專利名稱：染料敏化太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及染料敏化太陽能電池，且特別是涉及一種含金屬量子點(diǎn)的全固態(tài)染 料敏化太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能是眾多替代能源中備受矚目的一種，其具有分布普遍、易于取得、永續(xù)存在 及無污染的特性，目前太陽能已逐漸用以取代現(xiàn)有的非再生能源。太陽能是需由太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能，其是利用特定物質(zhì)被照光時，產(chǎn)生 電子-空穴對，即所謂激子(exciton)，并利用電路引導(dǎo)產(chǎn)生光電流。例如，染料敏化太陽能 電池(DSSC ;dye-SenSitiZed solar cell)是先將金屬半導(dǎo)體氧化物燒結(jié)于導(dǎo)電基板上，再 將染料(光敏物質(zhì))吸附于金屬半導(dǎo)體氧化物表面形成感光的工作電極。感光工作電極和 對電極之間則通過電解質(zhì)來幫助導(dǎo)電。染料敏化太陽能電池中，電解質(zhì)可分為液態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)電解質(zhì)，其中液態(tài)電解 質(zhì)由于材料選擇種類多，且具有高離子導(dǎo)電率及滲透性佳等優(yōu)點(diǎn)。因此，大部分的染料敏化 太陽能電池都是以液態(tài)電解質(zhì)作為有效空穴的傳輸材料，具有較佳的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，液態(tài)電解質(zhì)也具有下列缺點(diǎn)(1)液態(tài)電解質(zhì)的封裝制程復(fù)雜，且封裝材料 易與液態(tài)電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而發(fā)生電解液泄漏的情況；( 液態(tài)電解質(zhì)所使用的有機(jī)溶劑 一般都具有毒性，不利于電池的生產(chǎn)及實(shí)際應(yīng)用；C3)有機(jī)溶劑沸點(diǎn)低，具高蒸氣壓且易于 揮發(fā)；(4)太陽能電池的形狀設(shè)計(jì)受到限制。因此，使用液態(tài)電解質(zhì)可能會因溶劑流失而造 成電解質(zhì)濃度改變，使電池效能不穩(wěn)定甚至失效，或因制程復(fù)雜及設(shè)計(jì)上的限制使成本增 高。因此，使用固態(tài)電解質(zhì)可避免上述問題，為未來可撓式染料敏化太陽能電池的趨勢。例如，Kurama于Langmuir 18 (2002) p. 10493揭示使用無機(jī)鹽類CuI作為電解質(zhì)， 并加入CuI晶體生長抑制劑——三乙基胺硫氰酸胍(triethylaminehydrothiocyanate)以 抑制CuI晶體生長，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)4.7%。然而，此類的無機(jī)P型半導(dǎo)體穩(wěn)定性及空 穴傳導(dǎo)效率不佳，且其對于染料的選擇也具有一定的限制。Gratzel 于 Appl. Phys. Lett. 79 (2001)p. 2085 揭示以有機(jī) P 型半導(dǎo)體(小 分子半導(dǎo)體)，2，2 ‘，7，7 ‘-四(N，N-二-對甲氧基苯胺)-9，9 ‘-螺二芴(2， 2 ‘ ,7,7 ‘ -tetrakis-(N, N-di-p-methoxyphenylamine)9,9 ‘ -spiro-bifIuorene ； spiro-MeOTAD)作為電解質(zhì)，并于其中摻雜叔丁基吡啶(tert-butylpyridine)及鋰雙(三 氟甲基)磺酸胺鹽(Li (CF3SO2)2N),使光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2. 5%。之后，GrStzel等人更于MRS Bulletin 30 (2005) p. 23揭示將染料由親水性N719改變?yōu)槭杷缘腪907，使染料敏化太陽 能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到4. 0%。