專利名稱：染料敏化太陽能電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池的制造方法，能夠縮短染料敏化太陽能電池的制
造工序，節(jié)省生產(chǎn)費用，能夠提高生產(chǎn)率。
背景技術(shù)：
化石燃料枯竭，價格飆升，地球氣候急劇變化，這要求可持續(xù)能源的獲取技術(shù)。其中，太陽能取之不盡，用之不竭，安全性突出，因而倍受關(guān)注。以往，硅太陽能電池得到廣泛研究，并已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，但存在單價高昂、經(jīng)濟(jì)性低的問題。近來，染料敏化太陽能電池(DSSC :Dye_Sensitized Solar Cell)作為新一代太陽能電池，其能源轉(zhuǎn)換效率僅次于硅太陽能電池，生產(chǎn)成本低廉，對其的研究如火如荼。一般而言，DSSC由在透明導(dǎo)電基板上涂布吸附了感光性染料分子的納米粒子氧化物形成的半導(dǎo)體電極(以下稱“透明電極”)、在透明導(dǎo)電基板涂布白金或碳形成的對向電極(以下稱“對電極”)以及兩者之間填充的電解質(zhì)層構(gòu)成。染料分子吸收太陽光，生成電子-空穴對(electron-hole pair)。以往，染料敏化太陽能電池一般按如下方法制作。在透明電極基板上涂布納米粒子氧化物，燒結(jié)后，將其浸于感光性染料溶液中，使染料吸附于涂布的納米粒子氧化物。在透明電極或?qū)﹄姌O上加工用于注入電解質(zhì)的注入孔
(16)。在上述兩電極層疊后粘接，通過上述注入孔(16)注入電解質(zhì)后，封閉注入孔(16)。 圖I是按如上所述制作的染料敏化太陽能電池的豎直截面圖。但是，這種電解質(zhì)注入方法追加了用于加工注入孔的工序，因此，不僅存在生產(chǎn)單價上升的問題，而且，如圖I所示，由于注入孔封閉材料(17)，造成太陽能電池本身厚度增加，電極表面不均一。

發(fā)明內(nèi)容
為解決如上問題，本發(fā)明要實現(xiàn)的技術(shù)課題是提供一種染料敏化太陽能電池的制造方法，可以縮短染料敏化太陽能電池的制造工序，節(jié)省染料敏化太陽能電池的生產(chǎn)費用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案在于為解決前述的課題，本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的制造方法。(I)染料敏化太陽能電池的中間體針對染料敏化太陽能電池，本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的中間體，其特征在于，為使由層疊的透明電極和對電極及密封材料所形成的內(nèi)部空間與外部連通，具有兩電極之間的任意位置呈不密封形態(tài)的敞開結(jié)構(gòu)。當(dāng)上述染料敏化太陽能電池是柵格結(jié)構(gòu)時，上述敞開結(jié)構(gòu)最好在各柵格圖案的兩末端分別形成。上述密封材料可以在由熱可塑性樹脂薄膜、熱固化性樹脂、光固化性樹脂或玻璃組成物構(gòu)成的群中選擇。
(2)染料敏化太陽能電池的制作方法并且，本發(fā)明涉及由前述的染料敏化太陽能電池的中間體制造染料敏化太陽能電池的方法，包括如下步驟(A)在透明導(dǎo)電基板上涂布納米粒子氧化物并燒結(jié)，制作pre-透明電極的步驟；(B)制作對電極的步驟；(C)利用上述兩電極及密封材料制作具有第I項或第2項的敞開結(jié)構(gòu)的太陽能電池中間體的步驟；(D)通過上述中間體的敞開結(jié)構(gòu)注入感光性染料分子溶液，使染料分子吸附于上述納米粒子氧化物的步驟；(E)通過上述敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)后封閉敞開結(jié)構(gòu)的步驟。其中，染料分子的吸附要在工序的后期完成。并且，本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池的制造方法，包括如下步驟(A)在透明導(dǎo)電基板上涂布納米粒子氧化物并燒結(jié)，制作pre-透明電極的步驟；(B)使感光性染料分子吸附于燒結(jié)的納米粒子氧化物的步驟；(C)制作對電極的步驟；(D)利用上述兩電極及密封材料制作具有第I項或第2項的敞開結(jié)構(gòu)的太陽能電池中間體的步驟；(E)通過上述敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)后封閉敞開結(jié)構(gòu)的步驟。該方法是在工序的前期，即在制作透明電極時執(zhí)行染料分子的吸附，可以適用于染料吸附后不要求高溫處理的情況。