[发明专利]由大气压原子层沉积法制造染料敏化太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，特别是涉及被称为染料敏化电池和减少/防止不希望有的逆反应的那些类型。

背景技术

常规的染料敏化太阳能电池，如由Gratzel所述，包括透明导电基材，例如玻璃或塑料上的ITO，其上为涂布有染料的二氧化钛纳米颗粒烧结层(阳极)。通常包含碘化物/三碘化物作为电子(或空穴)输送剂的空穴携带电解质位于该层的孔隙内和表面上。通过在电解质上设置经常用铂作为催化剂制造的催化导电电极(阴极)，完成太阳能电池夹层结构。当光照射到电池上时，染料被激发，电子被注入到二氧化钛结构中。激发的目前带正电荷的染料将电解质中的氧化还原对的还原形式氧化至其氧化形式，例如碘化物变为三碘化物。其可以向铂电极扩散。当电池连接到载荷时，电子从阳极经过载荷到达阴极，在阴极处氧化还原对的氧化形式被还原，例如三碘化物变为碘化物，完成反应。当电解质与ITO或二氧化钛表面接触时，氧化还原对的氧化形式也可以与阳极处的电子反应，这被称为‘逆反应’。如果发生这一反应，电池电势和电流将被削弱。可以小心地选择阳极导电材料来减少这种‘逆反应’，但是这样做并不能完全解决电池效率降低的问题。

在染料敏化太阳能电池中使用复合阻挡层是已知的，其主要作为二氧化钛和染料之间的层，以及作为设置在活性二氧化钛中孔性层和基材电极之间的层。后一情况已经通过利用溅射、喷涂-热解、前体水解、微波化学浴沉积、电镀或浸涂产生底层，由其它方法得到解决。这些方法不方便，因为它们涉及溶液化学或真空操作，并且不一定与现有表面形状一致。

US 2005/0098205公开形成二氧化钛底层(在光电装置中)，防止填充模板结构的材料与基材/基极之间的不希望有的接触。该层使用原子层沉积(ALD)形成，但是没有公开其为大气压步骤，因此具有设备成本高，外加时间增加和真空型方法不方便的缺点。

US 2005/0098204公开在第一个和第二个或者第二个和第三个电荷输送材料之间，但不邻近基材形成减少复合无机层，例如氧化铝。该层同样使用ALD形成，与前述实例一样，没有公开其为大气压步骤，因此具有设备成本高外加时间增加和真空型方法不方便的缺点。

US 2006/0162769公开溶液型替代方法，使用与ALD类似的化学方法，即金属醇盐水解形成形状一致的涂层。该方法用来将例如氧化铝涂覆在染料敏化太阳能电池中的中孔性二氧化钛周围。该方法具有溶液化学的不便，例如溶剂和溶液制备，以及方法中的步骤增加，例如后处理干燥步骤/时间。

本发明要解决的问题

本发明的目的是提供一种方法，其中不希望有的氧化还原对的“逆反应”被减少或完全阻止。

通过使用大气压原子层沉积，AP-ALD，已经发现一种沉积复合阻挡层的适当方法，该层与现有表面形状一致，并且可以应用于辊至辊制造工艺。该层可以在铺设光收集电荷分离层之前沉积到阳极的导电基材上，和/或可以在染色步骤之前或之后形状一致地沉积到光收集电荷分离层之上。光收集电荷分离层的实例为中孔性二氧化钛、氧化锌、氧化锡。

发明内容

本发明为通过AP-ALD将材料薄层涂布到电池的导电电极(即复合阻挡层)上，使得电子仍然可以几乎没有阻力地传导至电极，但是减少或阻止了氧化还原对在电极/电解质界面处不希望有的逆反应。这种层可以为来源于AP-ALD设备，由四氯化钛与水在电极表面上反应而沉积的二氧化钛。可选层可以为氧化物，可以包括氧化铝、五氧化二铌或氧化锌。

根据本发明，提供一种铺设一个或多个材料层以减少电解反应同时允许导电基材和光收集电荷分离层之间电子传输的方法，该层沉积在导电基材和光收集电荷分离层之间和/或光收集电荷分离层之上，通过沿着细长形通道同时引导一系列气流，使得气流基本平行于基材表面并基本彼此平行，由此气流基本避免在相邻细长形通道的方向流动来沉积该层，其中一系列气流顺次包括至少第一种反应性气态材料，惰性吹扫气体，和第二种反应性气态材料，任选重复多次，其中第一种反应性气态材料能够与用第二种反应性气态材料处理的基材表面反应。

本发明的有益效果

通过使用AP-ALD作为沉积方法，薄的复合阻挡层可以在染色步骤之前或之后沉积在阳极基材上和/或形状一致地沉积在光收集电荷分离层上，没有成本、时间增加的缺点和真空型方法的不便，或与溶液方法有关的溶剂和溶液制备以及步骤增加，例如后处理染色步骤/时间的不便。

附图说明

现在本发明将通过参考附图加以描述，其中：

图1为描述本发明中使用的方法步骤的流程图；