以高分子ρ型半導(dǎo)體作為電解質(zhì)，在常溫常壓下即可以溶液方式成膜(不需真空 鍍膜)，制程簡單，且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度。例如 Liu于Adv. Mater. 20 (2008) p. 1揭示使用高分子P型半導(dǎo)體聚3-己基噻吩(P3HT)搭配有 機(jī)染料D102的染料敏化太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)2. 5%。然而，高分子P型半導(dǎo)體因分子結(jié)構(gòu)龐大，不易進(jìn)入金屬半導(dǎo)體氧化物的空隙中，尤其是現(xiàn)今的金屬半導(dǎo)體氧化物都為 納米顆粒。此外，就算高分子P型半導(dǎo)體進(jìn)入后也無法緊密的與納米顆粒的表面接觸，造成 電池效率不佳。例如，參見圖1，其顯示為已知技術(shù)的染料敏化太陽能電池的剖面圖，其中的 高分子電解質(zhì)114無法與吸附有染料108的納米顆粒106緊密接觸。因此，目前需要的是一種新穎的染料敏化太陽能電池制作方式，其高分子固態(tài)電 解質(zhì)可有效地進(jìn)入金屬半導(dǎo)體氧化物納米顆粒的空隙中，并與納米顆粒表面的染料分子緊 密接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種其中的固態(tài)電解質(zhì)可有效地進(jìn)入金屬半導(dǎo)體氧化物 納米顆粒的空隙中、并與納米顆粒表面的染料分子緊密接觸的染料敏化太陽能電池。本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池，包括一基板，具有一第一電極于其上；多 個吸附有染料的納米顆粒，位于此第一電極上；一含金屬量子點(diǎn)的固態(tài)電解質(zhì)，完全覆蓋此 些納米顆粒并填滿其中的空隙；以及一第二電極，位于此固態(tài)電解質(zhì)上。本發(fā)明也提供一種染料敏化太陽能電池的制造方法，包括提供一基材，具有 一第一電極；形成多個吸附有染料的納米顆粒于此第一電極上；加入一含金屬化合物的 溶液至此些納米顆粒上及其空隙中；加入一單體并與此金屬化合物進(jìn)行異相原位聚合 (heterogeneous in situ polymerization)形成一固態(tài)電解質(zhì)，其中此固態(tài)電解質(zhì)完全覆 蓋此些納米顆粒并填滿其中的空隙；以及形成一第二電極于此固態(tài)電解質(zhì)上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的染料敏化太陽能電池中所形成的固態(tài)電解質(zhì)，是先 以小分子的單體滲入至納米顆粒上及空隙中，再直接在納米顆粒上及其空隙中與金屬化合 物進(jìn)行原位聚合反應(yīng)。因此，所形成的固態(tài)電解質(zhì)得以完全覆蓋及填滿納米顆粒及其間的 空隙，緊密的與納米顆粒的表面接觸，有效解決已知技術(shù)因固態(tài)電解質(zhì)分子過大而無法有 效滲入納米顆?？障吨械娜秉c(diǎn)。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施 例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1為已知技術(shù)的染料敏化太陽能電池的剖面圖；圖2A 2F為本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽能電池于各種制造階段的一系列剖 面圖；圖3A ;3B為本發(fā)明另一實(shí)施例的染料敏化太陽能電池中納米顆粒于各種制造階 段的放大圖；圖4為已知技術(shù)的染料敏化太陽能電池中的固態(tài)電解質(zhì)的SEM圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽能電池中的固態(tài)電解質(zhì)的SEM圖；其中，主 要組件符號說明106 納米顆粒；108 染料；114 高分子電解質(zhì)； 202 基板；204 第一電極；206 納米顆粒；
208 染料；214 固態(tài)電解質(zhì)；218 第二電極；308 染料；
