CN102105997B - 染料敏化太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的制造方法，该染料敏化太阳能电池的制造方法包括形成光电极层并在上述光电极层吸附染料的工序，其特征在于，还包括在上述吸附染料的工序之前对上述光电极层照射紫外线的步骤。由此，通过紫外线的照射，不仅可以分解、清除残留在光电极层的有机物及污染物，而且组成上述光电极层的物质本身起到光催化剂作用，因此，利用紫外线的照射自然地激发电子而活化，周边的H2O、O2就会获得该电子而分解周边的有机物，在吸附染料之前清洗光电极层的表面，从而改善吸附效率，并且通过紫外线的照射而活化光电极层，使吸附变得更容易，另外增加了染料吸附效率，从两个方面大大地改善了染料吸附效率，从而可以得到改善太阳能电池的光电转换效率的效果。

Description

染料敏化太阳能电池的制造方法
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，更详细的涉及如下的染料敏化太阳能电池的制造方法，该方法通过紫外线的照射，不仅可以分解、清除残留在光电极层的有机物及污染物，而且组成上述光电极层的物质本身起到光催化剂作用，因此，利用紫外线的照射自然地激发电子而活化，周边的H2O、O2就会获得该电子而分解周边的有机物，在吸附染料之前清洗光电极层的表面，从而改善吸附效率，并且通过紫外线的照射而活化光电极层，使吸附变得更容易，另外增加了染料吸附效率，从两个方面大大地改善了染料吸附效率，从而可以得到改善太阳能电池的光电转换效率的效果。
背景技术
1991年瑞士国立洛桑高等技术学院(EPFL)的迈克尔格莱才尔(MichaelGratzel)的研究小组开发了染料敏化纳米粒子氧化钛太阳能电池后，进行了很多关于该领域的研究。染料敏化太阳能电池相比于现有的硅系太阳能电池制造成本显著低，因此，具有能够代替现有的非晶质硅系太阳能电池的可能性，并且，与硅系太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池是以能够通过吸收可见光而生成电子-空穴对的染料分子和传递所生成的电子的过渡金属氧化物作为主要组成材料的光电化学太阳能电池。
一般的染料敏化太阳能电池的单位电池结构具有以下结构：以上、下部透明基板和分别形成在该透明基板的表面的透明导电性氧化物(TCO)所组成的导电性透明电极为基本，在相当于第一电极的一侧的导电性透明电极上形成有其表面吸附有染料的过渡金属氧化物多孔质层，在相当于第二电极的另一侧导电性透明电极上形成有催化剂薄膜电极，在上述过渡金属氧化物(例如TiO2)多孔质电极与催化剂薄膜电极之间填充有电解质。即，染料敏化太阳能电池以在涂布了附着有受到光照而产生电子的染料的光电极(TiO2)材料的光电极基板与供应电子的催化剂电极基板之间填充给氧化的染料供应电子的电解质为基本而构成，这样的染料敏化太阳能电池的光电转化效率由在上述光电极上良好地吸附有多少染料而将光转换为电来决定。
但是，一般情况下，构成染料敏化太阳能电池的光电极部的过渡金属氧化物多孔质层(多孔质光电极层)(TiO2)是将TiO2paste成膜并进行热处理，不仅除去构成浆料的有机物，而且连接(necking)TiO2纳米粒子，使从染料注入的电子的移动顺畅。
但是，在上述过程中，可能在上述多孔质光电极层(TiO2)内部残留来自浆料等的残留有机物或通过工序而产生污染的部分，此时，在构成多孔质光电极层的TiO2表面不能有效地化学吸附染料。
因此，迫切需要开发在包括上述的过渡金属氧化物多孔质层的光电极层能够更多更好地吸附染料的制造方法。
发明内容
技术课题
为了解决上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供如下的染料敏化太阳能电池的制造方法，该方法不仅可以分解、清除残留在光电极层的有机物及污染物，而且通过组成上述光电极层的物质来分解周边的有机物，在吸附染料之前清洗光电极层的表面，通过光电极层活化，使吸附变得更容易，增加了染料吸附效率，从而可以得到改善太阳能电池的光电转换效率的效果。
技术上的解决方案
为了达到上述目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，该染料敏化太阳能电池的制造方法包括形成光电极层并在上述光电极层吸附染料的工序，其特征在于，还包括在上述吸附染料的工序之前对上述光电极层照射紫外线的步骤。
有利的效果
根据本发明的染料敏化太阳能电池的制造方法，通过紫外线的照射，不仅可以分解、清除残留在光电极层的有机物及污染物，而且组成上述光电极层的物质本身起到光催化剂作用，因此，利用紫外线的照射自然地激发电子而活化，周边的H2O、O2就会获得该电子而分解周边的有机物，在吸附染料之前清洗光电极层的表面，从而改善吸附效率，并且通过紫外线的照射而活化光电极层，使吸附变得更容易，另外增加了染料吸附效率，从两个方面大大地改善了染料吸附效率，从而可以得到改善太阳能电池的光电转换效率的效果。
附图说明
图1是表示在本发明的染料敏化太阳能电池制造方法中，在光电极层产生光催化剂特性时的清洗机理的示意图。
具体实施方式
以下更详细地说明本发明。
