CN102103929B - 染料敏化太阳能电池组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种染料敏化太阳能电池组件及其制造方法。所述染料敏化太阳能电池组件包括能够选择性印刷在仅所希望的区域上并用于形成金属氧化物膜的溶液。金属氧化物膜形成用溶液能够选择性印刷在仅金属氧化物纳米颗粒的表面上，而不会影响电极的导电性和夹在透明电极之间的密封剂。因此，所述染料敏化太阳能电池组件能够极大地改善输出效率。此外，所述染料敏化太阳能电池组件能够在更大的尺寸下防止输出效率的劣化。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.119要求2009年12月18日递交的韩国专利申请10-2009-0127437号的优先权，在此将其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及一种染料敏化太阳能电池及其制造方法，更具体而言，本公开涉及具有能够选择性印刷在金属氧化物纳米颗粒表面上的溶液的染料敏化太阳能电池及其制造方法。
背景技术
为了满足近来日益增长的能源需求，已经开发出将太阳光能量转化为电能的各种太阳能电池。太阳能电池包括CIGS(铜铟镓(二)硒化物)太阳能电池、硅类太阳能电池、染料敏化太阳能电池、半导体太阳能电池等等。
通常，太阳能电池利用外来光在其半导体中产生电子-空穴对。在电子-空穴对中，通过在p型半导体和n型半导体之间产生的电场，电子移向n型半导体，空穴移向p型半导体。由此，产生电力。
太阳能电池利用被视为无尽的能源的太阳光。因此，与其他能源不同，太阳能电池是环境友好的。此外，自最初在1983年得到发展之后，由于能源问题硅太阳能电池近来受到全世界的广泛关注。
硅太阳能电池由于硅的供应问题导致了激烈的国际竞争，因而增大了它们的生产成本。此外，虽然国内和国外许多研究机构提出了许多针对性的措施，但仍然很难解决上述问题。作为解决尖锐的能源问题的对策，瑞士EPEL(Ecole PolytechniqueFederale de Lausanne)的MG(Micheal Grazel)提出了染料敏化太阳能电池。
与硅太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池作为具有光学、电学和化学性质的太阳能电池，其配置为包含光敏染料分子和过渡金属作为主要材料。光敏染料分子能够通过吸收可见光而产生电子-空穴对。过渡金属用于传输所生成的电子。
这样的染料敏化太阳能电池的制造成本低于现代的硅太阳能电池。此外，染料敏化太阳能电池由于其电极透明而可应用于建筑物、温室等的外玻璃窗。
根据染料敏化太阳能电池的电子传输体系，在由光激发的染料分子中产生电子-空穴对。电子-空穴对中包含的部分电子通过金属氧化物纳米颗粒之间的界面形成的迁移路径迁移到一个透明电极(以下称为“透明负极”)，之后经由透明负极供应至外电阻(即，作为负载的外电路)。另一方面，残余的电子向另一个透明电极(以下称为“透明正极”)迁移，并通过金属氧化物纳米颗粒与透明正极之间的电解质的氧化还原反应返回至染料分子。作为电子传输体系中影响太阳能电池的转化效率的因素，那就是在染料分子的激发态中电子和空穴必须易于相互分离，而且分离出的电子必须经金属氧化物颗粒间的无任何电阻的路径迁移向透明负极。特别是，如果电子迁移路径中存在缺陷，则会导致电子的损失。然而，由于一般的金属氧化物纳米颗粒的粒径范围为约10nm～12nm，且金属氧化物纳米颗粒形成的层的厚度范围为10μm～15μm，因而很难制备没有任何缺陷的电子迁移路径。
为了解决上述问题，已经提出了单元件太阳能电池(以下称为“单个太阳能电池”)，其包括在纳米颗粒的表面上形成的厚度范围为数纳米至数十纳米的金属氧化物膜。纳米颗粒表面上的金属氧化物膜使用通常用作后处理溶液的粘性较弱的二氧化钛溶液形成。该二氧化钛溶液由于粘性较弱而不能被选择性印刷。如此，该二氧化钛溶液可应用于单个太阳能电池，却不能应用于分成多个太阳能电池的配置有金属电极层的太阳能电池组件。这造成当二氧化钛溶液应用于太阳能电池组件时在电极上形成了金属氧化物膜，以致内阻增大，输出效率降低。