210 含金屬化合物的溶液； 216 金屬量子點(diǎn)； 306 改質(zhì)后的納米顆粒； 316 金屬量子點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式接下來，將詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例及其制作方法。然而，可以知道的是，本 發(fā)明提供許多可實(shí)施于廣泛多樣的應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)明概念。用來說明的具體實(shí)施例，僅是利 用本發(fā)明概念的具體實(shí)施方式
的說明，并不限制本發(fā)明的范圍。此外，一第一層形成于一第 二層“上方”、“之上”、“之下”或“上”可包含實(shí)施例中的該第一層與第二層直接接觸，或也 可包含該第一層與第二層之間更有其它額外膜層使該第一層與第二層無直接接觸。圖2F顯示本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽能電池，至少包含一基板202、一第一 電極204、多個吸附有染料208的納米顆粒206、含金屬量子點(diǎn)216的固態(tài)電解質(zhì)214及第 二電極218。其中此含金屬量子點(diǎn)216的固態(tài)電解質(zhì)214由一單體與金屬化合物進(jìn)行異相 原位聚合所形成，因而得以完全覆蓋這些納米顆粒206及填滿其中的空隙。此外，如圖3A 所示，也可對吸附有染料的納米顆粒306進(jìn)行改質(zhì)，以在進(jìn)行異相原位聚合之前先吸附部 分的金屬量子點(diǎn)316，此改質(zhì)也可使染料308更牢靠地附著于這些納米顆粒306上。依照本發(fā)明一實(shí)施例的有機(jī)太陽能電池200的形成方法，參見圖2A，首先為提供 一基板202。基板202可為硬質(zhì)材質(zhì)、可撓曲的材質(zhì)、透明材質(zhì)、半透明材質(zhì)。例如，基板202 可為玻璃基板或可撓曲的透明塑料基板。在基板202上具有一第一電極204，用以提供電子 流動的路徑。第一電極204可為一透明導(dǎo)電層，此透明導(dǎo)電層可包含二氧化錫、氧化鋅、氧 化銦錫(indium tinoxide ； I TO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide ； IZO)、氧化銻錫(antimony dopedtin dioxide ；ΑΤΟ)、摻氟的二氧化錫(fluorine doped tin dioxide ；FT0)、摻鋁的氧 化鋅(aluminum doped zinc oxide ；ΑΖ0)或前述的組合。此外，在本實(shí)施例中，第一電極 204是作為陽極。參見圖2B，于第一電極上形成多個納米顆粒206。這些納米顆粒206是由網(wǎng)印或刮 刀涂布于第一電極204上。納米顆粒206可為金屬氧化物半導(dǎo)體，較佳可為η-型半導(dǎo)體，例 如二氧化鈦(TiO2)、二氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、三氧化鎢(WO3)、五氧化二鈮(Nb2O5)、 鈦酸鍶(SrTiO3)或其它任何能與染料有較佳的匹配電位的半導(dǎo)體氧化物。在本實(shí)施例中， 較佳選用銳鈦礦(anatase)的二氧化鈦。接著，將涂布于第一電極上的納米顆粒進(jìn)行鍛燒， 以形成堆棧的納米顆粒206于第一電極表面上。在一較佳實(shí)施例中，以溫度約400 500度 鍛燒納米顆粒約30 120分鐘。納米顆粒堆棧的高度約為500 4000nm。納米顆粒206 的大小約為20nm，以提供大量的表面積用以吸附染料。參見圖2C，吸附染料208于納米顆粒206的表面上，以吸收太陽光轉(zhuǎn)換成電能。在 一實(shí)施例中，染料208可以是包含卟啉(porphyrin)系列或有機(jī)釕金屬系列的有機(jī)金屬絡(luò) 合物(organic metal complex)染料，或包含香豆素(coumarin)系列、吲哚(indoline)系 列、花青(cyanine)系列或羅丹明(Miodamine B)的有機(jī)染料。值得注意的是，本領(lǐng)域相關(guān) 技術(shù)人員可依照染料208與納米顆粒206間的吸附能力或氧化還原電位來選用合適的染 料。因此，上述染料208的種類僅為了說明本發(fā)明具體實(shí)例方式，并不用以限制本發(fā)明。
