本發(fā)明涉及染料敏化太陽(yáng)能電池及其制造方法，更詳細(xì)地，涉及納米半導(dǎo)體氧化物附著于透明電極的染料敏化太陽(yáng)能電池及其制造方法。

背景技術(shù)：

通常太陽(yáng)能電池可根據(jù)所構(gòu)成的物質(zhì)分為由硅、化合物半導(dǎo)體之類的無(wú)機(jī)材料形成的太陽(yáng)能電池、包含有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)太陽(yáng)能電池(有機(jī)太陽(yáng)能電池包括染料敏化太陽(yáng)能電池(dye-sensitized solar cell)和有機(jī)分子接合型(organic D-A)太陽(yáng)能電池)。

染料敏化太陽(yáng)能電池是利用有機(jī)染料和納米技術(shù)來(lái)得到高度的能量效率的方式開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池，利用若接受太陽(yáng)光則生成電的染料來(lái)生產(chǎn)電。

染料敏化太陽(yáng)能電池利用低廉的有機(jī)染料和納米技術(shù)，不僅低廉，而且還具有高度的能量效率，因而與使用硅的現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池相比，可將制造成本降低至1/3，最大降低至1/5的水平。尤其，當(dāng)利用于玻璃時(shí)，可實(shí)現(xiàn)透明且多種顏色，并且，由于可使可見(jiàn)光透過(guò)，從而也可直接附著于建筑物的玻璃窗或汽車玻璃來(lái)使用。像這樣，染料敏化太陽(yáng)能電池因能夠以低廉的費(fèi)用制造且具有高效率的特性而被廣泛使用。

參照?qǐng)D1，以往的染料敏化太陽(yáng)能電池的一例包括：相互隔開(kāi)規(guī)定間隔設(shè)置的透明電極111及相對(duì)電極112；設(shè)置于上述透明電極111及相對(duì)電極112的外側(cè)的基板113、114；納米半導(dǎo)體氧化物130，涂敷于上述透明電極111上而進(jìn)行層疊；染料高分子，涂敷于上述納米半導(dǎo)體氧化物130的納米粒子的表面；以及電解質(zhì)140，填充于上述透明電極111和相對(duì)電極112之間。

上述納米半導(dǎo)體氧化物130主要使用TiO₂氧化物，若施加450～550℃左右的高溫?zé)?，則TiO₂氧化物的一部分被熔融，并固定于透明電極111，從而可使納米半導(dǎo)體氧化物130附著于透明電極111。

在這里，基板113、114為玻璃之類的剛性材質(zhì)的情況下，當(dāng)高溫?zé)崽幚頃r(shí)，不存在變形或被熔融的問(wèn)題，但存在因剛性而無(wú)法制造可折彎的柔性(flexible)電池的局限性。

對(duì)此，在由高分子膜之類的柔性(flexible)材質(zhì)制造基板113、114的情況下，可制造柔性電池，但在這種情況下，若以高溫?zé)崽幚矸绞綄⒓{米半導(dǎo)體氧化物130附著于透明電極111，則高分子膜發(fā)生變形。

另一方面，若代替高分子膜而利用由柔性材質(zhì)形成的薄膜的金屬膜來(lái)制造透明電極111，則雖然不存在高溫變形的問(wèn)題，但存在能量效率下降的問(wèn)題。

為了解決這種高溫變形問(wèn)題，提高能量效率，以往，將TiO₂氧化物制造成糊(paste)狀態(tài)，并在層疊于透明電極111的內(nèi)側(cè)面的狀態(tài)下，進(jìn)行120℃左右的低溫?zé)铺幚怼?/p>

但是，低溫?zé)频暮赏ㄟ^(guò)酸處理實(shí)現(xiàn)化學(xué)燒制，但由于TiO₂氧化物和透明電極的粘結(jié)力下降，不僅透明電極111和TiO₂氧化物分離，而且接觸性降低，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的效率下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了改善如上所述的以往的染料敏化太陽(yáng)能電池及其制造方法中存在的問(wèn)題而提出，其目的在于，提供即便在低溫狀態(tài)下，也可牢固地對(duì)納米半導(dǎo)體氧化物和透明電極進(jìn)行結(jié)合的染料敏化太陽(yáng)能電池及其制造方法。