因此，需要一种能够选择性印刷在仅所希望的区域上并用于形成金属氧化物膜的溶液，从而极大地改善染料敏化太阳能电池组件的转化效率并防止大尺寸染料敏化太阳能电池组件中的转化效率的劣化(转化效率的劣化相当于明显缺点)。
发明内容
因此，本发明的实施方式涉及基本上消除了因相关技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题的染料敏化太阳能电池组件及其制造方法。
本发明的实施方式的一个目的是提供一种包括能够选择性印刷在仅所希望的区域上并用于形成金属氧化物膜的溶液的染料敏化太阳能电池组件及其制造方法。
本发明实施方式的其他特征和优点将在下面的描述中进行阐述，且将部分地由描述变得显而易见，或者可以通过实施这些实施方式来了解。本发明实施方式的优点将会通过说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
根据本发明实施方式的一个总的方面，一种染料敏化太阳能电池组件包括：第一基板；布置在所述第一基板上的第一电极；布置在所述第一电极上的阻挡膜；设置在所述阻挡膜上的纳米颗粒；形成为包围各个所述纳米颗粒的膜；具有布置在所述纳米颗粒之上的第二电极的第二基板；夹在所述第一电极和第二电极之间的电解质；和形成为使所述第一电极与所述第二电极连接的金属导电线。
根据本发明实施方式的另一方面，所述染料敏化太阳能电池组件的制造方法包括：在第一基板上形成第一电极；在所述第一电极上形成金属导电线；在所述第一电极上形成阻挡膜；在所述阻挡膜上形成纳米颗粒；形成配置为包围各个所述纳米颗粒的膜；形成第二基板，第二基板包括布置在所述纳米颗粒之上的第二电极；和在所述第一电极和第二电极之间注入电解质。通过使二氧化钛有机溶胶溶液保留而形成所述膜。
在观察随后的附图和详细描述之后，其他体系、方法、特征以及优点将会或将变成对本领域技术人员显而易见。所有这些其他体系、方法、特征以及优点应包括在本描述中，在本发明的范围内，受到随后的权利要求的保护。本部分中无任何内容应被认为是对那些权利要求的限制。更多的方面和优点将在下面结合实施方式讨论。应该理解的是，本公开的上述一般描述和下述详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供所要求保护的本公开内容的进一步解释。
附图说明
附图被包括在本申请中以提供对实施方式的进一步理解，且并入到本申请中且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本公开内容。附图中：
图1是显示本公开的实施方式的染料敏化太阳能电池组件的截面图；
图2是显示本公开的实施方式的染料敏化太阳能电池组件中包括的单元电池的截面图；
图3是表示本公开的实施方式的染料敏化太阳能电池组件中使用的染料物质的化学式；和
图4是对比显示本发明实施方式的和对比实施方式的染料敏化太阳能电池组件的电流-电压曲线的图。
具体实施方式
在本公开中，会理解到，在实施方式中，当一个元件(诸如基板、层、区域、膜或电极)形成在另一个元件“上”或“下”时，其可以是直接位于所述另一元件上或下，或者也可以存在介入元件(即间接地)。术语一个元件的“上”或“下”将根据附图来确定。在附图中，为清楚起见，元件的边可以被夸大，但是这并不代表元件的实际尺寸。
下面将详细描述本发明的实施方式，其实例在附图中图示。
图1是显示本公开的实施方式的染料敏化太阳能电池组件的截面图。图2是显示本公开的实施方式的染料敏化太阳能电池组件中包括的单元电池的截面图。
参见图1和2，本公开的实施方式的太阳能电池组件包括：第一基板100、第一电极200、阻挡膜210、光吸收层300、第二电极400、第二基板500、密封剂600和金属导电线700。光吸收层300包括染料310、纳米颗粒320、膜350和电解质330。第二电极400包括催化电极410和透明电极420。
第一基板100是透明的绝缘体。作为第一基板100，可以使用玻璃基板、石英基板或塑料基板。塑料基板可由选自包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)及其共聚物的材料组中的一种材料形成，但并不限于此。第一基板100可掺杂有选自包括钛、铟、镓和铝的材料组中的一种材料。