參見圖2D，加入含金屬化合物的溶液210至納米顆粒206上及其空隙中。含金屬 化合物的溶液210可包含氯金酸(HAuCl4)、氯化金(AuCl3)、氯鉬酸(H2PtCl6)、六氯鉬合酸 鉀(K2PtCl6)、氯化鉬(PtCl4)或前述的組合。含金屬化合物的溶液210可包含醇類、腈類或 或其它可滲入疏水性或親水性孔洞內(nèi)的溶劑。在一實(shí)施例中，此溶劑可為甲醇、乙醇、異丙 醇、乙腈或前述的組合。在較佳實(shí)施例中，此金屬化合物的還原電位可大于0.7伏特，例如 可解離出金離子(Au3+)的金屬化合物。此金屬化合物的濃度可約為9xl0_3 3xl(^M。參見圖2E，加入固態(tài)電解質(zhì)的單體溶液(圖中未顯示)至納米顆粒206上及其空 隙中。其中，固態(tài)電解質(zhì)的單體溶液可由涂布或滴加的方式加入，且此單體的氧化電位較佳 可大于0. 4伏特。在此，先前已附著于納米顆粒206上及其空隙中的金屬化合物與固態(tài)電 解質(zhì)的單體進(jìn)行異相原位聚合反應(yīng)(heterogeneous in situ polymerization)，以形成含 金屬量子點(diǎn)216的固態(tài)電解質(zhì)214。值得注意的是，金屬量子點(diǎn)216是由金屬化合物還原得 到，因此，本發(fā)明所述的金屬量子點(diǎn)216可為電中性或氧化數(shù)較金屬化合物低的離子。此反 應(yīng)的溫度可介于25 50°C、反應(yīng)時間可由數(shù)秒至數(shù)分鐘。此外，由于是異相原位聚合反應(yīng)， 所形成的金屬量子點(diǎn)216是包含于固態(tài)電解質(zhì)214中。在一實(shí)施例中，固態(tài)電解質(zhì)較佳可為 高分子P型半導(dǎo)體單體或寡聚物經(jīng)異相原位聚合后的高分子，例如可包含聚乙烯二羥基噻 吩(3，4-polyethylenedioxythiophene ；PED0T)、聚 3-己噻吩(poly (3—hexylthiophene)； P3HT)、聚 3-丁噻吩(poly(3-butylthiophene) ；P3BT)、聚噻盼(polythiophene ；PTP)或 其衍生物、聚吡咯(polypyrrole)或其衍生物、聚苯胺(polyaniline)或其衍生物等或前述 的組合的單體或寡聚物。固態(tài)電解質(zhì)214的厚度約為0. 1 μ m 10 μ m，較佳為0. 1 μ m 4ym，其中所含的金屬量子點(diǎn)的大小約為1 lOnm。值得注意的是，在此所選用的固態(tài)電解 質(zhì)的最高填滿分子能階(Η0Μ0)較佳高于染料的最低未填滿分子能階(LUMO)。依據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例所形成的固態(tài)電解質(zhì)，是先以小分子的單體滲入至納米顆 粒上及空隙中，是直接在納米顆粒上及其空隙中與金屬化合物進(jìn)行原位聚合反應(yīng)。因此，所 形成的固態(tài)電解質(zhì)得以完全覆蓋及填滿納米顆粒及其間的空隙，緊密的與納米顆粒的表面 接觸，有效解決已知技術(shù)因固態(tài)電解質(zhì)分子過大而無法有效滲入納米顆粒空隙中的缺點(diǎn)。此外，金屬化合物還原成金屬量子點(diǎn)后也具有吸光能力。例如當(dāng)此金屬量子點(diǎn)為 金量子點(diǎn)時，其可吸收410 675nm之間的可見光。因此，金屬量子點(diǎn)也可增加此染料敏化 太陽能電池的吸光量，或甚至形成多頻段的吸光范圍。在一實(shí)施例中，染料與金屬量子點(diǎn)總 共可吸收波長范圍在400 750nm的光。參見圖2F，其為形成第二電極218于固態(tài)電解質(zhì)上。第二電極可包含鈀、銀、鋁、 金、鉬、前述的合金、導(dǎo)電高分子或前述的組合。在一實(shí)施例中，第二電極218可由電鍍、蒸 鍍、熱分解、涂布形成。在另一實(shí)施例中，可直接加入金屬鹽類至固態(tài)電解質(zhì)上，直接由固態(tài) 電解質(zhì)214還原金屬鹽類而形成薄膜218于固態(tài)電解質(zhì)214上。金屬鹽類可例如為氯化鈀 (PdCl2)、氯金酸(HAuCl4)、氯鉬酸(H2PtCl6)。如此，即完成含固態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能 電池的制作。以下將描述本發(fā)明的另一實(shí)施例，其步驟都與前述的實(shí)施例相同，但在金離子溶 液加入前，先對涂布有染料的納米顆粒作改質(zhì)，以先吸附部分的金屬量子點(diǎn)。