為了達(dá)成如上所述的目的，本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括：相互隔開(kāi)規(guī)定間隔設(shè)置的透明電極及相對(duì)電極；設(shè)置于上述透明電極的一側(cè)的粘結(jié)層；由納米粒子構(gòu)成的多孔質(zhì)納米半導(dǎo)體氧化物，其粘結(jié)于上述粘結(jié)層上；涂敷于上述納米半導(dǎo)體氧化物的納米粒子表面的染料高分子；以及填充于上述透明電極和相對(duì)電極之間的電解質(zhì)。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池中，還可包括由柔性(flexible)材質(zhì)形成的基板，上述基板設(shè)置于上述透明電極的外側(cè)。

優(yōu)選地，上述基板由高分子膜形成。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池中，上述粘結(jié)層可由導(dǎo)電性熱熔樹(shù)脂形成。

優(yōu)選地，上述粘結(jié)層被加熱熔融而使上述納米半導(dǎo)體氧化物粘結(jié)于透明電極。

更優(yōu)選地，上述粘結(jié)層在120℃以下的溫度下被熔融。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池中，在上述相對(duì)電極的一側(cè)還可設(shè)置有催化劑層。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池中，納米半導(dǎo)體氧化物可以為T(mén)iO₂、SnO₂、ZnO及Nb₂O₅中的一種。

為了達(dá)成如上所述的目的，本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，包括：在透明電極上形成粘結(jié)層的步驟；在上述粘結(jié)層上層疊納米半導(dǎo)體氧化物的步驟；以及在上述粘結(jié)層上層疊了納米半導(dǎo)體氧化物的狀態(tài)下，加熱粘結(jié)層使其熔融來(lái)使納米半導(dǎo)體氧化物粘結(jié)的步驟。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法中，在形成上述粘結(jié)層的步驟中，也可涂敷熱熔粘結(jié)劑來(lái)形成粘結(jié)層。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法中，在形成上述粘結(jié)層的步驟中，也可使兩面具有粘結(jié)劑的熱熔膜粘結(jié)于透明電極來(lái)形成粘結(jié)層。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法中，在層疊上述納米半導(dǎo)體氧化物的步驟中，也可在上述粘結(jié)層上涂敷糊(paste)狀態(tài)的納米半導(dǎo)體氧化物來(lái)進(jìn)行附著。

在本發(fā)明實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法中，在加熱上述粘結(jié)層使其熔融的步驟中，也能夠以100～120℃的溫度進(jìn)行加熱。

本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)根據(jù)基于附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明能夠更加明確。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池，通過(guò)由在低溫下被熔融的粘結(jié)劑對(duì)納米半導(dǎo)體氧化物和透明電極進(jìn)行粘結(jié)，從而即便在低溫狀態(tài)下，也能夠?qū)⒓{米半導(dǎo)體氧化物牢固地結(jié)合于透明電極，由此，具有能夠防止在低溫下納米半導(dǎo)體氧化物容易從透明電極分離的效果。

附圖說(shuō)明

圖1為表示現(xiàn)有技術(shù)的染料敏化太陽(yáng)能電池的概念性剖視圖。

圖2為表示本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的概念性剖視圖。

圖3為表示本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法的流程圖。

圖4為表示本發(fā)明另一實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法的流程圖。

附圖標(biāo)記的說(shuō)明

11：透明電極

12：相對(duì)電極

13、14：柔性基板

20：粘結(jié)層

30：納米半導(dǎo)體氧化物

40：電解質(zhì)

50：催化劑層

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池包括：相互隔開(kāi)規(guī)定間隔設(shè)置的透明電極11及相對(duì)電極12；設(shè)置于上述透明電極11及相對(duì)電極12的外側(cè)的柔性基板13、14；設(shè)置于上述透明電極11的一側(cè) 的粘結(jié)層20；層疊于上述粘結(jié)層20的納米半導(dǎo)體氧化物30；涂敷于上述納米半導(dǎo)體氧化物30的納米粒子的表面的染料高分子；以及填充于上述透明電極11和相對(duì)電極12之間的電解質(zhì)40。

