專利名稱：：太陽能電池的電解液與染料敏化太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種太陽能電池的電解液(electrolyte)，且特別是涉及一種太陽能電池的電解液與染料敏化太陽能電池(Dye-SensitizedSolarCell，DSSC)。
背景技術(shù)：
：太陽能電池是一種非常有希望的干凈能源，其可直接從陽光產(chǎn)生電(electricity)。不過，必須要有效地降低太陽能電池的生產(chǎn)成本以便使其被廣泛接受而變成主要電源。近年，由Gratzel提出一種所謂的染料敏化太陽能電池(DSSC)，其可以更有效地利用太陽能源，而成為繼硅晶太陽能電池后被視為最有潛力的第三代太陽電池之一。一般而言，染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括分別位于透明導(dǎo)電基板100a和100b上、提供電流流動通路的二氧化鈦(Ti02)工作電極102和Pt對電極104以及傳輸空穴的電解液106。盡管上述染料敏化太陽能電池的架構(gòu)已具備部分商品化條件，但仍有許多問題需要克服。例如一般染料敏化太陽能電池所用的電解液，不外乎利用碘與三碘離子(I3—)作為氧化還原對來還原染料，然而當光通過二氧化鈦工作電極時或是經(jīng)由電解池時，都有部份不能被利用。因此，在光利用率上仍有改進空間。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種太陽能電池的電解液，可再利用被浪費的光，以提供更高的光電轉(zhuǎn)換率。本發(fā)明另提供一種染料敏化太陽能電池(DSSC)，可提高電池的穩(wěn)定性，繼而擴大染料敏化太陽能電池的可用性。本發(fā)明提出一種太陽能電池的電解液，包括含有至少一種發(fā)光物質(zhì)(luminescentmaterial)的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長大于400nm。本發(fā)明另提出一種染料敏化太陽能電池(DSSC)，包括工作電極、對電極以及電解液。其中，對電極相對工作電極配置，而電解液位于工作電極與對電極之間。而且，電解液含有至少一種發(fā)光物質(zhì)，其中所述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波大于400nm。在本發(fā)明的實施例中，上述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長在大于400nm且小于600nm。在本發(fā)明的實施例中，上述發(fā)光物質(zhì)例如是選自8-羥基喹啉鋁(A1Q3)及其衍生物以及Ir(bpy)3所組成的族群中的一種發(fā)光材料。在本發(fā)明的實施例中，上述發(fā)光物質(zhì)包括有機無機混成的發(fā)光材料。在本發(fā)明的實施例中，上述發(fā)光物質(zhì)占所述電解液的總量的1%10%。在本發(fā)明的實施例中，上述電解液包括液態(tài)電解液、膠態(tài)電解液或固態(tài)電解液。在本發(fā)明的實施例中，上述電解液所含的發(fā)光物質(zhì)包括有機化合物或無機化合物。在本發(fā)明的實施例中，上述對電極包括鍍有鉑的透明導(dǎo)電基板。在本發(fā)明的實施例中，上述工作電極包括透明導(dǎo)電基板以及形成于透明導(dǎo)電基板表面的金屬氧化物薄膜，其中金屬氧化物薄膜載有染料。在本發(fā)明的實施例中，上述染料包括釕、鋨、鐵、钷(illinium)、鉬或鋅的金屬絡(luò)合物。在本發(fā)明的實施例中，上述染料包括不含金屬的有機化合物。在本發(fā)明的實施例中，上述金屬氧化物薄膜的材料包括Ti02、Zn0、A1203、Si02或TixAly0z(x=13，y=13，z=16)。在本發(fā)明的實施例中，上述透明導(dǎo)電基板包括透明導(dǎo)電玻璃、塑料基材或金屬基材。本發(fā)明因為在太陽能電池的電解液中添加發(fā)光物質(zhì)，所以可將被浪費的光再次利用，如此使染料可以再次吸收到更多的光，而提高光電轉(zhuǎn)換率。另外，本發(fā)明的發(fā)光物質(zhì)可以抑制電解液中因光而造成的部分副反應(yīng)，因此可以提高電池的穩(wěn)定性，繼而擴大染料敏化太陽能電池的可用性。為了使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種染料敏化太陽能電池的剖面示意圖。圖2是依照本發(fā)明的一實施例的一種染料敏化太陽能電池的剖面示意圖。圖3是依照本發(fā)明的實驗例一與對照例一的電性分析曲線圖。