本发明的染料敏化太阳能电池的制造方法是在包括形成光电极层并在上述光电极层吸附染料的工序的染料敏化太阳能电池的制造方法中，还包括在吸附上述染料的工序之前对上述光电极层照射紫外线的步骤。
参照附图对此进行详细说明。
即，染料敏化太阳能电池的基本结构包括：涂布了附着有受到光照而产生电子的染料的光电极(具体可举出TiO2)材料的光电极基板与供应电子的催化剂电极基板之间填充给氧化的染料供应电子的电解质。因此，一般的染料敏化太阳能电池是以这些具有两种功能的基板相互对置的形态来构成。
在这里，由上述光电极材料构成的光电极部由吸附有受到光照而产生电子的染料的光电极层及其下部的用于电连接的透明导电性物质(TCO)组成，上述光电极层主要由过渡金属氧化物n型半导体材料组成，并且是在此吸附有染料的结构，构成上述光电极层的过渡金属氧化物(例如TiO2)的平均粒子大小是10～50nm的水平，由它们组成的光电极层主要由厚度为15μm左右的薄膜形成，形成比表面积非常大的多孔性薄膜层。因此，是在这样形成的宽表面积上化学吸附有染料粒子而使光电转化效果极大化的结构。
因此，为了光电效率的极大化，需要染料的大量吸附和牢固的吸附，为此，本发明为了活化构成光电极部的光电极层、优选为在TiO2层使染料着色之前的光电极层、优选为TiO2多孔性层而利用如图1所示的TiO2的光催化剂特性，为此，在吸附上述染料的工序之前在上述光电极层照射紫外线来活化光电极层，优选为TiO2层，通过图1所示的过程起到光催化剂作用，利用紫外线照射自然地激发电子而活化，周边的H2O、O2就会获得该电子而分解周边的有机物，在吸附染料之前清洗光电极层的表面的同时，活化光电极层、优选为TiO2粒子表面，因此使染料吸附效果极大化，从而改善染料敏化太阳能电池的光电转换效率。另外，紫外线本身还具有通常所知的有机物的分解效果，因此可以进一步增加上述的清洗效果。
优选地，在刚要进行吸附染料的工序之前进行上述照射紫外线的步骤，则可以维持活化，并使清洗效果最大化，因此优选。
即，如上述现有技术中所述，在通常的染料敏化太阳能电池的制造方法中，构成光电极部的多孔质光电极层(TiO2)是将TiO2paste成膜并进行热处理，从而不仅除去构成浆料的有机物，而且连接(necking)TiO2纳米粒子，使从染料注入的电子的移动顺畅，但在上述过程中可能在多孔质光电极层(TiO2)内部残留有机物或通过工序产生污染的部分，利用TiO2的光催化剂作用和UV(紫外线)的光能供给作用及有机物分解效果，在染料吸附工序之前在多孔质光电极层(TiO2)照射紫外线而清除残留有机物或污染物的同时活化多孔质光电极层来提高染料吸附效率，改善吸附强度，从而改善太阳能电池的光电转换效率。
此外，在上述本发明的染料敏化太阳能电池的制造方法中，除了上述本发明的技术要素以外的制造方法，可以用与通常的制造染料敏化太阳能电池的制造方法的情况相同或类似的方法来进行，因此省略对此的详细说明。
另外，本发明提供根据如上所述的染料敏化太阳能电池的制造方法制造的染料敏化太阳能电池，所提供的该染料敏化太阳能电池包括：通过上述的染料敏化太阳能电池的制造方法制造的吸附有染料的光电极层组成的光电极，与上述光电极对应的催化剂电极，将上述光电极和催化剂电极电连接的电解质，以及，用上板、下板及密封材料密封上述光电极、催化剂电极和电解质的密封部。
在上述本发明的染料敏化太阳能电池中，除了上述本发明的技术要素以外的染料敏化太阳能电池的结构可以由与通常的染料敏化太阳能电池的结构相同或类似的结构构成，因此省略对此的详细说明。
以上说明的本发明不被前述的详细说明、实施方式所限定，在不脱离权利要求书记载的本发明的思想及领域的范围内，该技术领域的技术人员进行的各种修订及变更当然也包括在本发明的范围内。
产业上的利用可能性
根据本发明的染料敏化太阳能电池的制造方法，通过紫外线的照射，不仅可以分解、清除残留在光电极层的有机物及污染物，而且组成上述光电极层的物质本身起到光催化剂的作用，因此，利用紫外线的照射自然地激发电子而活化，周边的H2O、O2就会获得该电子而分解周边的有机物，在吸附染料之前清洗光电极层的表面，从而改善吸附效率，并且通过紫外线的照射而活化光电极层，使吸附变得更容易，另外增加了染料吸附效率，从两个方面大大地改善了染料吸附效率，从而可以得到改善太阳能电池的光电转换效率的效果。

Claims (3)

1.一种染料敏化太阳能电池的制造方法，包括形成光电极层并在所述光电极层吸附染料的工序，其特征在于，
还包括形成所述光电极层以后，在就要进行所述吸附染料的工序之前对所述光电极层照射紫外线而活化所述光电极层的步骤。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述光电极层是多孔质TiO2膜。
3.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括：
通过权利要求1或2所述的制造方法制造的吸附有染料的光电极层所组成的光电极；
与所述光电极对应的催化剂电极；
将所述光电极和催化剂电极电连接的电解质；以及，
用上板、下板及密封材料密封所述光电极、催化剂电极和电解质的密封部。
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