在第一基板100上设置第一电极200。第一电极200可形成为包括导电性金属氧化物膜。导电性金属氧化物膜可以为选自包括铟-锡氧化物(ITO)、氟-锡氧化物(FTO)、ZnOGa2O3、ZnOAl2O3、锡类复合氧化物、锑-锡氧化物(ATO)、氧化锌及其混合物的材料组中的一种材料，更优选氟掺杂的二氧化锡(F:SnO2)。
在第一电极200上设置阻挡膜210。阻挡膜210由金属氧化物形成。作为选择，阻挡膜210也可由二氧化钛形成。该阻挡膜210可改善与将在后形成的纳米颗粒320的接触力。
在第一电极200上设置光吸收层300。光吸收层300配置为包含染料310、纳米颗粒320、膜350和电解质330。
纳米颗粒320可由选自包括以硅为代表的半导体、化合物半导体、具有钙钛矿结构的化合物等的材料组中的一种材料形成。
作为半导体的一个实例，可以使用n型半导体，其能够使导带中的电子成为光激发状态中的载流子。化合物半导体可以为包含选自包括钛、锡、锌、钨、锆、镓、铟、钇、铌、钽和钒的组中的一种材料的金属氧化物。优选的是，金属氧化物使用氧化钛、氧化锡、氧化锌、氧化铌、氧化钛锶及其混合物中的一种材料。更优选的是，利用锐钛矿型氧化钛作为金属氧化物。这些半导体并不限于以上指定的材料。换言之，各种上述材料以及至少两种上述材料的混合物均可作为各种半导体使用。
假定本发明实施方式中包括的纳米颗粒320是金属氧化物纳米颗粒。在该情况中，氧化钛纳米颗粒可用作金属氧化物纳米颗粒。
纳米颗粒320的平均直径可以为约1nm～500nm。优选的是，纳米颗粒的平均直径在约1nm～100nm的直径范围内。更优选的是，纳米颗粒的平均直径变为10nm～20nm的直径范围。该纳米颗粒可以仅包括混合的大直径颗粒与小直径颗粒。此外，使用的纳米颗粒可具有多层结构。
如上所述，在金属氧化物纳米颗粒用作纳米颗粒的情况中，金属氧化物纳米颗粒可以以金属氧化物颗粒薄膜的形状设置在阻挡膜210上。通过喷射金属氧化物纳米颗粒，在阻挡膜210上可以形成金属氧化物颗粒薄膜。作为选择，阻挡膜210上的金属氧化物颗粒薄膜可通过使用第一基板(即，第一电极200)作为电极的电提取法而被提取。以不同的方式，通过将包含金属氧化物颗粒的糊膏涂布在阻挡膜210上，然后对涂布的糊膏进行干燥、硬化和塑炼过程之一，在阻挡膜210上可形成金属氧化物纳米颗粒薄膜。通过水解金属氧化物纳米颗粒浆料或金属氧化物纳米颗粒前体可以获得包含金属氧化物纳米颗粒的糊膏。
各个膜350形成在各纳米颗粒320的表面上。如此，膜350可包围各纳米颗粒320。考虑到这一点，膜350可配置有多个胶囊化膜350。此外，膜350可以由金属氧化物形成。金属氧化物可以是二氧化钛。这样的膜350能够防止金属氧化物纳米颗粒320之间的界面中产生的电子的损失。下面将详细说明膜350。
染料310吸收外部光线并产生受激电子。该染料310可附着于膜350的表面，胶囊化膜350的表面。
电解质330可以使用氧化还原电解质。更具体而言，选自下述材料组中的一种材料可以用作电解质330，所述材料组包括含有卤素化合物和卤素分子的卤素氧化还原类电解质、金属氧化还原类电解质、有机氧化还原类电解质等等。金属氧化还原类电解质包括金属络合物等。金属络合物包括氰亚铁酸盐-亚铁氰化物离子络合物、二茂铁-铁氰化物鎓离子络合物、钴络合物等。有机氧化还原类电解质包括烷基硫醇-烷基二硫化物、紫精染料、氢醌-醌等。优选的是，电解质330使用卤素氧化还原类电解质中的一种材料。
作为卤素氧化还原类电解质中包含的卤素分子的一个实例，优选使用碘分子。此外，卤素化合物可以是卤化的金属盐、卤素的有机铵盐或二碘化物。卤化的金属盐包括LiI、NaI、CaI2、MgI2、CuI等。卤素的有机铵盐包括四烷基碘化铵、碘化咪唑鎓、碘化吡啶鎓等。
氧化还原电解质可以以溶液的形式使用或提供。在该情况中，该溶液可包含电化学惰性的溶剂。详细地说，可以使用选自以下组中的一种物质作为所述电化学惰性的溶剂，所述组包括乙腈、碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、3-甲氧基丙腈、甲氧基乙腈、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丁内酯、二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、1，3-二氧戊环、甲酸甲酯、2-甲基四氢呋喃、3-甲氧基-噁唑烷-2-酮、环丁砜、四氢呋喃、水等。更优选的是，电化学惰性的溶剂是乙腈、碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、3-甲氧基丙腈、乙二醇、3-甲氧基-噁唑烷-2-酮、丁内酯等中的一种。上述溶剂可以单独使用，也可以作为至少两种的混合物使用。
