[发明专利]染料敏化太阳能电池的制造方法及制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的制造方法及其装置。

背景技术

由于化石燃料的枯竭及价格飞涨，地球气候的急剧变化，人们更需要有能够持续维持的能源获取技术。其中太阳能因其无限清洁和稳定性最为人所注目。

现有的硅太阳能电池虽然被广泛研究，且已经被运用于产业中，但由于其成本昂贵使经济性降低成为问题。近年来，对不但具有仅次于硅太阳能电池的能源转换效率，而且生产成本低廉的下一代太阳能电池--染料敏化太阳能电池(DSSC：Dye-Sensitized Solar Cell)的研究就活跃起来了。

一般，DSSC由涂布有在透明导电基片上吸附光敏染料分子的多孔纳米粒子氧化物的半导体电极(称“透明电极”)；在透明导电基片上涂布有白金或碳的对电极(称“对向电极”)；以及填充在期间的电解质层组成。染料分子具有吸收太阳光，而生成电子-空穴偶(electron-hole pair)的作用。

传统的DSSC大致上经过①制作透明电极；②制作对电极；③将透明电极和对电极以维持预定间隔叠层后进行密封；④将电解质层填充在两个电极之间的空间内；⑤密封的过程制作。当然，为通电的电路就可以按照元件(cell)的结构及特性适当设计。

此时，透明电极经过以下过程制作：a)首先将多孔纳米粒子氧化物(例如TiO2)涂布在透明导电基片上(在本发明中，光敏染料分子还没吸附在纳米粒子氧化物之前的透明电极称为‘pre-透明电极’)；b)接着，将该pre-透明电极浸渍在适当浓度的光敏染料分子被溶解的染料液中后静置；c)从染料液中取出pre-透明电极后清洗并干燥。

从染料分子的吸附方面来看，上述传统技术存在如下问题：

(1)由于需要将pre-透明电极浸渍在染料液并静置后再进行清洗/干燥的过程，其制作过程复杂，花费很多时间。而且由于需要将整个基片浸渍在染料溶液中，于是需要使用比实际所需量更多的染料溶液。

(2)由于以单纯将基片浸渍在染料溶液后静置的方式来吸附染料分子，于是为了吸附足够的染料分子需要很长时间。

(3)为了叠层透明电极和对电极，在移动(或操作)透明电极的过程中，会有被吸附的染料分子因撞击或挂擦而脱离的可能性。而且，叠层的透明电极和对电极在封接的过程中，还需要进行全部或部分的高温处理，此时部分染料分子会被高温分解而失去其功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的染料敏化太阳能电池的制造方法及其制造装置，由此达到每单位时间的染料分子吸附效率良好，且没有染料分子的浪费，工程简单，被吸附的染料分子能够稳定地保存/维持的功效。

为了解决上述问题，本发明提供由包括涂布有在透明导电基片上吸附光敏染料分子的多孔纳米粒子氧化物的半导体电极(称“透明电极”)；在透明导电基片上涂布有白金或碳的对电极(称“对向电极”)；以及填充在期间的电解质层组成的染料敏化太阳能电池的制造方法及其制造装置。

本发明并不是有关染料敏化太阳能电池的具体组成成分或结构，于是对基片的种类、纳米粒子氧化物的种类和特性、光敏染料的种类和特性、对向电极本身的结构以及电解质的性状和种类等在此不再赘述。

为求说明的明确性，在本发明分别将在纳米粒子氧化物上还没吸附光敏染料分子之前的透明电极称为‘pre-透明电极’，将pre-透明电极和对向电极呈部分封接的状态的基片称为‘pre-电池板’。

制造方法

根据本发明的染料敏化太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(A)在透明导电基片上涂布纳米粒子氧化物并进行烧结，以制作pre-透明电极；(B)制作对向电极；(C)按照通常的方法，将该pre-透明电极基片与对向电极相对一定间隔叠层后进行密封-此时为了使基片内部与外部贯穿，在两侧末端分别形成至少一个以上的开口部；(D)透过该两侧开口部，使光敏染料分子溶液流向该被封接的基片内部，使得染料分子吸附到该纳米粒子氧化物上；(E)染料分子的吸附完成后，透过该两侧开口部，使清洗溶液流向该被封接的基片内部，以除掉未被吸附的染料分子；以及(F)清洗完成后，透过该开口部注入电解质于被封接的基片内部，并将开口部封闭。

在本发明的前述(D)步骤中，染料分子可以从上部流向下部、或从下部流向上部或水平流动。此时，为了防止染料分子的浪费，提高工作效率，最好是让光敏染料分子溶液得以循环。而且使其重复循环时，较佳地让染料分子浓度调节到一定程度。