上述透明電極11和相對(duì)電極12相互隔開(kāi)規(guī)定間隔平行地設(shè)置，電解質(zhì)40填充于上述透明電極11和相對(duì)電極12之間的空間。在上述透明電極11和相對(duì)電極12的外側(cè)分別具有柔性基板13、14。

上述柔性基板13、14由柔性(flexible)材質(zhì)的高分子膜形成，以使得能夠制造柔性電池。但是，由于高分子膜材質(zhì)，柔性基板13、14有可能在高溫區(qū)域被熔融或變形。

納米半導(dǎo)體氧化物30被粘結(jié)層20粘結(jié)而設(shè)置于上述透明電極11的內(nèi)側(cè)。

上述粘結(jié)層20由導(dǎo)電性熱熔樹(shù)脂形成。

熱熔(hot melt)樹(shù)脂是以高分子樹(shù)脂為主要原料的、具有使用時(shí)若加熱則被熔融而發(fā)揮粘結(jié)力的性質(zhì)的粘結(jié)劑的一種，通常大多使用乙烯氯乙烯共聚樹(shù)脂(EVA，ethylene vinyl chloride copolymer)，但主要使用聚氨酯(polyurethane)、聚酰胺(polyamide)、聚酯(polyester)及無(wú)規(guī)聚丙烯(atactic polypropylene)等。

在上述粘結(jié)層20上粘結(jié)納米半導(dǎo)體氧化物30。

若上述粘結(jié)層20被加熱熔融，則上述納米半導(dǎo)體氧化物30與導(dǎo)電性熱熔樹(shù)脂以一體粘結(jié)，同時(shí)導(dǎo)電性熱熔樹(shù)脂牢固地粘結(jié)于透明電極11。因此，上述納米半導(dǎo)體氧化物30以粘結(jié)層20為媒介粘結(jié)于上述透明電極11的內(nèi)側(cè)面，從而牢固地固定結(jié)合。

在這里，形成上述粘結(jié)層20的熱熔樹(shù)脂在大致100～120℃的低溫下具有熔點(diǎn)。因此，不影響由在高溫區(qū)域被熔融或變形的高分子膜形成的柔性基板13、14，只使熱熔樹(shù)脂熔融，從而能夠使納米半導(dǎo)體氧化物30粘結(jié)于透明電極11。

即，若施加低溫的熱，則納米半導(dǎo)體氧化物30和柔性基板13、14不熔融或變形，僅粘結(jié)層20熔融，從而能夠使納米半導(dǎo)體氧化物30附 著于透明電極11。

另一方面，形成上述粘結(jié)層20的熱熔樹(shù)脂具有導(dǎo)電性。因此，即使在上述納米半導(dǎo)體氧化物30和透明電極11之間形成粘結(jié)層20，上述納米半導(dǎo)體氧化物30和透明電極11也被通電。

上述納米半導(dǎo)體氧化物30利用通過(guò)TiO₂納米粒子之間的酸處理的化學(xué)燒制來(lái)制造成TiO₂糊形態(tài)。

上述納米半導(dǎo)體氧化物30除了TiO₂之外，作為由納米粒子構(gòu)成的多孔質(zhì)，還可使用SnO₂、ZnO及Nb₂O₅中的一種，當(dāng)然，只要可適用于染料敏化太陽(yáng)能電池，就全部包括在本發(fā)明的范疇中。

在上述納米半導(dǎo)體氧化物30的納米粒子的表面涂敷染料高分子(未圖示)，吸收太陽(yáng)光而成為激發(fā)狀態(tài)來(lái)生成電子，所生成的電子被移送到TiO₂納米半導(dǎo)體氧化物30，并通過(guò)透明電極11向外部傳遞。因吸收太陽(yáng)光而被氧化的染料從電解質(zhì)40溶液接收電子，而還原為原來(lái)的狀態(tài)。

