 李知爰, 李禾燮, 安光淳, 申炳哲, 樸晶遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社