CN102160191B - 含电纺丝法生产的聚合物纳米纤维的电解质以及使用它的高效率染料敏化太阳能电池 - Google Patents

含电纺丝法生产的聚合物纳米纤维的电解质以及使用它的高效率染料敏化太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102160191B
CN102160191B CN2009801361038A CN200980136103A CN102160191B CN 102160191 B CN102160191 B CN 102160191B CN 2009801361038 A CN2009801361038 A CN 2009801361038A CN 200980136103 A CN200980136103 A CN 200980136103A CN 102160191 B CN102160191 B CN 102160191B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer
dssc
layer
nanofiber
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009801361038A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102160191A (zh
Inventor
张永煜
金美罗
金英根
张诚日
朴现佑
元斗玹
金池彦
李镇国
朴盛海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solvay SA
Solchem Co Ltd
Original Assignee
Solvay SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solvay SA filed Critical Solvay SA
Publication of CN102160191A publication Critical patent/CN102160191A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102160191B publication Critical patent/CN102160191B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2009—Solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/209—Light trapping arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2086—Photoelectrochemical cells in the form of a fiber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及电解质，该电解质包含通过电纺丝工艺生产的、具有纳米宽的直径的聚合物纤维；并且涉及使用了该电解质的高效率的染料敏化太阳能电池。这些根据本发明用作一种固态电解质的、具有纳米宽的直径的聚合物纤维与使用常规液态电解质的染料敏化太阳能电池相比，可以消除对一种密封剂的必需并且简化工艺，并且在与使用常规旋涂工艺生产的薄膜状态的聚合物电解质的染料敏化太阳能电池相比时特别地显著改进了装置的能量转化效率。此外，可以通过增补散射层以及界面作用而由本发明的电解质来生产高效率的染料敏化太阳能电池。

Description

含电纺丝法生产的聚合物纳米纤维的电解质以及使用它的高效率染料敏化太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池装置，并且更具体地说涉及包括具有纳米级直径的一种聚合物纤维的聚合物电解质，其中该聚合物纤维是通过电纺丝PVDF-HFP聚合物而制造的。本发明还涉及使用它的一种高性能的染料敏化太阳能电池装置。
背景技术
由于化石燃料的持续性使用存在如全球变暖的环境问题。此外，铀的使用引起了如放射性污染以及需要用于处理放射性废物的装备的问题。因此，存在对可替代的能量的强烈需求并且已经对其进行了不同的研究。替代能量的一个代表类型是太阳能。
太阳能电池装置是一种装置，当光照射时它通过使用一种光吸收材料产生电子以及空穴来产生电。在1839年，名为Becquerel的法国物理学家首次发现了光电子运动力，其中光诱导的化学反应产生了电流。类似的现象还发现于固体(如硒)的情况下。之后，不断地进行对与无机硅酮相关的太阳能电池的众多研究。这是因为，在1954年具有约6％效率的基于硅酮的太阳能电池在Bell研究中心首次被开发出来。
此类无机太阳能电池装置是由p-n结无机半导体如硅酮构成。用于太阳能电池的硅酮可以归类为结晶硅酮(如单晶或多晶硅酮)以及非晶态硅酮。当将太阳能转换成电能时与非晶态硅酮相比结晶硅酮具有更好的能量转换效率。然而，由于生长晶体所使用的时间以及能量，它具有较差的生产率。非晶态硅酮具有优越的光吸收，允许简单的扩大并且与单晶硅酮相比具有良好的生产率。但是，就设备而言它是低效的，因为例如需更真空处理机等。具体来说，在无机太阳能电池装置的情况下，由于它们难于处理和模制而存在一些问题。这是因为生产成本很高并且该装置是在真空条件下制造的。