此時(shí)所使用的電解質(zhì)40如I^-/I₃^-那樣由氧化還原類構(gòu)成，作為I^-離子源(source)使用LiI、NaI、堿性碘化銨或碘化咪唑鎓等，I₃^-離子將I₂溶解于溶劑來(lái)生成。電解質(zhì)的介質(zhì)可使用乙腈(acetonitrile)之類的液體或聚偏氟乙烯(PVDF，polyvinylidene fluoride)之類的高分子。I^-執(zhí)行向染料分子提供電子的作用，被氧化的I₃^-接收到達(dá)相對(duì)電極的電子而再次還原為I^-。

在上述相對(duì)電極12的內(nèi)側(cè)還可具有由Pt形成的催化劑層50。

參照?qǐng)D2及圖3，說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造方法。

首先，制造糊(paste)狀態(tài)的納米半導(dǎo)體氧化物30。

若糊狀態(tài)的納米半導(dǎo)體氧化物30準(zhǔn)備完畢，則在透明電極11上形成粘結(jié)層20。

在形成上述粘結(jié)層的步驟中，涂敷熱熔粘結(jié)劑來(lái)形成粘結(jié)層。

在圖3的實(shí)施例中，熱熔粘結(jié)劑由液相或糊(paste)狀態(tài)的熱熔(hot melt)樹(shù)脂形成，涂敷于透明電極11上。

另一方面，如圖4所示，粘結(jié)層20可由兩面具有粘結(jié)劑的熱熔膜形成。

在本實(shí)施例中，粘結(jié)層20由熱熔(hot melt)樹(shù)脂制造成薄膜形態(tài)，并在上述薄膜的兩面涂敷粘結(jié)劑，從而整體上起到如雙面膠帶的功能。

像這樣，也可使形成為如雙面膠帶的熱熔膜粘結(jié)于透明電極11來(lái)形成粘結(jié)層20。

若在透明電極11上已形成粘結(jié)層20，則在粘結(jié)層20層疊制造成糊狀態(tài)的納米半導(dǎo)體氧化物30。

在透明電極11涂敷有液相或糊(paste)狀態(tài)的熱熔(hot melt)粘結(jié)劑的情況下，納米半導(dǎo)體氧化物30附著于熱熔粘結(jié)劑本身，而熱熔膜的情況下，在設(shè)置于其表面的兩面粘結(jié)劑附著納米半導(dǎo)體氧化物30。

在本實(shí)施例的層疊步驟中，在粘結(jié)層20上將糊(paste)狀態(tài)的納米半導(dǎo)體氧化物進(jìn)行絲網(wǎng)印刷(screen printing)來(lái)涂敷。

在這里，也可將納米半導(dǎo)體氧化物制造成薄膜形態(tài)來(lái)附著于粘結(jié)層20。并且，在進(jìn)行絲網(wǎng)印刷(screen printing)的情況下，也可將納米半導(dǎo)體氧化物制造成液相。

若在粘結(jié)層20上已層疊納米半導(dǎo)體氧化物30，則加熱粘結(jié)層20使其熔融。

若在粘結(jié)層20上層疊有納米半導(dǎo)體氧化物30的狀態(tài)下加熱，則形成粘結(jié)層20的熱熔粘結(jié)劑或薄膜被熔融，同時(shí)牢固地粘結(jié)于納米半導(dǎo)體氧化物30及透明電極11。

此時(shí)，在加熱步驟中，以100～120℃的比較低的溫度進(jìn)行加熱，從而防止柔性基板13、14或納米半導(dǎo)體氧化物30被熔融或變形。

以上，通過(guò)具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，但這僅用于具體說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于此，能夠明確的是，本發(fā)明能夠在本發(fā)明的技 術(shù)思想內(nèi)由本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員進(jìn)行變形或改良。

本發(fā)明的簡(jiǎn)單的變形或變更均屬于本發(fā)明的領(lǐng)域，本發(fā)明的具體保護(hù)范圍能夠根據(jù)所附的權(quán)利要求范圍來(lái)明確。