圖4是依照本發(fā)明的實驗例二與對照例二的電性分析曲線圖。圖5是依照本發(fā)明的實驗例三與對照例三的電性分析曲線圖。主要附圖標記說明100a、100b:透明導(dǎo)電基板102:二氧化鈦(Ti02)層104:Pt對電極106:電解液200:染料敏化太陽能電池202:工作電極204:對電極206:電解液208:發(fā)光物質(zhì)210:鉬212、214:透明導(dǎo)電基板216:金屬氧化物薄膜218:間隔件220:入射光222:光照射區(qū)域5224:區(qū)域具體實施方式下文中請參閱附圖來更充分地了解本發(fā)明，其中附圖顯示本發(fā)明的各實施例。不過，本發(fā)明還可用多種不同形式來實踐，且不應(yīng)將其解釋為限于下文所陳述的實施例。實際上，提供這些實施例只是為了使本發(fā)明被披露得更詳盡且完整，同時借此將本發(fā)明的范疇完全傳達至所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員。在附圖中，為明確起見，可能將各層的尺寸以及相對尺寸作夸張的描繪。圖2是依照本發(fā)明的一實施例的一種染料敏化太陽能電池(Dye-SensitizedSolarCell，DSSC)的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的染料敏化太陽能電池200包括工作電極202、對電極204以及電解液206。其中，對電極204相對工作電極202配置，而電解液206是位于工作電極202與對電極204之間。而且，電解液206含有至少一種發(fā)光物質(zhì)(luminescentmaterial)208，其發(fā)射波長大于400nm;舉例來說，發(fā)光物質(zhì)208的發(fā)射波長可以在440460nm之間、在520550nm之間或在580600nm之間。至于電解液206例如是液態(tài)電解液、膠態(tài)電解液或固態(tài)電解液。而發(fā)光物質(zhì)208則可以是有機化合物或無機化合物。在本實施例中，發(fā)光物質(zhì)208占所述電解液206的總量的1%10%。請繼續(xù)參照圖2，在本實施例中的對電極204例如是鍍有鉑210的透明導(dǎo)電基板212;工作電極202例如是一個透明導(dǎo)電基板214以及一層形成于透明導(dǎo)電基板214表面的金屬氧化物薄膜216，其中金屬氧化物薄膜216載有染料。上述染料例如為釕、鋨、鐵、钷、鉑或鋅的金屬絡(luò)合物；或是不含金屬的有機化合物。至于上述金屬氧化物薄膜216的材料例如Ti02、ZnO、Al203、Si02或TixAlyOz(x=13，y=13，z=16)。透明導(dǎo)電基板212與214則可以是透明導(dǎo)電玻璃、塑料基材或金屬基材。而在對電極204和工作電極202之間設(shè)有間隔件(spacer)218，以便封住電解液206。當入射光220向工作電極202入射時，光照射區(qū)域222勢必大于金屬氧化物薄膜218所涵蓋的范圍，因此在其中會有未被利用的入射光(以實心箭號代表)從區(qū)域224直接入射至電解液206中。此時，電解液206所含的發(fā)光物質(zhì)208會吸收這些未被利用的入射光，而發(fā)射波長大于400nm的光(以空心箭號代表)。此外，入射光220就算經(jīng)過金屬氧化物薄膜216也未必會被完全吸收，如UV光。因此，電解液206中的發(fā)光物質(zhì)208同樣會吸收這些未被金屬氧化物薄膜216吸收的光(以實心箭號代表)，而發(fā)射波長大于400nm的光(以空心箭號代表)。此外，雖然在圖2中是以圓形小粒狀表示發(fā)光物質(zhì)208，但是實際上發(fā)光物質(zhì)208是溶解在電解液206中，并因此分布在工作電極202的金屬氧化物薄膜216內(nèi)。另外，由于金屬氧化物薄膜216上吸附的染料可以不同，所以本發(fā)明尚可配合不同的染料、使用發(fā)射波長不同的發(fā)光物質(zhì)，因此可以更有效地調(diào)配其光的利用率，并利用此特性抑制光對電解液206造成的副反應(yīng)，達到高效與穩(wěn)定的染料敏化太陽能電池。以下特舉實例并針對本發(fā)明的含有至少一種發(fā)光物質(zhì)的電解液與未添加發(fā)光物質(zhì)的電解液所作的電性分析進行比較。實驗例一首先，準備一個透明導(dǎo)電基板，再在其上形成一層二氧化鈦(Ti02)層。然后，二氧化鈦層在室溫吸附N719染料約1618小時，所述N719染料為([RuL2(NCS)2]:2TBA，其中L是2，2'-聯(lián)妣啶_4，4'-二羧酸(2，2'-bipyridyl_4，4'-dicarboxylicacid)、TBA是四丁基銨(tetra-n-butylammonium)。