首先依照前述實(shí)施例的步驟形成如圖2C所示的結(jié)構(gòu)，具有基板202、第一電極 204、吸附有染料208的納米顆粒206。之后，對涂布有染料的納米顆粒206作改質(zhì)。例如，將涂布有染料的納米顆粒206浸泡于改質(zhì)劑的溶液中，以使納米顆粒表面上未吸附染料的 部分被改質(zhì)，如圖3A所示，其為改質(zhì)后的納米顆粒306的放大圖，其上涂布有染料308。改 質(zhì)劑較佳包含含有硫醇基或胺基或其它可吸附金屬量子點(diǎn)的官能基，以改質(zhì)納米顆粒使其 表面能吸附金屬量子點(diǎn)。改質(zhì)劑可例如為硫醇基丙基三甲氧基硅烷(HS-C3H6-Si (OCH3)3)、 硫柳酸(HS-C6H4-COOH)、胺基丙基三甲氧基硅烷(H2N-C3H6-Si (OCH3) 3)。接著，參見圖:3B，其為改質(zhì)后的納米顆粒306于其表面上吸附金屬量子點(diǎn)316。金 屬量子點(diǎn)316可為任何由已知技術(shù)制得的金屬量子點(diǎn)，較佳可為金量子點(diǎn)。通常為將金屬 量子點(diǎn)制備于溶液中，并將已改質(zhì)的納米顆粒浸泡于其中，使金屬量子點(diǎn)316吸附于納米 顆粒306表面上。如此，在納米顆粒306在加入含金屬化合物的溶液前已吸附部分的金屬 量子點(diǎn)316，有助于染料308的吸附更加牢靠。隨后，可參照前述實(shí)施例進(jìn)行圖2D至圖2F 所示的步驟，完成此含固態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池的制作。由以上可知，本發(fā)明在此提供了一種新穎的全固態(tài)染料敏化太陽能電池，其包含 含金屬量子點(diǎn)的固態(tài)電解質(zhì)，此固態(tài)電解質(zhì)是由與固態(tài)電解質(zhì)的小分子單體與金屬化合物 在納米顆粒上及其空隙間進(jìn)行異相原位聚合反應(yīng)所形成，因而完全覆蓋納米顆粒及填滿其 間的空隙，且與納米顆粒表面緊密接觸。此外，于異相原位聚合反應(yīng)中，金屬化合物是還原 成金屬量子點(diǎn)，通過金屬量子點(diǎn)在納米尺度下的吸光效應(yīng)，可提供染料敏化太陽能電池有 更高的吸光量，及甚至形成多頻段的吸光范圍。因此，本發(fā)明所述的染料敏化太陽能電池的 光電轉(zhuǎn)換效率得以有效增加。再者，本發(fā)明是提供避免使用真空蒸鍍的方法來形成染料敏 化太陽能電池，例如使用易于在常溫常壓下成膜的高分子導(dǎo)體作為電解質(zhì)，且可利用固態(tài) 電解質(zhì)的還原能力直接還原金屬鹽類形成薄膜于固態(tài)電解質(zhì)上作為電極，如此可避免使用 真空蒸鍍，加速組件的制作。此外，本發(fā)明更提供對納米顆粒進(jìn)行改質(zhì)的方法，可使染料更 牢靠附著于納米顆粒上，并且可吸附更多的金屬量子點(diǎn)于納米顆粒上，增進(jìn)吸光能力。比較例1以網(wǎng)印方式將二氧化鈦納米顆粒涂布于鍍有摻氟二氧化錫的導(dǎo)電玻璃上，并置于 400 500°C下鍛燒30 60分鐘，形成二氧化鈦電極。接著，將此二氧化鈦電極放入hlO_4M 的Z907(染料)中浸泡M小時。接著，于此二氧化鈦電極上涂布上一聚3-己噻吩(P3HT)， 其掃描式電子顯微鏡(SEM)觀測結(jié)果如圖4所示，于電極上方有一層高分子無法滲入孔洞 電極中。實(shí)施例1以網(wǎng)印方式將二氧化鈦納米顆粒涂布于鍍有摻氟二氧化錫的導(dǎo)電玻璃上，并置于 400 500°C下鍛燒30 60分鐘，形成二氧化鈦電極。接著，將此二氧化鈦電極放入hlO_4M 的Z907(染料)中浸泡M小時。接著，滴入的氯金酸乙醇溶液，經(jīng)干燥后滴入乙烯二 羥基噻吩(EDOT)的乙腈溶液進(jìn)行原位聚合反應(yīng)(溫度30°C、反應(yīng)時間1分鐘)，形成深藍(lán) 色的含金納米粒子的固態(tài)電解質(zhì)(厚度約4μπι)，其掃描式電子顯微鏡(SEM)觀測結(jié)果如 圖5所示，于電極上方并無如比較例1中，于電極上方有一層高分子的現(xiàn)象發(fā)生，顯示此固 態(tài)電解質(zhì)完整填充于孔洞電極中。比較例2以網(wǎng)印方式將二氧化鈦納米顆粒涂布于鍍有摻氟二氧化錫的導(dǎo)電玻璃上，并置于 400 500°C下鍛燒30 60分鐘，形成二氧化鈦電極。接著，于此二氧化鈦電極上涂布上一聚3-己噻吩(P3HT)。