在上述步驟(E)中，使用熱可塑性樹脂薄膜、熱固化性樹脂、光固化性樹脂或玻璃組成物等封閉敞開結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種新結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池的制造方法， 針對染料敏化太陽能電池的制造，無需加工用于注入電解質(zhì)的注入孔，因此，太陽能電池的制造工序縮短，具有節(jié)省生產(chǎn)費用的效果，可以提高生產(chǎn)率，可以降低因注入孔加工而造成的太陽能電池制造不合格率。并且，根據(jù)本發(fā)明，沒有在電解質(zhì)注入后因封閉注入孔而發(fā)生的太陽能電池厚度變化，可以制造厚度及表面均一的染料敏化太陽能電池。


圖I是以往形成了用于注入電解質(zhì)的注入孔的染料敏化太陽能電池的豎直截面圖。
圖2是顯示本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中間體一個實施例的附圖。
圖3是在染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電基板上形成了金屬柵格的中間體示例的透視圖。
圖4是顯示利用本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中間體敞開結(jié)構(gòu)注入染料分子的一個裝置示例的附圖。
圖中主要部分的符號說明
11 :透明電極12:對電極
13:敞開結(jié)構(gòu)14:密封材料
15 :金屬柵格16:注入孔
17 :注入孔封閉材料18:納米粒子氧化物
具體實施例方式
下面通過附圖，對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)說明。但是，這些附圖及說明僅僅是用于更容易說明本發(fā)明的技術(shù)思想內(nèi)容與范圍的示例而已，并非以此限定或變更本發(fā)明的技術(shù)范圍。并且，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以基于這些示例，在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)，進(jìn)行多種變形與變更。由于本發(fā)明不是涉及染料敏化太陽能電池的具體構(gòu)成成份，因此不具體提及基板的種類、納米粒子氧化物的種類和特性、感光染料的種類和特性、對電極本身結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)的性狀和種類等。在本發(fā)明中，所謂“pre-透明電極”，是指感光性染料分子吸附于納米粒子氧化物之前的透明電極。圖2是顯示本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中間體一個實施例的附圖，為使由層疊的透明電極(11)和對電極(12)及密封材料(14)形成的內(nèi)部空間與外部連通，具有兩電極之間的任意位置呈不密封形態(tài)的敞開結(jié)構(gòu)(13)，其中，A是上述中間體的豎直截面圖，B是上述中間體的水平截面圖。如圖2的B所示，本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的中間體具有敞開結(jié)構(gòu)(13)，在利用密封材料(14)封閉透明電極(11)與對電極(12)的過程中，通過在任意位置不涂布密封材料(14)，從而形成敞開結(jié)構(gòu)(13)。染料溶液或電解質(zhì)通過上述敞開結(jié)構(gòu)(13)注入。從圖2的A中可以確認(rèn)，本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中間體沒有因注入孔封閉材料造成的電極基板表面突出的現(xiàn)象，具有均一的電極表面。另一方面，在串聯(lián)結(jié)構(gòu)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)的格子型(或柵格型)染料敏化太陽能電池中， 諸如為降低透明導(dǎo)電基板的電阻而在透明導(dǎo)電基板上形成金屬柵格(grid)，或在基板上形成金屬柵格(15)后，在其上涂布透明導(dǎo)電薄膜，這種情形也可以適用本發(fā)明的中間體(圖 3)。此時，如圖3所示，敞開結(jié)構(gòu)(13)最好是在各柵格圖案的兩末端分別形成。由于本發(fā)明并不是涉及格子型(或柵格型)染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)本身，因此省略對其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)說明。