專利名稱：染料敏化太陽能電池的制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的制造方法，更詳細的涉及如下的染料敏化 太陽能電池的制造方法，該方法通過紫外線的照射，不僅可以分解、清除殘留在光電極層的 有機物及污染物，而且組成上述光電極層的物質(zhì)本身起到光催化劑作用，因此，利用紫外線 的照射自然地激發(fā)電子而活化，周邊的H20、O2就會獲得該電子而分解周邊的有機物，在吸 附染料之前清洗光電極層的表面，從而改善吸附效率，并且通過紫外線的照射而活化光電 極層，使吸附變得更容易，另外增加了染料吸附效率，從兩個方面大大地改善了染料吸附效 率，從而可以得到改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的效果。
背景技術(shù)：
1991年瑞士國立洛桑高等技術(shù)學院(EPFL)的邁克爾格萊才爾(Michael Gratzel)的研究小組開發(fā)了染料敏化納米粒子氧化鈦太陽能電池后，進行了很多關于該領 域的研究。染料敏化太陽能電池相比于現(xiàn)有的硅系太陽能電池制造成本顯著低，因此，具有 能夠代替現(xiàn)有的非晶質(zhì)硅系太陽能電池的可能性，并且，與硅系太陽能電池不同，染料敏化 太陽能電池是以能夠通過吸收可見光而生成電子-空穴對的染料分子和傳遞所生成的電 子的過渡金屬氧化物作為主要組成材料的光電化學太陽能電池。一般的染料敏化太陽能電池的單位電池結(jié)構(gòu)具有以下結(jié)構(gòu)以上、下部透明基板 和分別形成在該透明基板的表面的透明導電性氧化物(TCO)所組成的導電性透明電極為 基本，在相當于第一電極的一側(cè)的導電性透明電極上形成有其表面吸附有染料的過渡金屬 氧化物多孔質(zhì)層，在相當于第二電極的另一側(cè)導電性透明電極上形成有催化劑薄膜電極， 在上述過渡金屬氧化物(例如TiO2)多孔質(zhì)電極與催化劑薄膜電極之間填充有電解質(zhì)。即， 染料敏化太陽能電池以在涂布了附著有受到光照而產(chǎn)生電子的染料的光電極(TiO2)材料 的光電極基板與供應電子的催化劑電極基板之間填充給氧化的染料供應電子的電解質(zhì)為 基本而構(gòu)成，這樣的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率由在上述光電極上良好地吸附有 多少染料而將光轉(zhuǎn)換為電來決定。但是，一般情況下，構(gòu)成染料敏化太陽能電池的光電極部的過渡金屬氧化物多孔 質(zhì)層(多孔質(zhì)光電極層)(TiO2)是將TiO2Paste成膜并進行熱處理，不僅除去構(gòu)成漿料的有 機物，而且連接(Iiecking)TiA納米粒子，使從染料注入的電子的移動順暢。但是，在上述過程中，可能在上述多孔質(zhì)光電極層(TiO2)內(nèi)部殘留來自漿料等的 殘留有機物或通過工序而產(chǎn)生污染的部分，此時，在構(gòu)成多孔質(zhì)光電極層的TiO2表面不能 有效地化學吸附染料。因此，迫切需要開發(fā)在包括上述的過渡金屬氧化物多孔質(zhì)層的光電極層能夠更多 更好地吸附染料的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)課題
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供如下的染料敏化太陽能 電池的制造方法，該方法不僅可以分解、清除殘留在光電極層的有機物及污染物，而且通過 組成上述光電極層的物質(zhì)來分解周邊的有機物，在吸附染料之前清洗光電極層的表面，通 過光電極層活化，使吸附變得更容易，增加了染料吸附效率，從而可以得到改善太陽能電池 的光電轉(zhuǎn)換效率的效果。技術(shù)上的解決方案為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池的制造方法，該染料敏 化太陽能電池的制造方法包括形成光電極層并在上述光電極層吸附染料的工序，其特征在 于，還包括在上述吸附染料的工序之前對上述光電極層照射紫外線的步驟。有利的效果根據(jù)本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的制造方法，通過紫外線的照射，不僅可以分 解、清除殘留在光電極層的有機物及污染物，而且組成上述光電極層的物質(zhì)本身起到光催 化劑作用，因此，利用紫外線的照射自然地激發(fā)電子而活化，周邊的H20、02就會獲得該電 子而分解周邊的有機物，在吸附染料之前清洗光電極層的表面，從而改善吸附效率，并且通 過紫外線的照射而活化光電極層，使吸附變得更容易，另外增加了染料吸附效率，從兩個方 面大大地改善了染料吸附效率，從而可以得到改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的效果。
