[发明专利]具有高透光率相对电极的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明有关于一种太阳能电池，其特别有关于一种具有高透光相对电极的染料敏化太阳能电池，其可降低相对电极的白金使用量，并提高催化电解液氧化还原的效率。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的装置。二十世纪九十年代应用纳米晶体(nano crystal)开发的光电化学太阳能电池（Photo-electrochemical cell），可望在传统的硅太阳能电池之外，提供新的低成本太阳能电池的新选择。

染料敏化太阳能电池(dye sensitized solar cell，DSSC)是光化学太阳能电池的代表，其采用形成于基板的半导体纳米晶膜，在其表面吸附一光敏染料(dye)，由此形成其工作电极。通常半导体纳米晶膜可以是二氧化钛或氧化锌，但较佳是采用二氧化钛。由于二氧化钛的能隙(energy bandgap)为3.2 电子伏特（eV），现有用于染料敏化太阳能电池的二氧化钛所能吸收的光子数无法提高。借由光敏化染料大量吸附于二氧化钛上可有效提高其光电转换效率。

影响染料敏化太阳能电池光电转换性能的因素之一为光化学反应后电子向导电基片迁移的速率。单一半导体纳米晶膜电极在传输电子方面存在一定缺陷，故其电子迁移率低；其与周围所存在的电子受体(如纳米晶膜的表面态陷阱及氧化态电解质)的复合机率大大提高，进而降低光电转换率。另一方面，传统的光敏化染料因受限于二氧化钛层的比表面积S (specific surface area, ㎡/g)，使吸附于其上的光敏化染料减少，进而减少吸收的光子数目，其中比表面积S定义为1g固体物质所占有的总表面积。

参照美国专利案第5,084,365号，其标题为“光电化学元件及其工艺方法，Photo-electrochemical cell and process of making same” 该专利揭示一种以溶胶-凝胶法制备的光电化学元件，用以降低制造成本，并借由薄膜表面粗糙度的控制，进而提升光电转换效率。然而，该发明并未揭示其工作电极与相对电极的透光率。

参照中国台湾专利公开案第201021222号，其标题为“太阳能电池的金属薄膜电极及其形成方法”，该专利揭示一种微影技术，经由穿透性孔洞阵列的工艺方法，借此提升金属薄膜电极的光穿透率。然而，其工艺需要微影及电浆蚀刻技术，较为复杂。

此外，传统的染料敏化太阳能电池的相对电极需以物理气相沉积出白金相对电极，因而增加了工艺成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所揭示的具有高透光率相对电极的染料敏化太阳能电池，其所有工艺皆以湿式工艺为基础，不需真空环境及设备，因此可大幅降低成本需求，并且能有效地提高光电转换效率或消除现有染料敏化太阳能电池的缺点，使其可有效应用于建筑物的玻璃窗、落地窗、车窗及公共运输交通工具的玻璃上。此外，提供一简单、迅速的方法制作出于可见光区有高穿透率的染料敏化太阳能电池，可降低相对电极的白金使用量，并提高催化电解液氧化还原的效率。

本发明提供的一种具有高透光率相对电极的染料敏化太阳能电池，至少包含：

一第一透明基板；

一第一透明导电层，披覆于该第一透明基板上，形成一第一透明导电基板；

一针状结构的半导体氧化层，经由一第一溶胶-凝胶法制备并披覆于该第一导电基板之上，以形成一工作电极，该针状结构的孔洞大小介于5纳米至25纳米之间，该工作电极于可见光波段范围内的透光率介于40%~80%之间；

一第二透明基板；

一白金复合层，经由一第二溶胶-凝胶法制备并披覆于该第二透明基板表面，形成一高透光相对电极，其中该白金复合层由一透明导电氧化物与一白金粒子所组成，该白金粒子镶埋于该透明导电氧化物之中，其中该高透光相对电极于可见光波段范围内的透光率介于55%~80%之间；

一电解质层，填充于该工作电极与该高透光相对电极之间；以及

一光敏化层，吸附于该针状结构的半导体氧化层所形成的工作电极上。

作为优选技术方案，该染料敏化太阳能电池更包含：

一第二透明导电层，披覆于该第二透明基板上，形成一第二透明导电基板，且该白金复合层披覆于该透明导电层表面。

优选地，该染料敏化太阳能电池于可见光波段范围内的透光率介于40%~60%之间。

作为优选技术方案，该白金复合层经由一湿式化学法制备而成，是由一透明导电溶胶与一白金化合物化合而成，且该白金的固含量占该透明导电溶胶与该白金化合物的总重量的0.1%~4%。