在本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的中間體中，與透明電極(11)及對電極(12)共同形成內(nèi)部空間的密封材料(14)可以使用在以往染料敏化太陽能電池的制造工序中用于粘接兩電極的多種材料，即，可以使用熱可塑性樹脂薄膜、熱固化性樹脂、光固化性樹脂或玻璃組成物等。其中，當(dāng)使用玻璃組成物時，具有可以極大提高染料敏化太陽能電池的耐久性及長期穩(wěn)定性的效果。但是，玻璃組成物中含鉛(Pb)的玻璃組成物在熱處理過程中，會對對電極(12)產(chǎn)生不良影響，造成電池效率下降，因此最好使用不含鉛的無鉛玻璃組成物。對于使用無鉛玻璃組成物的染料敏化太陽能電池的制造方法，已經(jīng)通過專利申請第 10-2009-14755號進(jìn)行了申請。本發(fā)明的染料敏化太陽能電池的制造方法大體包括“制作透明電極步驟一制作對電極步驟一制作染料敏化太陽能電池中間體步驟一注入電解質(zhì)步驟一封閉上述中間體敞開結(jié)構(gòu)步驟”，根據(jù)吸附染料分子的時間，可以分為稍有不同的兩種制造方法。①在制造染料敏化太陽能電池中間體前吸附的情形制作透明電極后，根據(jù)通常的方法，使感光性染料分子吸附于納米粒子氧化物。S卩，此種情形的染料敏化太陽能電池的制造方法包括如下步驟(A)在透明導(dǎo)電基板上涂布納米粒子氧化物(18)并燒結(jié),制作pre-透明電極的步驟；(B)使感光性染料分子吸附于燒結(jié)的納米粒子氧化物(18)的步驟；(C)制作對電極的步驟；(D)利用上述兩電
5極基板及密封材料制作具有敞開結(jié)構(gòu)的太陽能電池中間體的步驟；(E)通過上述敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)后封閉敞開結(jié)構(gòu)的步驟。此時，上述(D)的制作太陽能電池中間體的步驟最好利用激光處理完成。②在制造染料敏化太陽能電池中間體后吸附的情形并且，在制作染料敏化太陽能電池的中間體后，在通過上述中間體的敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)之前，可以先注入感光性染料分子溶液，使染料分子吸附于上述納米粒子氧化物。S卩，此種情形的染料敏化太陽能電池的制造方法包括如下步驟(A)在透明導(dǎo)電基板涂布納米粒子氧化物(18)并燒結(jié)，制作pre-透明電極的步驟；(B)制作對電極的步驟；(C)利用上述兩電極基板及密封材料制作具有敞開結(jié)構(gòu)的太陽能電池中間體的步驟；
(D)通過上述中間體的敞開結(jié)構(gòu)注入感光性染料分子溶液，使染料分子吸附于上述納米粒子氧化物(18)的步驟；(E)通過上述敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)后，封閉敞開結(jié)構(gòu)的步驟。本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中間體的敞開結(jié)構(gòu)是非常狹窄的結(jié)構(gòu)。因此，在上述步驟(D)中，如果利用普通的方法，即，如上述①所述，將太陽能電池中間體浸于染料溶液中，使染料溶液通過敞開結(jié)構(gòu)流入上述中間體內(nèi)部空間，如果以這種方法吸附染料分子， 染料溶液流入內(nèi)部空間不但本身并不容易，而且，難以實現(xiàn)染料分子均一吸附。因此，在上述步驟(D)中，通過敞開結(jié)構(gòu)注入感光性染料分子溶液的方法更具體而言，最好包括以下步驟步驟(i)，通過上述敞開結(jié)構(gòu)，使感光性染料分子溶液流入內(nèi)部空間，使染料分子吸附于透明導(dǎo)電基板上涂布的納米粒子氧化物；步驟(ii)，染料分子吸附完成后，通過上述兩側(cè)的開口部，使清洗溶液流入上述封閉的基板內(nèi)部，去除未被吸附的染料分子。圖4是顯示利用這種方法注入染料分子的裝置的附圖。染料分子溶液可以使用泵或真空減壓方式，自上而下、自下而上或水平流入。此時，為防止染料分子溶液浪費，提高作業(yè)效率，最好使感光性染料分子溶液循環(huán)。并且，當(dāng)反復(fù)循環(huán)時，最好使染料分子的濃度調(diào)節(jié)為恒定。另一方面，在去除未吸附的染料分子后，最好通過上述敞開結(jié)構(gòu)，使干燥熱風(fēng)在內(nèi)部空間循環(huán)，蒸發(fā)清洗溶液，在短時間內(nèi)去除殘留的清洗溶液。通過敞開結(jié)構(gòu)向太陽能電池中間體的內(nèi)部空間注入電解質(zhì)的方法最好也使用上述方法。向由兩電極及密封材料形成的太陽能電池內(nèi)部空間注入染料溶液及電解質(zhì)的方法已經(jīng)由本發(fā)明申請人申請了專利，專利申請第10-2009-21406號(2009. 