由于此类问题，已经尝试了对使用有机材料(而不是硅酮)的光电现象的太阳能电池装置进行的不同研究。有机材料的光电现象是指一种现象，其中当光照射到有机材料上时，该有机材料吸收光子以产生电子-空穴对，所述对彼此分开并且分别被转移到阳极和阴极，其中然后通过这种电荷的流动产生了电流。换言之，典型地在有机太阳能电池中，当光照射在电子供体以及电子受体材料的结上时，该电子-空穴对在电子供体中形成并且电子然后被转移到电子受体以产生电子-空穴的分离。此类方法称为“光的载流子激励”或“光诱导的电荷传递(PICT)”并且由光产生的载体被分离成电子-空穴并且产生通过外部电路的电能。
当考虑物理原理时，在包括太阳能电池的所有太阳能发电中所产生的输出功率被认为是起因于通过光所产生的光诱导的激发子的流动和驱动力的结果。在太阳能电池中，该流动与电流相关而驱动力直接与电压相关。一般来说，太阳能电池的电压由所使用的电极材料确定，太阳能转换效率是输出电压除以输入太阳能所获得的值，而总的输出电流是由所吸收的光子的数目确定。
如以上所描述的通过使用有机材料的光抽运现象所制备的有机太阳能电池可以归类为在透明电极和金属电极之间引入了电子供体以及电子受体层的多层太阳能电池装置以及引入了电子供体以及电子受体的共混物的单层太阳能电池装置。
然而，使用典型的有机材料的太阳能电池具有能量转换效率以及耐久性方面的问题。在这一方面，1991年瑞士的Gratzel(Gr)研究小组通过使用染料作为一种光敏剂开发了一种染料敏化太阳能电池，它是一种光电化学太阳能电池。由Gratzel等人提出的光电化学太阳能电池使用了一种氧化物半导体，该半导体包括纳米颗粒的氧化钛以及光敏染料分子。换言之，染料敏化太阳能电池是通过将电解质引入无机氧化物层(如氧化钛)中而制备的一种太阳能电池，其中染料被吸附在透明电极和金属电极之间，并且经受了一个光电化学反应。总体来说，染料敏化太阳能电池包括两种类型的电极(光电极以及对电极)、无机氧化物、染料、以及电解质。该染料敏化太阳能电池是环境友好的，因为它使用了对环境无害的材料并且具有约10％的高的能量转换效率，这仅次于所存在的无机太阳能电池的非晶态硅酮太阳能电池的值。此外，其制造成本是硅酮太阳能电池成本的约20％。因此，报告了其商业化的高度可能性。
通过使用以上光化学反应而制造的染料敏化太阳能电池是一种多层电池装置，其中引入了无机氧化物层，其中吸收光的染料被吸附在阴极和阳极之间并且其中电解质层减少了电子。以下简述了常规的染料敏感太阳能电池装置。
常规的多层类型的染料敏化太阳能电池可以包括，例如氧化钛层/电解质/电极，其中吸附了基片/电极/染料。更确切地说，将下基片、阳极、氧化钛层(其中吸附了染料)、电解质层、阴极、以及上基片从下层依次进行层叠。此时，上基片以及下基片总体上是使用玻璃或塑料制备的，阳极上涂覆有ITO(铟锡氧化物)或FTO(氟掺杂的氧化锡)，并且阴极上涂覆有铂。
就如以上构成的常规的光敏太阳能电池装置的工作原理而言，染料吸收光子(电子-空穴对)以形成激发子。当光线照射到吸附了染料的氧化钛层上时，激发子从基态迁移到激发态。照这样，电子-空穴对彼此分离，电子被注入到氧化钛层，而空穴转移到电解质层。如果外电路是根据以上所述而建立，则电子从阳极经由氧化钛层通过导线移动到阴极而产生电流。阴极的电子通过电解质而减少，并且激发的电子不断地转移到所产生的电流中。
然而，一般的染料敏化太阳能电池装置具有高的能量转换效率，但会受安全问题的困扰，例如由于溶液蒸发引起的特性降低、电解质泄露等。此类问题构成了商业化的很大阻碍。已经进行了不同的研究来防止此类电解质泄露。尤其是，已经开发出了使用半固体或固体电解质的染料敏化太阳能电池以便增强太阳能电池的稳定性和耐久性。
例如，公开号KR2003-65957披露了一种染料敏化太阳能电池，该太阳能电池包括溶解在一种溶剂(如N-甲基-2-吡咯烷酮或3-甲氧基丙腈)中的聚偏氟乙烯。通过此种方法制备的凝胶型聚合物电解质具有一个高的室温下的离子电导率，它类似于液体电解质，但是使得电池的制备工艺很困难，因为它具有低的机械特性并且具有更低的聚合物电解质液体保留特性。
使用电纺丝作为制备此类聚合物电解质隔膜的一项技术的研究在努力地进行。电纺丝由Formhals(一名德国工程师)作为一项专利申请在1934年提交。电纺丝的科学基础在1882年从Raleigh的观点得到了发展，即当液体落下时，静电力可以克服液体的表面张力。通过电纺丝制备的聚合物纤维包括在超精细纳米技术中并且其全世界的市场规模在2100年接近约万亿美元。总的来说，纳米纤维被定义为具有20nm到1μm的直径并且通过电纺丝法制备的纤维，电纺丝法是通过静电力将低粘度状态的聚合物一瞬间内纺织成纤维。能够进行大量生产以便具有多种应用，如纳米颗粒以及过滤器、用于燃料电池的电解质、医学应用等。预期其应用是不断增长的。
纳米纤维的最大优点是与常规的纤维相比它们具有更大的表面积。此优点允许将纳米纤维用作有效的过滤器材料。电纺丝成的纳米纤维还可以用于防护服、抗生素伤口敷料、药物递送材料等。然而，此类纳米纤维可以仅通过电纺丝法来制备并且该纤维是不规则地形成的。因此，难以控制纤维的形成。为了克服此类问题，考虑了一种方法，该方法在一侧通过将旋转的聚焦板的端变尖来聚集电场。还考虑了另一种方法，该方法通过使用有空隙的聚焦板在处理过程中在一个方向上安排纳米纤维。通过聚焦板附近的电场以及纤维的静电荷形成相互间的空隙。因此，制备出了所产生的纤维。近来，纳米纤维被认为是一种生物学可植入的材料，因为它具有高的孔隙率以及大的表面积。因此，此种特征可以有助于细胞的粘附、生长、增殖等。然而，通过电纺丝制造的纳米纤维具有较差的物理特性因为强度的增强几乎不能通过聚合物本身的分子安排而获得。为了克服此类问题，在针对纳米纤维的制备的多项研究中使用了不同的工艺参数。