接著，夾上鉬電極，形成完整的染料敏化太陽能電池，其開路電壓為 0. 66V。實(shí)施例2以網(wǎng)印方式將二氧化鈦納米顆粒涂布于鍍有摻氟二氧化錫的導(dǎo)電玻璃上，并置 于400 500°C下鍛燒30 60分鐘，形成二氧化鈦電極。接著，將此二氧化鈦電極放入 &10-4M的有機(jī)金屬染料中(Z907)浸泡M小時。接著，滴入lwt%的氯金酸乙醇溶液，經(jīng) 干燥后滴入乙烯二羥基噻吩(EDOT)的乙腈溶液進(jìn)行原位聚合反應(yīng)(溫度為30°C、反應(yīng)時間 10秒鐘)，形成深藍(lán)色的含金粒子的固態(tài)電解質(zhì)，其中聚乙烯二羥基噻吩的厚度約為4 μ m。 接著，夾上鉬電極，形成完整的染料敏化太陽能電池，其開路電壓為0. 8 0. 9V。實(shí)施例3如實(shí)施例1的相同方式進(jìn)行，但在滴入的氯金酸乙醇溶液之前，先將涂布有 染料的二氧化鈦電極浸入2wt%的硫醇基丙基三甲氧基硅烷(HS-C3H6-Si (OCH3) 3)的甲苯溶 液中4 12小時，及浸入至的金量子點(diǎn)(5nm)溶液中4小時。二氧化鈦電極吸附金 量子點(diǎn)后呈現(xiàn)粉紅色，其為金量子點(diǎn)吸光范圍的互補(bǔ)色。接著，滴入的氯金酸乙醇溶 液，經(jīng)干燥后滴入乙烯二羥基噻吩(EDOT)的乙腈溶液進(jìn)行原位聚合反應(yīng)(溫度30°C、反應(yīng) 時間10秒鐘)，形成深藍(lán)色的含金粒子的固態(tài)電解質(zhì)(厚度約4μπι)。接著，夾上鉬電極， 形成完整的染料敏化太陽能電池。實(shí)施例4如實(shí)施例1或2的相同方式進(jìn)行，接著加入氯化鈀(PdCl2)，直接形成鈀薄膜于聚 乙烯二羥基噻吩(PEDOT)上，形成完整的染料敏化太陽能電池。雖然本發(fā)明已以數(shù)個較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬 技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動與潤飾， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池，包括 一基板，具有一第一電極于其上；多個吸附有染料的納米顆粒，位于該第一電極上；一含金屬量子點(diǎn)的固態(tài)電解質(zhì)，完全覆蓋該些納米顆粒并填滿其中的空隙；以及 一第二電極，位于該固態(tài)電解質(zhì)上。
2.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該納米顆粒為金屬氧化物半導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該染料為有機(jī)染料或有機(jī)金屬染料。
4.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該金屬量子點(diǎn)為電中性或離子。
5.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該金屬量子點(diǎn)為金量子點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該固態(tài)電解質(zhì)為聚乙烯二羥基噻 吩、聚3-己噻吩、聚3-丁噻吩、聚噻吩或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚苯胺或其衍生物、 或前述的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該納米顆粒上還包含硫醇基或胺基。
8.如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池，其中該金屬量子點(diǎn)是吸附于該納米顆粒上。
9.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中該金屬量子點(diǎn)能增加該染料敏化太 陽能電池的吸光量。
10.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中第二電極為鈀、銀、鋁、鉬、金、導(dǎo)電 高分子或前述的組合。