然后以乙腈(AN)清洗完畢。接著，將二氧化鈦層(亦即，工作電極)與鍍有鉑(Pt)的對電極組成一個電池，再注入含有發(fā)光物質(zhì)的電解液。其中發(fā)光物質(zhì)是用8-羥基喹啉鋁(Aluminumtris(8-hydroxyquinoline)，又稱A1Q3)，實驗例一中的電解液是由溶解于乙腈中的0.6M1-甲基-3-丙基咪唑鎗碘化物(l-methyl-3-propylimidazoliumiodide,即PMII)/0.05M12/0.1MLiI/0.5MTBP所構(gòu)成，且在10毫升電解液中含有1毫克的發(fā)光物質(zhì)。最后封住電解液注入孔，完成染料敏化太陽能電池的制作。對照例一除了電解液不含發(fā)光物質(zhì)之外，依照實驗例一的步驟完成對照組的染料敏化太陽能電池。圖3是依照上述實驗例(染料敏化太陽能電池中的是內(nèi)含發(fā)光物質(zhì)的電解液)與對照例(染料敏化太陽能電池中的是現(xiàn)有技術(shù)不含發(fā)光物質(zhì)的電解液)的電性分析曲線圖。下表一則為圖3顯示的效率提高數(shù)據(jù)。表一Jsc(mA/cm2)Voc(V)FFri(%)實驗例一16.90.7690.6798.8對照例一14.80.80.7038.3表一中的Jsc是指短路電流(shortcircuitcurrent)、Voc是指開路電壓(opencircuitvoltage)、FF是±真充因子(fill-factor)、n是指能量轉(zhuǎn)換效率(conversionefficiency)。從圖3和表一可知，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)含發(fā)光物質(zhì)的電解液，能提高太陽能電池效率。實驗例二與實驗例一制作電池步驟相同，但注入含有不同濃度8-羥基喹啉鋁(Aluminumtris(8-hydroxyquinoline)，又稱A1Q3電解液；討論發(fā)光物質(zhì)濃度對于電池特性影響。對照例二除了電解液不含發(fā)光物質(zhì)之外，依照實驗例一的步驟完成對照組的染料敏化太陽能電池。圖4是依照本發(fā)明的多重吸附的工作電極與現(xiàn)有技術(shù)單一吸附的工作電極的電性分析曲線圖。下表二則為圖4顯示的效率提高數(shù)據(jù)。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從圖4和表二可知，加入濃度lmg/10ml或10mg/10ml的發(fā)光物質(zhì)，都能提升太陽能電池效率。實驗例三二氧化鈦層涂布方式與實驗例一步驟相同，但染料選擇Z907，同樣注入含有不同濃度8-羥基喹啉鋁(Aluminumtris(8-hydroxyquinoline)，又稱A1Q3電解液；討論發(fā)光物質(zhì)濃度對于電池特性影響。對照例三除了電解液不含發(fā)光物質(zhì)之外，依照實驗例一的步驟完成對照組的染料敏化太陽能電池。圖5是依照本發(fā)明的多重吸附的工作電極與現(xiàn)有技術(shù)單一吸附的工作電極的電性分析曲線圖。下表三則為圖5顯示的效率提高數(shù)據(jù)。表三A1Q3濃度(mg/10ml)Jsc(mA/cm2)v。c(v)FFn(%)實驗例三-1113.300.6990.6736.26實驗例三-2513.100.6890.6515.86實驗例三_31012.100.6860.6395.29對照例三11.600.6700.6705.23從圖5和表三可知，加入濃度不同的發(fā)光物質(zhì)作為Z907染料的電解液，一樣能提升太陽能電池效率。綜上所述，本發(fā)明因為在電解液中添加發(fā)光物質(zhì)，用來吸收未被利用的光，并利用發(fā)光物質(zhì)的發(fā)光特性，繼而發(fā)射波長較長的光，因此可使吸附在二氧化鈦上的染料再次利用發(fā)光物質(zhì)放出來的光，獲得更高的光利用率，達到更高的效率。此外，由于不同染料可以配合不同波長的發(fā)光物質(zhì)，因此可以更有效地調(diào)配其光的利用率，并利用此特性抑制光對電解液造成的副反應(yīng)，達到高效與穩(wěn)定的染料敏化太陽能電池。8雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)可作任意更動與潤飾，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求書所限定的范圍為準。權(quán)利要求一種太陽能電池的電解液，包括含有至少一種發(fā)光物質(zhì)的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長大于400nm。