Akron大学的Reneker报告了不同聚合物材料的纳米纤维的制备以及通过电纺丝调节影响因子的方法。此外，Drexel大学已经通过电纺丝法补足碳纳米管而制备了具有改进的机械特性的一种纳米复合材料。Deitzel报告了随着聚合物浓度的增加，纳米纤维的直径以及纤维的直径易于通过增加浓度而根据幂律关系增加。Doshi和Reneker报告了如果聚合物溶液的表面张力变小，则纤维中的珠粒可以减小。
已经对电纺丝方法以及与生物应用有关的产品开发以及经受电纺丝的聚合物材料进行了持续性的研究。Commonwealth大学取得了技术上的成功，其中制造了原本在血液中存在的纳米尺寸的精细纤维素以通过电纺丝技术生成法兰绒形状的绷带。Ethicon公司使用对二噁烷酮(p-dioxanon)作为一种原料制备了PDO单丝形式的一种缝线(PDS)。Woodward等人(1985)提出因为通过电纺丝制备的非纺织物的结晶度显著地低于进行电纺丝之前的聚合物的结晶度，所以需要热处理。Ignatious证明，通过使用经受了电纺丝的纳米纤维可以在任何时间即时地给药。MIT材料处理中心进行了一项有关用于人造器官的支架(scaffold)的研究并且Harvard大学使用非组织进行了纳米纤维的研究。MIT ISN(军用纳米科技研究所)的Rutledge通过使用具有0.5-10μm大小的PCL纳米纤维并且经受电纺丝法而制造出了PCL支架，并且开发了用于治疗受损的关节软骨的一种纳米纤维。以色列的Yarin(2004)提出了一种新的方法，其中将聚合物溶液放置在一个下面的部分上并且然后通过使用铁磁悬浮系统代替常规的纺丝法将其纺丝到上侧。
不同的国立大学以及研究所已针对使用电纺丝制造的纳米纤维进行了研究。然而，它们主要依赖于实验，并且研究的主要课题一直是当改变工艺参数时如在实验中观察到的纳米纤维的特征以及形貌。
在使用固体电解质的太阳能电池的情况下，将溶剂从电解质溶液中移除来补偿由溶剂引起的降低的效率。然后，通过阳极电极进入的电子，通过使用固相中的空穴导体材料而容易地减少，其中对染料进行了氧化以使电流流动。
与使用无溶剂的固体聚合物电解质的太阳能电池有关的研究由巴西的De Paoli小组在2001年首次进行了尝试。该小组制备了包括聚(环氧氯丙烷-共-氧化乙烯)/NaI/I2的一种聚合物电解质，并且据报告它在100mW/cm2时具有约1.6％的能量转换效率。之后，Flaras小组在2002年进行了一项研究，通过向高结晶度的聚氧化乙烯中加入氧化钛纳米颗粒以减少聚合物的结晶度来改进I-/I3 -移动性。KIST易化运输隔膜中心(TheCenter for Facilitated Transport Membrane of KIST)在2004年进行了一项研究，使用氢键有效地将低分子量的聚乙二醇(PEG)应用到染料敏化太阳能电池中，并且报告了所产生的能量转换效率是大约3.5％。
近来，Flavia Nogueira小组使用聚(氧化乙烯-共-环氧氯丙烷)生产出了TiO2纳米管形式的一种固体染料敏化太阳能电池，它是在2007年用以84∶16比例的氧化乙烯以及环氧氯丙烷作为一种聚合物电解质进行合成的，并且报告了4.03％的能量转化效率。
在现有技术中对于开发固体染料敏化太阳能电池装置以便克服上述问题而不减少离子电导率以及破坏固体形式还存在很强的需要。
发明内容
本发明适合于克服上述常规的问题。作为本发明的一个目的，电纺丝的纳米级聚合物纤维被加入聚合物薄膜电解质的电解质中以产生一种高性能的染料敏化太阳能电池。
本发明的另一个目的是通过在制备电解质层时使用具有高比表面积的聚合物纳米纤维(以便有效地诱导在染料敏化太阳能电池中的光电流的增加)来提供一种高性能的染料敏化太阳能电池。本发明还针对制备以上物质的一种方法。
本发明还有另一个目的是提供一种染料敏化太阳能电池以及用于制备它的一种方法，该电池通过引入阻止来自无机氧化物材料层的反向电流的一个功能化的层而具有增强的光电流。
本发明仍有另一个目的是提供一种染料敏化太阳能电池，它通过在无机层的顶面上引入光散射层而具有增强的光电流，这样通过该无机氧化物层的光经受了光散射效应。这样便可以吸收大量的光。本发明还针对制备以上物质的方法。
有待解决的技术问题
为了实现以上目的，本发明提供了染料敏化太阳能电池，包括：
彼此相对安排的第一基片和第二基片；
插入所述第一基片和第二基片之间的第一电极，其中所述第一电极包括无机氧化物层和染料层，所述染料层以化学方式被吸附到所述无机氧化物层中以提供被激发的电子；
与所述第一电极相对放置的第二电极，其中所述第二电极插入所述第一和第二基片之间，由此允许电流流动；
第一界面粘合层，所述第一界面粘合层协助该界面在所述无机氧化物层的顶面上粘合到所述无机氧化物层上；
第二界面粘合层，所述第二界面粘合层阻止在所述第一界面粘合层顶面上的反向电流；
插入所述第一和第二界面粘合层之间的光散射层，其中所述光散射层增加光吸收；和
插入所述第一和第二电极之间的固体电解质，其中所述固体电解质包括通过电纺丝法制造的聚合物纳米纤维并且可以通过氧化还原反应向所述染料层提供电子。