11.一種染料敏化太陽能電池的制造方法，包括 提供一基材，具有一第一電極；形成多個吸附有染料的納米顆粒于該第一電極上； 加入一含金屬化合物的溶液至該些納米顆粒上及其空隙中；加入一單體并與該金屬化合物進(jìn)行異相原位聚合形成一固態(tài)電解質(zhì)，其中該固態(tài)電解 質(zhì)完全覆蓋該些納米顆粒并填滿其中的空隙；以及 形成一第二電極于該固態(tài)電解質(zhì)上。
12.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該染料為有機(jī)染料或 有機(jī)金屬絡(luò)合物染料。
13.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該含金屬化合物的溶 液中包含還原電位大于0. 7伏特的金屬化合物。
14.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該固態(tài)電解質(zhì)的單體 的氧化電位大于0.4伏特。
15.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該含金屬化合物的溶 液為醇類、腈類、其它能滲入該些納米顆粒的空隙中的溶劑或前述的組合。
16.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該固態(tài)電解質(zhì)為聚乙 烯二羥基噻吩、聚3-己噻吩、聚3- 丁噻吩、聚噻吩或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚苯胺 或其衍生物、或前述的組合。
17.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該固態(tài)電解質(zhì)中包含金屬量子點(diǎn)。
18.如權(quán)利要求17所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該金屬量子點(diǎn)是為在 該異相原位聚合反應(yīng)中由該金屬化合物還原形成。
19.如權(quán)利要求18所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該金屬量子點(diǎn)為電中 性或氧化數(shù)較該金屬化合物低的離子。
20.如權(quán)利要求19所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該金屬量子點(diǎn)為金量 點(diǎn)ο
21.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，還包含在該含金屬化合物 的溶液加入前，對該吸附染料的納米顆粒進(jìn)行改質(zhì)。
22.如權(quán)利要求21所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，還包含在該含金屬化合物 的溶液加入前，加入金屬量子點(diǎn)吸附于該些納米顆粒上。
23.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該第二電極是由電 鍍、無電電鍍、蒸鍍、熱裂解形成。
24.如權(quán)利要求11所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該第二電極是由加入 一金屬鹽類至該固態(tài)電解質(zhì)上，經(jīng)由該固態(tài)電解質(zhì)還原所形成。
25.如權(quán)利要求24所述的染料敏化太陽能電池的制造方法，其中該金屬鹽類為氯化 鈀、氯金酸、氯鉬酸、或前述的組合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池，包括一基板，具有一第一電極于其上；多個吸附有染料的納米顆粒，位于此第一電極上；一含金屬量子點(diǎn)的固態(tài)電解質(zhì)，完全覆蓋此些納米顆粒并填滿其中的空隙；以及一第二電極，位于此固態(tài)電解質(zhì)上。此外，本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽能電池的形成方法。
文檔編號H01L51/48GK102136374SQ20101000335
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者盧明德, 吳曜杉, 童永梁 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院