2.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長大于400nm且小于600nm。3.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)是選自8-羥基喹啉鋁及其衍生物以及Ir(bpy)3所組成的族群中的一種發(fā)光材料。4.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)包括有機無機混成的發(fā)光材料。5.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)占所述電解液的總量的1%10%。6.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的電解液，其中所述電解液包括液態(tài)電解液、膠態(tài)電解液或固態(tài)電解液。7.—種染料敏化太陽能電池，包括工作電極；對電極，相對該工作電極配置；以及電解液，位于該工作電極與該對電極之間，其中該電解液含有至少一種發(fā)光物質(zhì)，其中所述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長大于400nm。8.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該電解液所含的該發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長大于400nm且小于600nm。9.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該電解液所含的該發(fā)光物質(zhì)是選自8-羥基喹啉鋁及其衍生物以及Ir(bpy)3所組成的族群中的一種發(fā)光材料。10.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該電解液包括液態(tài)電解液、膠態(tài)電解液或固態(tài)電解液。11.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該電解液所含的該發(fā)光物質(zhì)包括有機化合物或無機化合物。12.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該電解液所含的該發(fā)光物質(zhì)包括有機無機混成的發(fā)光材料。13.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該發(fā)光物質(zhì)占所述電解液的總量的1%10%14.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該對電極包括鍍有鉑的透明導(dǎo)電基板。15.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該工作電極，包括透明導(dǎo)電基板；以及金屬氧化物薄膜，形成于該透明導(dǎo)電基板表面，該金屬氧化物薄膜載有染料。16.如權(quán)利要求15所述的染料敏化太陽能電池，其中所述染料包括釕、鋨、鐵、钷、鉬或鋅的金屬絡(luò)合物17.如權(quán)利要求15所述的染料敏化太陽能電池，其中所述染料包括不含金屬的有機化合物。18.如權(quán)利要求15所述的染料敏化太陽能電池，其中金屬氧化物薄膜的材料包括Ti02、ZnO、Al203、Si02或TixAlyOz，其中x二l3、y二l3及z二16。19.如權(quán)利要求15所述的染料敏化太陽能電池，其中該透明導(dǎo)電基板包括透明導(dǎo)電玻璃、塑料基材或金屬基材。全文摘要一種太陽能電池的電解液，其含有至少一種發(fā)光物質(zhì)的電解液，其中所述發(fā)光物質(zhì)的發(fā)射波長大于400nm。由于太陽能電池的電解液中添加有發(fā)光物質(zhì)，所以原本未被利用的光將被吸收，并利用發(fā)光物質(zhì)的發(fā)光特性，繼而發(fā)射波長較長的光，使太陽能電池再次利用放出來的光，提高光利用率，達到更高的效率。文檔編號H01M14/00GK101728091SQ20081016944公開日2010年6月9日申請日期2008年10月22日優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日發(fā)明者童永梁申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院