在光吸收层300上布置第二电极400。第二电极400可配置为包括催化电极410和透明电极420。
催化电极410用于激活氧化还原对。该催化电极410可由导电材料制成。所述导电材料可包括铂、金、钌、钯、铑、铱、锇、碳、氧化钛、导电性大分子材料等。
透明电极420可由透明材料制成。更具体而言，透明电极420可由选自包括铟锡氧化物、氟锡氧化物、锑锡氧化物、氧化锌、氧化锡、ZnO-Ga2O3、ZnO-Al2O3等的材料组中的一种材料制成。
为增强催化电极410与第一电极210之间的氧化还原反应的催化效果，与第一电极210相对的催化电极410优选形成为提供大表面积的精细结构。此外，优选的是，由铂或金形成的催化电极410必须变为黑色，由碳形成的催化电极410必须具有多孔状态。铂的黑色状态可以通过进行阳极氧化处理、氯铂酸处理或用于铂的其他处理来形成。多孔状态的碳可以通过烧结碳颗粒或塑炼有机聚合物而获得。
与第一基板100类似，第二基板500也是透明的绝缘体。作为第二基板500，可以使用玻璃基板、石英基板或塑料基板。塑料基板可由选自包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)等的材料组中的一种材料形成。
在第一基板100和第二基板500之间夹有密封剂600。密封剂600形成为界定单元电池。此外，密封剂600可具有导电性。由密封剂界定的单元电池填充有通过注入孔(未示出)注入的电解质330。此外，密封剂600布置在金属导电线700的侧面上。该密封剂600可防止金属导电线700被电解质330损害。
金属导电线700将第一电极200与第二电极400连接。换言之，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件利用金属导电线700使单元电池彼此连接。金属导电线700可由具有导电性的金属制成。例如，金属导电线700可以为银导线。
本发明实施方式的金属氧化物膜350可分别包围纳米颗粒320。此外，金属氧化物膜350可以是二氧化钛膜。该金属氧化物膜350可防止金属氧化物纳米颗粒320之间的界面中产生的电子的损失。换言之，金属氧化物膜350使由染料中吸收的光生成的激发电子向第一电极200传输。
作为选择，金属氧化物膜350由二氧化钛有机溶胶溶液形成。在该情况中，金属氧化物膜350可以仅在纳米颗粒320的表面的一部分上形成，原因是二氧化钛有机溶胶溶液具有粘性。这是由于二氧化钛有机溶胶溶液包含以溶胶态存在于作为分散介质的有机溶液中的二氧化钛所导致的。二氧化钛有机溶胶溶液可具有3～5厘泊(CP)的粘度范围。
上述的由二氧化钛有机溶胶溶液形成的金属氧化物膜350由于其对二氧化钛纳米颗粒的优异的粘附力而不会向阻挡膜210的方向流下。这样，金属氧化物膜350仅在金属氧化物纳米颗粒320的表面上形成。据此，在金属氧化物纳米颗粒320之间的界面中形成金属氧化物膜350。此外，二氧化钛有机溶胶溶液不仅不会浸透密封剂600，而且也不会接触金属导电线700，即使其向下流至阻挡膜210。这就是二氧化钛有机溶胶溶液具有粘性的原因。如此，由于该金属氧化物膜350，在金属氧化物纳米颗粒320之间的界面中几乎不会发生因金属氧化物膜350导致的电子的损失。因而，激发电子可有效地向第一电极200传送。此外，由于激发电子到达第一电极200的迁移路径因金属氧化物膜350而缩短，从而能够更有效地传送激发电子。
本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件使第一电极200与金属导电线700直接接触。换言之，第一电极200与金属导电线700相互直接接触，而无需在第一电极200和金属导电线700之间插入金属氧化物膜350。这样，第一电极200和金属导电线700不会影响染料敏化太阳能电池组件的内阻。因此，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件能够防止由其内阻造成的转化效率的下降。此外，所述染料敏化太阳能电池组件能够防止因尺寸变大造成的转化效率的下降。此外，二氧化钛有机溶胶溶液能够选择性印刷在仅对应于所希望的区域的金属氧化物纳米颗粒的表面上，而不会影响夹在透明电极之间的密封剂600。