为了实现以上目的，本发明提供了一种制备染料敏化太阳能电池的方法，包括：
提供第一基片；
在所述第一基片的一个表面上形成无机氧化物层并形成第一电极；
形成第一界面粘合层，所述第一界面粘合层协助所述界面在所述无机氧化物层的顶面上粘合到所述无机氧化物层上；
在所述第一界面粘合层的顶面上形成光散射层以便增加光吸收；
在所述光散射层的顶面上形成第二界面粘合层以防止反向电流；
在所述第二界面粘合层的顶面上吸附染料层；
在吸附所述染料层的所述第二界面粘合层的顶面上通过利用电纺丝装置将聚合物溶液进行电纺丝来制造的聚合物纳米纤维，向所述聚合物纳米纤维涂覆电解质溶液并且然后蒸发所涂覆的溶液以便形成固体电解质；并且
在所述固体电解质的顶面上形成第二电极和第二基片。
发明效果
当常规的液体电解质以及半固体电解质用于染料敏化太阳能电池时，存在着泄露问题、长期稳定性问题以及通过电解质蒸发引起的电极与对电极之间相接触所引发的问题。
本发明适合于通过向电解质层中引入聚合物纳米纤维来克服此类问题。如在操作实例中所示，通过使用此原理制备了染料敏化太阳能电池，这样以上的问题可以通过在不同条件下制备聚合物纳米纤维而加以克服。
似乎主要发生在无机氧化物层以及电解质层的接触面上的反向电流也可以通过引入界面粘合层而加以防止。光电流的量通过引入光散射层而增加以使光的重吸收更容易。此外，通过向电解质层中引入纳米级聚合物纤维所获得的优点如下。
首先，聚合物纳米纤维具有高的比表面积以及多个孔，这样它可以有效地包含并且注射电解质离子。因此，与通过旋涂法制备的聚合物薄膜相比，提供了更好的短路电流以及光电效率。
其次，聚合物纳米纤维防止了在使用液体电解质的染料敏化太阳能电池中通过液体电解质的泄露而使工作电极和对电极之间相接触引起的短路。因此，它可以解决在常规的液体或半固体染料敏化太阳能电池中的长期稳定性问题。因此可以保持耐久性。
第三，通过在无机氧化物层上引入的功能层以及光散射层阻止了反向电流。所透入的光可以在光散射层中被重吸收以增加光电流。因此，染料敏化太阳能电池的整体效率可以得到改进。
最后，与常规的聚合物薄膜相比，电纺丝的聚合物纳米纤维具有优越的光电效率。这证明了开发所述固体类型的染料敏化太阳能电池的可能性。
附图说明
图1是根据本发明制备的染料敏化太阳能电池装置的结构的截面图。
图2是在本发明中所使用的电纺丝装置的结构的截面图。
图3是在根据本发明的操作实例制备无机氧化物层之后表面的SEM图像。
图4是在根据本发明的操作实例制备的无机氧化物层之上制备光散射层之后表面的SEM图像。
图5是在根据本发明的操作实例制备无机氧化物层之上制备光散射层之后侧视图的SEM图像。
图6(A)以及6(B)分别是根据本发明的操作实例制备的具有纳米尺寸直径的PVDF-HFP纤维的表面的SEM图像以及一个直径分布图像。
图7(A)至7(L)是通过按比例向每重量百分比的具有纳米级的直径并且根据本发明的操作实例制备的PVDF-HFP中加入Ag纤维进行制备之后表面的SEM图像。
图8(A)至8(L)是通过按比例向每重量百分比的具有纳米级的直径并且根据本发明的操作实例制备的PVDF-HFP中加入无机纳米填充剂Al2O3纤维进行制备之后表面的SEM图像。
图9(A)至9(L)是通过按比例向每重量百分比的具有纳米级的直径并且根据本发明的操作实例制备的PVDF-HFP中加入无机纳米填充剂BaTiO3纤维之后表面的SEM图像。
图10(A)至10(B)分别是具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVA纤维的表面的SEM图像以及直径分布图像。
图11是包含银并且具有纳米级直径并根据本发明的操作实例制备的PVA纤维表面的SEM图像。
图12(A)至12(C)是具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例制备的PVDF以及PS共混纤维的表面的SEM图像。
图13(A)至13(C)是具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例制备的PVDF以及PMMA共混纤维的表面的SEM图像。
图14是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例以100mW/cm2的照明度制备的PVDF-HFP纤维。
图15是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例在暗的条件下制备的PVDF-HFP纤维。
图16是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用含有无机纳米填充剂Al2O3以及具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例以100mW/cm2的照明度制备的PVDF-HFP纤维。
图17是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用含有无机纳米填充剂BaTiO3以及具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例以100mW/cm2的照明度制备的PVDF-HFP纤维。