3. 13)。根據(jù)這種方法，在未吸附染料分子的pre-透明電極和對電極被密封材料封閉之后，吸附感光性染料分子。因此，在染料分子吸附之前步驟中的熱處理完全不影響太陽能電池的性能，所以，直到制作上述染料敏化太陽能電池中間體之前的過程可以由從業(yè)者根據(jù)便利，恰當(dāng)?shù)剡x擇熱處理或激光處理等方法使用。于是，獲得染料分子未分解的完好的染料敏化太陽能電池。工業(yè)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，太陽能電池的制造工序縮短，具有節(jié)省生產(chǎn)費用的效果，可以提高生產(chǎn)率，可以降低因注入孔加工而造成的太陽能電池制造不合格率。并且，沒有在電解質(zhì)注入后因封閉注入孔而發(fā)生的太陽能電池厚度變化，可以制造厚度及表面均一的染料敏化太陽能電池。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(A)在透明導(dǎo)電基板上涂布納米粒子氧化物并燒結(jié)，制作pre-透明電極的步驟；(B)制作對電極的步驟；(C)制作太陽能電池中間體的步驟，為使由上述兩電極及密封材料形成的內(nèi)部空間與外部連通，太陽能電池中間體具有兩電極之間的任意位置不密封狀態(tài)的敞開結(jié)構(gòu)；(D)通過上述中間體的敞開結(jié)構(gòu)注入感光性染料分子溶液，使染料分子吸附于上述納米粒子氧化物的步驟；(E)通過上述敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)后封閉敞開結(jié)構(gòu)的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于對在上述染料敏化太陽能電池的透明導(dǎo)電基板形成金屬柵格的情形，上述敞開結(jié)構(gòu)在各柵格圖案的兩末端分別形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于在上述步驟(E)中，使用從熱可塑性樹脂薄膜、熱固化性樹脂、光固化性樹脂或玻璃組成物所構(gòu)成的群中選擇的某一種，對敞開結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉。
4.一種染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(A)在透明導(dǎo)電基板上涂布納米粒子氧化物并燒結(jié)，制作pre-透明電極的步驟；(B)使感光性染料分子吸附于燒結(jié)的納米粒子氧化物的步驟；(C)制作對電極的步驟；(D)制作太陽能電池中間體的步驟，為使由上述兩電極及密封材料形成的內(nèi)部空間與外部連通，太陽能電池中間體具有兩電極之間的任意位置不密封狀態(tài)的敞開結(jié)構(gòu)；(E)通過上述敞開結(jié)構(gòu)注入電解質(zhì)后封閉敞開結(jié)構(gòu)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于對在上述染料敏化太陽能電池的透明導(dǎo)電基板上形成金屬柵格結(jié)構(gòu)的情形，上述敞開結(jié)構(gòu)在各柵格圖案的兩末端分別形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其特征在于在上述步驟(E)中，使用從熱可塑性樹脂薄膜、熱固化性樹脂、光固化性樹脂或玻璃組成物所構(gòu)成的群中選擇的某一種，對敞開結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池的制造方法，更具體而言，涉及一種利用了中間體的染料敏化太陽能電池的制造方法，為使由層疊的透明電極和對電極及密封材料形成的內(nèi)部空間與外部連通，中間體具有兩電極之間的任意位置不密封狀態(tài)的敞開結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種染料敏化太陽能電池的制造方法，針對染料敏化太陽能電池的制造，無需加工用于注入電解質(zhì)的注入孔，因此，太陽能電池的制造工序縮短，具有節(jié)省生產(chǎn)費用的效果，可以提高生產(chǎn)率，可以降低因注入孔加工而造成的太陽能電池制造不合格率。并且，根據(jù)本發(fā)明，沒有在電解質(zhì)注入后因封閉注入孔而發(fā)生的太陽能電池厚度變化，可以制造厚度及表面均一的染料敏化太陽能電池。
文檔編號H01L31/042GK102598294SQ200980159435
公開日2012年7月18日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者趙顯乘, 金崗范, 陳昌鎬 申請人:株式會社世元