下面将举例说明使用二氧化钛作为金属氧化物的本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件的制造方法，但并不限于此。
1.实施方式：染料敏化太阳能电池组件的制造
(1)二氧化钛有机溶胶溶液的调配过程
将二乙醇胺和136ml四丁氧基钛溶解在乙醇中，并与乙醇一同剧烈搅拌大约1小时。随后，将7ml水与200ml乙醇的混合溶液缓慢滴入溶解搅拌的溶液中，并与溶解搅拌的溶液一起再次搅拌大约1天，由此制备二氧化钛有机溶胶。使用旋转蒸发仪将通过上述过程获得的二氧化钛有机溶胶溶液浓缩为约100ml的量。浓缩的二氧化钛有机溶胶溶液于大约5℃的低温存储在气密性容器中。
(2)电极基板的形成过程
将单块的FTO玻璃切割成两块尺寸为10cm×10cm的基板，由此制备待用作工作电极和对电极的FTO玻璃基板。单块的FTO玻璃是导电玻璃，被覆有FTO(氟掺杂的氧化锡)膜。使用玻璃清洁剂对FTO玻璃基板进行约10分钟的超声波洗涤，然后用蒸馏水从FTO玻璃基板上完全除去含清洁剂的水。随后，使用乙醇对FTO玻璃基板进行两次大约15分钟的超声波洗涤。之后，用无水乙醇彻底清洗FTO玻璃基板，并在100℃的烘箱内干燥。使用输出波长为1064nm的激光束的光纤激光蚀刻机，沿着太阳能电池组件的图案蚀刻如上制备的各FTO玻璃基板上的FTO膜，蚀刻的线宽为60μm，相当于电池之间的边界。此时，光纤激光蚀刻机的激光束以12.5W的功率输出，以800mm/秒的速度移动。之后，通过丝网印刷工艺将银(Ag)糊膏印刷在各FTO玻璃基板上，该基板将用作正极基板和负极基板。银糊膏用于形成银导电线，将其配置为厚度约14μm和宽度0.5mm，并用作连接太阳能电池组件中相邻电池的正极和负极(即，第一电极200和第二电极400)的内部连线。各FTO玻璃基板上的印刷的银糊膏于450℃的温度退火30分钟，由此形成银(Ag)导电线。
(3)工作电极的形成过程
在蚀刻过的并形成有银导电线的FTO玻璃基板之一(以下称为“负极基板”)的表面上(即，在用于第一电极200(或透明负极)的残留的FTO膜上)形成用于改善透明电极与二氧化钛纳米颗粒之间的接触力的二氧化钛阻挡膜。为此，将具有透明负极的负极基板在于70℃的温度加热的40ml氯化钛(IV)溶液中浸泡约40分钟，之后用蒸馏水洗涤，然后在温度为100℃的烘箱内干燥以完全除去水分。随后，通过丝网印刷机利用掩模将CCIC(Chine Commodities Inspection Corporation)的二氧化钛糊膏(18-NRT)印刷在透明负极上，所述掩模包括排列在大小为10cm×10cm的印刷区域中的电池图案。将印刷有糊膏的负极基板在温度为100℃的烘箱内以20分钟的间隔干燥4次，然后在480℃的温度塑炼30分钟，由此制备覆盖有以大约10μm的厚度设置的二氧化钛纳米颗粒的负极基板。厚度为约10μm的二氧化钛纳米颗粒层将用作工作电极。
(4)工作电极上的二氧化钛膜的形成过程
通过使用具有400目的不锈钢丝网的丝网印刷机，将如上制备的有机溶胶溶液印刷在设置有二氧化钛阻挡膜和银(Ag)导电线的负极基板上，所述丝网具有与二氧化钛糊膏的印刷过程中所用的相同的图案。然后，负极基板上的印刷的有机溶胶溶液在温度为450℃的烘箱内烧结约90分钟，使得二氧化钛膜均匀地形成在纳米颗粒层上。
上述退火过程之后，使具有二氧化钛膜的负极基板在钌类有机金属染料(N-719)/无水乙醇的溶液(密度为40nM)中浸泡约24小时，以使染料被吸收并附着于氧化钛膜。随后，未被吸收的残留染料用乙醇完全洗去，之后将吸收有染料的负极基板在60℃的温度干燥10分钟。
(5)对电极的形成过程