图18是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例以100mW/cm2的照明度制备的PVA纤维。
图19是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例在暗的条件下制备的PVA纤维。
图20是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的曲线图，该装置使用含有Ag并且具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例以100mW/cm2的照明度制备的PVA纤维。
图21展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的多种PVDF-HFP纤维，并且该染料敏化太阳能电池装置包括光散射层以及界面粘合层。
图22展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVDF-HFP纤维以及PVDF-HFP薄膜。
图23展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Nyquist曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVDF-HFP纤维以及通过旋涂法制造的PVDF-HFP薄膜。
图24展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVA纤维以及通过旋涂法制造的PVA薄膜。
图25展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Nyquist曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVA纤维以及通过旋涂法制造的PVA薄膜。
图26展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVA纤维以及含银的PVA薄膜。
图27展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Nyquist曲线图的对比，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的PVA纤维以及含银的PVA薄膜。
图28展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比，该装置使用含有一种无机纳米填充剂Al2O3的、具有纳米级直径的、并且根据本发明的操作实例制备的PVDF纤维。
图29展示了染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Nyquist曲线图的对比，该装置使用含有一种无机纳米填充剂Al2O3的、具有纳米级直径并且根据本发明的操作实例制备的多种PVDF纤维。
图30是一个电解质耐用性试验的图像，该装置使用具有纳米级直径并且根据本发明的工作实例制备的多种PVDF-HFP纤维。
在图30中A是粘合了玻璃基片并且然后仅引入电解质之后在0小时的图像。
在图30中A-1是引入了纤维并且粘合了玻璃基片(其中，然后引入了电解质)之后0小时的图像。
在图30中B是粘合了玻璃基片并且然后仅引入电解质之后12小时的图像。
在图30中B-1是引入了纤维并且粘合了玻璃基片(其中然后引入了电解质)之后12小时的图像。
在图30中C是粘合了玻璃基片并且然后仅引入电解质之后36小时的图像。
在图30中C-1是引入了纤维并且粘合了玻璃基片(其中然后引入了电解质)之后36小时的图像。
在图30中D是粘合了玻璃基片被并且然后仅引入电解质之后48小时的图像。
在图30中D-1是引入了纤维并且粘合了玻璃基片(其中然后引入了电解质)之后48小时的图像。
图30中E是图像，其中在将图35D-1中的玻璃基片移除之后纤维保留下来。
图31是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的图，该装置使用了根据对比实例1的旋涂的PVDF-HFP薄膜。
图32是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的图，该装置使用了根据对比实例2的旋涂的PVA薄膜。
图33是染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的图，该装置是根据对比实例3通过仅加入电解质而不加入纤维来制备的。
<数字符号说明>
Figure BPA00001330292900111
实施本发明的最优模式
具有含溶剂而非聚合物的电解质的一般的液体染料敏化太阳能电池装置具有电解质泄露以及长期稳定性的问题。由此产生的第一电极与第二电极之间的接触也降低了装置的寿命。此外，在结合了聚合物电解质的固体染料敏化太阳能电池装置的情况下，聚合物是处于随意混合的状态。照这样，本发明的发明人已制备了一种染料敏化太阳能电池装置，它可以通过电纺丝聚合物制造聚合物纳米纤维并且然后将纳米纤维结合到电解质中来解决上述问题。
本发明提供了用于染料敏化太阳能电池的电解质薄膜，该薄膜包括通过电纺丝一种特定的化学物质而制成的纳米纤维。