圖1是表示在本發(fā)明的染料敏化太陽能電池制造方法中，在光電極層產(chǎn)生光催化 劑特性時的清洗機理的示意圖。
具體實施例方式以下更詳細地說明本發(fā)明。本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的制造方法是在包括形成光電極層并在上述光電 極層吸附染料的工序的染料敏化太陽能電池的制造方法中，還包括在吸附上述染料的工序 之前對上述光電極層照射紫外線的步驟。參照附圖對此進行詳細說明。S卩，染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)包括涂布了附著有受到光照而產(chǎn)生電子的 染料的光電極(具體可舉出TiO2)材料的光電極基板與供應電子的催化劑電極基板之間填 充給氧化的染料供應電子的電解質(zhì)。因此，一般的染料敏化太陽能電池是以這些具有兩種 功能的基板相互對置的形態(tài)來構(gòu)成。在這里，由上述光電極材料構(gòu)成的光電極部由吸附有受到光照而產(chǎn)生電子的染料 的光電極層及其下部的用于電連接的透明導電性物質(zhì)(TCO)組成，上述光電極層主要由過 渡金屬氧化物η型半導體材料組成，并且是在此吸附有染料的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成上述光電極層的 過渡金屬氧化物(例如TiO2)的平均粒子大小是10 50nm的水平，由它們組成的光電極 層主要由厚度為15μπι左右的薄膜形成，形成比表面積非常大的多孔性薄膜層。因此，是在 這樣形成的寬表面積上化學吸附有染料粒子而使光電轉(zhuǎn)化效果極大化的結(jié)構(gòu)。因此，為了光電效率的極大化，需要染料的大量吸附和牢固的吸附，為此，本發(fā)明 為了活化構(gòu)成光電極部的光電極層、優(yōu)選為在TiO2層使染料著色之前的光電極層、優(yōu)選為TiO2多孔性層而利用如圖1所示的TiO2的光催化劑特性，為此，在吸附上述染料的工序之前 在上述光電極層照射紫外線來活化光電極層，優(yōu)選為TiA層，通過圖1所示的過程起到光 催化劑作用，利用紫外線照射自然地激發(fā)電子而活化，周邊的H20、O2就會獲得該電子而分 解周邊的有機物，在吸附染料之前清洗光電極層的表面的同時，活化光電極層、優(yōu)選為TiA 粒子表面，因此使染料吸附效果極大化，從而改善染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另 外，紫外線本身還具有通常所知的有機物的分解效果，因此可以進一步增加上述的清洗效
: O優(yōu)選地，在剛要進行吸附染料的工序之前進行上述照射紫外線的步驟，則可以維 持活化，并使清洗效果最大化，因此優(yōu)選。S卩，如上述現(xiàn)有技術(shù)中所述，在通常的染料敏化太陽能電池的制造方法中，構(gòu)成光 電極部的多孔質(zhì)光電極層(TiO2)是將TiApaste成膜并進行熱處理，從而不僅除去構(gòu)成漿 料的有機物，而且連接(Iiecking)TiA納米粒子，使從染料注入的電子的移動順暢，但在上 述過程中可能在多孔質(zhì)光電極層(TiO2)內(nèi)部殘留有機物或通過工序產(chǎn)生污染的部分，利用 TiO2的光催化劑作用和UV(紫外線)的光能供給作用及有機物分解效果，在染料吸附工序 之前在多孔質(zhì)光電極層(TiO2)照射紫外線而清除殘留有機物或污染物的同時活化多孔質(zhì) 光電極層來提高染料吸附效率，改善吸附強度，從而改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，在上述本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的制造方法中，除了上述本發(fā)明的技 術(shù)要素以外的制造方法，可以用與通常的制造染料敏化太陽能電池的制造方法的情況相同 或類似的方法來進行，因此省略對此的詳細說明。