在进行了激光蚀刻处理和银(Ag)导电线印刷处理的10cm×10cm尺寸的FTO玻璃基板(或透明电极基板)中的另一片(以下称为“正极基板”)中利用直径为0.5mm的金刚石钻头(例如，Dremel multipro 395)形成两个穿孔。所述穿孔用于将电解质注入到每个电池中。然后，将正极基板使用蒸馏水洗涤，并在100℃的温度干燥30分钟。之后，使用具有与二氧化钛膜的形成过程中所用相同的图案的不锈钢丝网(325目)将具有高粘度的透明混合溶液印刷在具有穿孔的正极基板上。将六氯铂酸(H2PtCl6)和2-丙醇以1∶2的体积比混合，然后搅拌30分钟，由此预先制得透明的混合溶液。接着，在温度为100℃的烘箱内干燥正极基板以从印刷的混合溶液中除去有机溶剂，然后使带有印刷的透明混合溶液的正极基板在温度为400℃的烘箱内烧结30分钟，由此在正极基板上形成对电极，其用作催化电极410。
(6)工作电极与对电极的粘结过程
通过以下方式使负极基板和正极基板(即，两个透明电极基板)组合在一起：将厚度为1mm～2mm的Surlyn条放置在银(Ag)导电线上和负极基板的边缘上，并使用热压机粘结这两个基板。以使得工作电极和对电极彼此相对的方式对这两个基板进行该组合过程。电解质溶液通过两个穿孔注入到组合的基板之间，穿孔形成在对基板(即，透明的正极基板)中，然后用Surlyn条和盖玻片密封，由此制造染料敏化太阳能电池组件。通过使用3-甲氧基丙腈为溶剂溶解0.1M LiI、0.05M I2、0.6M 1-己基-2，3-二甲基碘化咪唑鎓和0.5M 4-叔丁基吡啶而预先制得电解质溶液。
(7)光电流-电压的测量过程
将如上制造的夹层电池在该夹层电池与AM(air mass)1.5模拟滤镜连接的状态下使其接触来自氙灯(Yamashita Denso，300W Xe弧光灯)的光，利用源测量单元(Keithley 2400源测量单元)获得电压-电流特性曲线。在该测定中，电势设定为-6.0V～0.0V的电压范围，并且光强度设定为100mW/cm2。为了补偿在AM(air mass)1.5照度下的电流，采用NREL(National Renewable Energy Laboratory)检验的光电二极管。
2.对比实施方式
对比实施方式的染料敏化太阳能电池组件的制造方法包括与本发明的制造方法中的相同的过程，不同之处在于省略使用二氧化钛有机溶胶溶液印刷二氧化钛膜的过程和使印刷膜退火的过程。
对根据本发明实施方式和对比实施方式各自制得的两个染料敏化太阳能电池组件进行试验。本发明实施方式的和对比实施方式的染料敏化太阳能电池组件的试验结果如下表1中所列。
表1
表1中，“Isc”是短路电流，“Jsc”是单位面积的短路电流。“Jsc”相当于太阳能电池未与外部电阻(或外电路)连接的状态下的太阳能电池接触光时的电流密度。该“Jsc”取决于传送至外电路的未因相互复合而损失的电子和空穴的数量。此外，“Voc”是开路电压，表示太阳能电池的输出电流变为“0”时的太阳能电池的电压。“FF(填充因子)”用作太阳能电池的特征或指标，表示在光照下测定的太阳能电池组件的电流-电压曲线与四边形的相似性。通过将最大电功率点的电流密度Jmax和电压Vmax相乘的值除以Voc和Jsc相乘的值而获得该“FF”。换言之，“FF”对应于于“(Vmax×Jmax)/(Voc×Joc)”的计算值。此外，“PCE”表示太阳能电池中产生的最大电功率与进入太阳能电池中的入射光的能量之比。
由表1和图4的图示可以看出，显然，包括由氧化钛有机溶胶形成的氧化钛膜的本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件的转化效率比不具有氧化钛膜的对比实施方式更高。详细地说，与对比实施方式相比，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件的效率范围高出约(6.00-4.54)×100/4.54＝32.2％至(6.08-442)×100/4.42＝37.6％。
此外，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件的制造方法在使用二氧化钛有机溶胶形成二氧化钛膜350之后可进一步进行二氧化钛膜的涂布过程。在该情况中，二氧化钛纳米颗粒之间的界面中的电子损失变得少很多。更具体而言，尽管二氧化钛纳米颗粒320具有聚集在一起形成聚集体的性质，但首先形成了二氧化钛膜350，然后又形成了另一个二氧化钛膜，使得二氧化钛纳米颗粒的聚集性质变得弱很多。据此，激发电子更为快速有效地向第一电极200传送。这样，传送至第一电极200的受激电子的数量极大地增多。因此染料敏化太阳能电池组件的转化效率可以变得大很多。