图1是染料敏化太阳能电池装置的截面图，该装置是根据本发明的优选的实施方案通过采取电解质中结合电纺丝的纳米纤维来制备的。如图1所展示，根据本发明优选的实施方案制备的染料敏化太阳能电池装置是处于一种多层薄膜的形式，它包括：第一电极1002以及第二电极1009，它们是彼此相对放置的并且被插入两个透明的基片之间，第一基片1001以及第二基片1010；以及无机氧化物层1003，界面粘合层I和II(1004和1006)，散射层1005，染料层1007以及聚合物电解质层1008，该电解质层被插入第一电极1002以及第二电极1009之间。
所述第一基片1001可以由透明材料制成，例如玻璃或塑料，包括例如PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二酸乙二酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰胺)、TAC(三乙酰纤维素)以及类似物。它优选地由玻璃制成。
所述第一电极1002是在所述第一基片1001的一侧由透明材料形成的电极。所述第一电极1002是作为阳极。对于所述第一电极1002而言，可以使用具有比所述第二电极1005更低的功函数、透明度以及传导性的任何材料。在本发明中，所述第一电极1002可以通过溅射或旋涂法施加到或膜涂覆于所述第一基片1001的背面。
可以用作第一电极1002的物质包括ITO(铟锡氧化物)、FTO(氟掺杂的氧化锡)、ZnO-(Ga2O3或Al2O3)、SnO2-Sb2O3等中的任一种。最优选使用ITO或FTO。
无机氧化物层1003优选是处于纳米颗粒形式的一种过渡金属氧化物，它包括过渡金属氧化物类，例如氧化钛、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镓、氧化钇、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、镧系氧化物、氧化钨、以及氧化铱；碱土金属氧化物类，例如氧化镁以及氧化锶；以及铝的氧化物类等。所有以上物质中，纳米颗粒形式的氧化钛是最优选的。
通过热处理将无机氧化物层1003施用在第一电极1002上，随后在所述第一电极1002的一侧上进行涂覆处理。总体上，使用一种刮刀法或一种筛网印刷法将含无机氧化物的一种糊剂以约5至30μm、优选10至15μm的厚度涂覆在该第一电极1002的背面。还可以使用旋涂法、喷雾法以及湿涂覆的方法。
在构成根据本发明的一个染料敏化太阳能电池装置的无机氧化物层1003的顶面可以在吸附染料之前引入具有多个功能的功能层。在该无机氧化物层1003顶面上，可以在引入光散射层1005之前形成针对容易进行界面粘合的第一界面粘合层1004。
该第一界面粘合层1004的表面应该具有优选均匀分布的纳米颗粒以及高度的光滑性，连同比无机氧化物层1003更精细的结构。该第一界面粘合层I可以通过在本领域常规使用的任何已知方法形成。然而，总体上使用旋涂法或浸涂法来将包括无机氧化物的糊剂以约2-100nm、优选约10-100nm、并且更优选30-50nm的厚度涂覆到该无机氧化物层1003的背面。可替代地，在使用旋涂法、喷雾法或湿涂覆法之后进行热处理。这些层总体上包括至少无机氧化物，优选过渡金属氧化物，碱金属氧化物或碱土金属氧化物，并且更优选半导体氧化物。所述界面粘合层I的构成元素可以是与无机氧化物层1003的构成元素相同或不同的。界面粘合层I包括，例如过渡金属氧化物，例如氧化钛、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镓、氧化钇、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡，镧系氧化物类、氧化钨以及氧化铱；碱土金属氧化类，例如氧化钙、氧化镁以及氧化锶；氧化铝、氧化钠、氧化铈、氧化镍、钛酸钠、铌酸钾、钛酸钡、钛酸锶、以及所述氧化物中至少两种的混合物。在一个特别的实施方案中，该界面粘合层I或者是由无机氧化物层1003的构成元素形成或者是由包括无机氧化物层1003的构成元素的一种化合物形成。例如，该界面粘合层I可以由氧化钛、氧化钨以及钛-钨混合的氧化物中的至少一种形成。更优选地，使用氧化钛，因为它具有用于电子传递的最优选的HOMO(最高占有分子轨道)以及LUMO(最低空余分子轨道)值。
在一个优选的实施方案中，界面粘合层I是由纳米颗粒形式的无机氧化物形成，其中这些颗粒具有1至50nm、优选2至30nm、更优选5至20nm的平均直径。如果平均颗粒直径小于1nm，则颗粒之间会发生团聚现象，这样难以制备具有均匀厚度的薄膜。更进一步说，在界面粘合层中的增加的阻力会导致填充因数(FF)的减少。反之，如果平均颗粒直径大于50nm，则界面粘合层的厚度以及孔隙率增加并且因此在电子传递过程中电子损失的量增加，由此导致光电流值和FF的减少。在本发明中的平均颗粒直径是指如通过扫面显微镜图像所测量的500的颗粒直径平均值。