另外，本發(fā)明提供根據(jù)如上所述的染料敏化太陽能電池的制造方法制造的染料敏 化太陽能電池，所提供的該染料敏化太陽能電池包括通過上述的染料敏化太陽能電池的 制造方法制造的吸附有染料的光電極層組成的光電極，與上述光電極對應的催化劑電極， 將上述光電極和催化劑電極電連接的電解質(zhì)，以及，用上板、下板及密封材料密封上述光電 極、催化劑電極和電解質(zhì)的密封部。在上述本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中，除了上述本發(fā)明的技術(shù)要素以外的染料 敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)可以由與通常的染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)相同或類似的結(jié)構(gòu)構(gòu) 成，因此省略對此的詳細說明。以上說明的本發(fā)明不被前述的詳細說明、實施方式所限定，在不脫離權(quán)利要求書 記載的本發(fā)明的思想及領域的范圍內(nèi)，該技術(shù)領域的技術(shù)人員進行的各種修訂及變更當然 也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的制造方法，通過紫外線的照射，不僅可以分 解、清除殘留在光電極層的有機物及污染物，而且組成上述光電極層的物質(zhì)本身起到光催 化劑的作用，因此，利用紫外線的照射自然地激發(fā)電子而活化，周邊的H20、02就會獲得該 電子而分解周邊的有機物，在吸附染料之前清洗光電極層的表面，從而改善吸附效率，并且 通過紫外線的照射而活化光電極層，使吸附變得更容易，另外增加了染料吸附效率，從兩個 方面大大地改善了染料吸附效率，從而可以得到改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的效果。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池的制造方法，包括形成光電極層并在所述光電極層吸附染 料的工序，其特征在于，還包括在所述吸附染料的工序之前對所述光電極層照射紫外線的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于，所述照射紫 外線的步驟在就要進行吸附染料的工序之前進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于，所述光電極 層是多孔質(zhì)TiO2膜。
4.一種染料敏化太陽能電池，其特征在于，包括通過權(quán)利要求1 3中任一項所述的制造方法制造的吸附有染料的光電極層所組成的 光電極；與所述光電極對應的催化劑電極；將所述光電極和催化劑電極電連接的電解質(zhì)；以及，用上板、下板及密封材料密封所述光電極、催化劑電極和電解質(zhì)的密封部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的制造方法，該染料敏化太陽能電池的制造方法包括形成光電極層并在上述光電極層吸附染料的工序，其特征在于，還包括在上述吸附染料的工序之前對上述光電極層照射紫外線的步驟。由此，通過紫外線的照射，不僅可以分解、清除殘留在光電極層的有機物及污染物，而且組成上述光電極層的物質(zhì)本身起到光催化劑作用，因此，利用紫外線的照射自然地激發(fā)電子而活化，周邊的H2O、O2就會獲得該電子而分解周邊的有機物，在吸附染料之前清洗光電極層的表面，從而改善吸附效率，并且通過紫外線的照射而活化光電極層，使吸附變得更容易，另外增加了染料吸附效率，從兩個方面大大地改善了染料吸附效率，從而可以得到改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的效果。
文檔編號H01L31/042GK102105997SQ200980129600
公開日2011年6月22日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者文炯敦, 樸泰鎮(zhèn), 裵鎬基 申請人:株式會社東進世美肯