此外，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件形成方法中的金属氧化物膜350的形成过程可以使用丝网印刷法、喷墨印刷法、狭缝式涂布法和刮片法中的一种对金属氧化物纳米颗粒320进行选择性印刷。换言之，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件形成方法通过利用丝网印刷法、喷墨印刷法、狭缝式涂布法和刮片法中的一种涂布二氧化钛有机溶胶溶液而可以仅在金属氧化物纳米颗粒上形成金属氧化物膜，而不在金属导电线700上形成金属氧化物膜。
如上所述，本发明实施方式的染料敏化太阳能电池组件包括可选择性印刷的金属氧化物膜形成用溶液。详细地说，所述金属氧化物膜形成用溶液可选择性印刷在仅金属氧化物纳米颗粒的表面上，而不会影响透明电极的导电性和夹在透明电极之间的密封剂600。因此，所述染料敏化太阳能电池组件能够极大地改善转化效率。此外，所述染料敏化太阳能电池组件能够防止在较大尺寸下转化效率的劣化。
尽管参照多个示例性实施方式描述了实施方式，但应理解的是，本领域技术人员可设计出将会落入本公开的原理的实质和范围内的许多其他修改和实施方式。更具体地，在本公开、附图以及所附的权利要求的范围内，在主题组合设置的组成部分和/或设置方式中可以做出各种变型和修改。除了组成部分和/或设置方式中的变型和修改之外，替换使用对于本领域技术人员也是显而易见的。
Claims (10)
1.一种染料敏化太阳能电池组件，所述染料敏化太阳能电池组件包括：
第一基板；
布置在所述第一基板上的第一电极；
布置在所述第一电极上的阻挡膜；
设置在所述阻挡膜上的纳米颗粒；
形成为包围各个所述纳米颗粒的膜；
具有布置在所述纳米颗粒之上的第二电极的第二基板；
夹在所述第一电极和第二电极之间的电解质；和
形成为使所述第一电极与所述第二电极连接的金属导电线，
其中，通过使二氧化钛有机溶胶溶液保留而形成所述膜；
其中，所述二氧化钛有机溶胶溶液具有3～5厘泊的粘度范围。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述膜布置在所述纳米颗粒的表面的一部分上。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述阻挡膜、所述纳米颗粒和所述膜由金属氧化物形成。
4.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述金属氧化物包括二氧化钛。
5.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述金属导电线配置为相互直接接触。
6.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述金属导电线含有银。
7.一种制造染料敏化太阳能电池组件的方法，所述方法包括：
在第一基板上形成第一电极；
在所述第一电极上形成金属导电线；
在所述第一电极上形成阻挡膜；
在所述阻挡膜上形成纳米颗粒；
形成配置为包围各个所述纳米颗粒的膜；
形成第二基板，所述第二基板包括布置在所述纳米颗粒之上的第二电极；和
在所述第一电极和第二电极之间注入电解质，
其中，通过使二氧化钛有机溶胶溶液保留而形成所述膜；
其中，所述二氧化钛有机溶胶溶液具有3～5厘泊的粘度范围。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述膜形成在所述纳米颗粒的表面的一部分上。
9.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括在形成配置为包围各个所述纳米颗粒的所述膜之后涂布膜。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述膜的形成通过丝网印刷法、喷墨印刷法、狭缝式涂布法和刮片法中的一种进行。
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