在第一界面粘合层1004顶面上引入了光散射层1005，该层起增加光的吸收量的作用。这些层总体上包括至少无机氧化物，优选过渡金属氧化物，碱金属氧化物或碱土金属氧化物，并且更优选半导体氧化物。所述光散射层的构成元素可以是与无机氧化物层1003或界面粘合层的元素相同或不同的。光散射层包括，例如过渡金属氧化物，例如氧化钛、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镓、氧化钇、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡，镧系氧化物类、氧化钨、氧化铱；碱土金属氧化类，例如氧化钙、氧化镁、氧化锶；氧化铝、氧化钠、氧化铈、氧化镍、钛酸钠、铌酸钾、钛酸钡、钛酸锶、以及所述氧化物中至少两种的一个混合物。在一个特别的实施方案中，该光散射层或者是由无机氧化物层1003的构成元素形成或者是由包括无机氧化物层1003的构成元素的一种化合物形成。例如，该光散射层可以由氧化钛、氧化钨以及钛-钨混合的氧化物中的至少一种形成。更优选地，使用氧化钛，这是因为它具有对于电子传递而言最优选的HOMO和LUMO值。
在一个优选的实施方案中，光反射层是由精细颗粒形式的无机氧化物形成，其中这些颗粒具有20nm至1μm、优选50至600nm、更优选100至500nm的平均直径。如果颗粒直径小于20nm，则会透射大部分的光，这样不能获得所希望的光散射层。反之，如果平均颗粒直径大于1μm，则界面粘合层的厚度和孔隙率增加并且因此在电子传递过程中电子损失的量增加，由此导致光电流值和FF的减少，从而产生低的效率。此外，无机氧化物在粒径上的增加减小了透光度。因此，照这样制备的染料敏化太阳能电池装置被制成不透明的并且其应用受到限制。光散射层可以通过在本领域常规使用的任何已知方法形成。然而，总体而言，使用一种刮刀法或一种筛网印刷法将包括无机氧化物的一种糊剂以约500nm-50μm、优选约1-30μm、更优选3-25μm、并且最优选5-20μm的厚度涂覆到施用了第一界面粘合层1004的无机氧化物层1003的背面。可替代地，在使用旋涂法、喷雾法、浸渍法或一种湿涂覆法之后进行热处理。
在该光散射层1005顶面上引入第二界面粘合层1006用于阻止反向电流。第二界面粘合层能以与第一界面粘合层1004相同的方式形成。在优选的实施方案中，两个界面粘合层具有相同的组分，粒径等。反向电流经常在染料敏化太阳能电池内的电子传输过程中发生。首先，它可能发生在当从染料层传输到无机氧化物层的电子不能被传输到透明电极而是相反地传输到电解质层时，由此在透明电极上收集到的电子的量减少。这主要是由于在无机氧化物层与无机氧化物层的未完全涂覆部分中的电解质层之间的直接接触，这可以通过将该无机氧化物层用界面粘合层等进行保护而加以防止。此外，当在透明电极上收集的电子通过无机氧化物层流回到电解质层时可以发生反向电流，由此光电流的值减小。这还在施用无机氧化物层所产生的孔内发生，这可以通过在将无机氧化物层施用到透明电极之前施用稠密的无机氧化物层，即，界面粘合层来阻止。
因此，日光照射之后，光子被吸收到染料层1007中，该染料层被吸附到无机氧化物层上，在该无机氧化物层中引入了光散射层以及功能层，以将染料电运送到激发态，由此形成电子-空穴对。被激发的电子被注入到无机氧化物层中的导带中而被注入的电子通过外电路被传输到第一电极1002以及然后到第二电极1009。所述传输的电子通过包含在电解质层1008中电解质组合物的氧化以及还原反应被传输到电解质层1008。
同时，染料在将电子传输到无机氧化物层之后被氧化但是由于从电解质层1008中所传输的电子而被还原。这样，电解质层1008充当电子从第二电极1009到染料的传输体的作用。
化学地吸附到根据本发明的无机氧化物层1003中的光敏染料包括一种染料(如钌复合材料)作为能够吸收紫外线和可见光区的光的材料。吸附到无机氧化物层1003中的光敏材料包括含有钌络合物的光敏材料，例如钌535染料，钌535双-TBA染料，钌620-1H3TBA染料等。优选使用钌535染料。此外，化学地吸附到根据本发明的无机氧化物层1003中的光敏染料可以是能够分离电荷的任何染料，它除基于钌的染料之外包括基于呫吨的染料，基于菁蓝的染料，基于卟啉的染料以及基于蒽醌的染料。
为了将染料吸附到无机氧化物层1003上，可以使用常规的方法。然而，一个优选的方法是将一种染料溶解到溶剂中，例如醇、腈、卤代烃、醚、酰胺、酯、酮、N-甲基吡咯烷酮等，并且然后将涂覆了无机氧化物层1003的光电极浸渍到该溶液中。
同时，电解质层1008使用多种电解质，其中将包括在常规的太阳能电池装置中的电解质层的电解质组合物与本发明的电纺丝的聚合物纳米纤维进行混合。在电纺丝中优选使用PVDF、PVDF-HFP、PAN、PEO、PMMA、PVA等，并且更优选PVDF-HFP。
将经由电纺丝法制备的聚合物纳米纤维以基于该电解质层1008的总量的5至95重量百分比、优选20至80重量百分比、更优选40至60重量百分比进行混合。
图2示出了电纺丝装置的示意图。该电纺丝装置包括电压源2001，以便向纳米纤维施加电压；溶液运输部2002，以便规则地喷洒该聚合物溶液；电纺丝部2003，以通过使用由该电压源施加的电压从聚合物溶液中产生聚合物纳米纤维，该聚合物溶液从该溶液运输部进行运输；以及收集部2004，用于收集由该电纺丝机纺出的纳米纤维。
对于在电解质层1008中所添加的聚合物纳米纤维将进行详细描述。首先，在聚合物纳米纤维是通过电纺丝方法制备的情况下，将所使用的聚合物在溶剂中以5至19的重量百分比、11至17的重量百分比进行混合。作为在此所使用的溶剂，例如二甲基乙酰胺以及丙酮，可以按3至7的重量比存在。
同时，本发明的固体电解质可以进一步包括纳米尺寸的金属添加剂(例如，Ag)或无机纳米填充剂。作为无机纳米填充剂，尽管不受以下所限制，但是Al2O3或BaTiO3是优选的。
当将金属添加剂引入聚合物纳米纤维中后，它们可以在溶剂中相对于在电纺丝中所使用的溶液的聚合物浓度按0.1至30的重量百分比、并且优选1至20的重量百分比进行混合。当将无机纳米填充剂添加剂引入聚合物纳米纤维中时，它们可以在溶剂中相对于在电纺丝中所使用的溶液的聚合物浓度按1至50的重量百分比、并且优选10至40的重量百分比进行混合。
其次，在聚合纳米纤维是通过所施加的电压通过电纺丝的方法而制备的情况下，电纺丝法是在以下条件下进行的，其中聚合物重量以及尖端到收集部的距离(TCD)分别被保持在15重量百分比和15cm，并且所施加的电压在从6kV至25kV的范围，优选从8kV至20kV。
最后，在聚合物纳米纤维是用TCD通过电纺丝方法制备的情况下，电纺丝是在以下条件下进行的，其中聚合物的重量以及所施加的电压分别被固定在15重量百分比和14kV，并且TCD是9至21cm，优选13至19cm。在溶液运输部中，聚合物溶液以1至5ml/h、优选2ml/h的流速供应。
在聚合物纳米纤维是通过以上所述的电纺丝的方法制备的情况下，最优选的是在以下条件下，即其中聚合物浓度在从11重量百分比到17重量百分比的范围，所施加的电压是在8kV和14kV之间，TCD是从13至19cm，并且溶液是以2ml/h的流速供应。
此外，在电解质层1008中所使用的电解质可以包括I2以及金属碘化物或有机碘化物(金属碘化物或有机碘化物/I2)的组合作为氧化还原对(redux pair)。此外，也可以使用Br2与金属溴化物或有机溴化物(金属溴化物或有机溴化物/Br2)的组合作为氧化还原对。
在本发明中所使用的电解质中，在金属碘化物或金属溴化物中的金属阳离子包括Li、Na、K、Mg、Ca、Cs等。作为有机碘化物或有机溴化物中的阳离子合适的是铵化合物，例如咪唑鎓、四烷基铵、吡啶鎓、三唑鎓等，但是阳离子并不限于以上所列出的化合物。可以对选自以上各项的至少两种化合物进行混合以用于电解质，并且LiI或咪唑鎓碘化物与I2组合的氧化还原对是特别优选的。
在以上描述的溶剂用在根据本发明的电解质组合物中的情况下，可以将金属碘化物或金属溴化物与碘(I2)或溴(Br2)进行组合并且该组合可以用作氧化还原对。作为此种氧化还原对，可以使用LiI/I2、KI/I2、NaI/I2、CsI/I2、Pr4NI(四丙基碘化铵)/I2、TBAI(四丁基碘化铵)/I2等，并且优选TBAI/I2对。
在可以用于根据本发明的电解质之中，作为适合作为离子液体的有机卤化物，有n-甲基咪唑鎓碘化物、n-乙基咪唑鎓碘化物、1-苄基-2-甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓碘化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓碘化物等。特别是，优选1-乙基-3-甲基咪唑鎓碘化物并且以上列出的材料可以与碘(I2)结合使用。在使用这种离子液体(即溶解的盐)的情况下，电解质组合物可以在缺失溶剂的情况下形成固体电解质。
同时，涂覆在第二基片1010的相对面的第二电极1009起阴极的作用。第二电极1009可以通过使用溅射或纺丝涂覆而涂布或涂覆到该第二基片1010的相对面上。
可以在第二电极1009中使用的材料是具有大于在第一电极1002中使用材料的功函数的值的材料，包括铂(Pt)、金、碳等，并且铂是优选的。
所述第二基片1010是类似于该第一基片1001的一种透明材料。第二基片1010可以由透明材料，例如玻璃或塑料进行制备，包括PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(萘二酸乙二酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰胺)、TAC(三乙酰纤维素)等，并且优选是由玻璃制备。
根据本发明优选的操作实例所制备的染料敏化太阳能电池是如下进行制造的。
首先，将无机氧化物，优选将处于胶体状态的氧化钛以5μm和30μm之间的厚度涂布或流延到涂覆有第一电极材料的第一基片的表面上，并且在从约450℃至约550℃的温度下进行烧结以便形成去除了有机体的第一基片/第一电极/无机氧化物涂覆的/分层的电极。随后，为了将染料吸附到所制备的无机氧化物层上，将染料例如钌535加入预先制备的乙醇溶液中来制备染料溶液。之后，将涂覆有无机氧化物层的透明基片(例如光电极或涂覆有FTO的玻璃电极等)置于所形成的染料溶液中，由此将染料吸附到该无机氧化物层。待染料完全吸附到无机氧化物层之后，为了除去物理吸附的染料，将无机氧化物层用乙醇等洗涤，并且然后进行干燥。
如果制备了涂覆有染料吸附的无机氧化物层的透明基片，则根据本发明的聚合物纤维通过加入电解质溶液被用作电解质，并且通过烧结铂前体材料而制造的铂电极被结合到玻璃基片上以获得根据本发明的染料敏化太阳能电池。
操作实例
实例1：一种无机氧化物层的制备，其中引入了界面粘合层(BL)以及散射层(SL)
待以体积比1∶10制备钛(IV)的异丙氧化物与乙醇的混合溶液之后，通过旋涂法将该混合溶液以1500rpm经20秒稀薄地涂覆到FTO玻璃基片上(氟掺杂的氧化锡，SnO2:F，15ohm/sq)，将其以15mm×15mm的大小进行切割，并且然后进行洗涤。然后，将其放入电坩埚中，将温度从室温升高到500℃并且经约30分钟将有机化合物移除并且将其冷却到室温。升温速率和冷却速率分别是约5℃/min。通过刮刀法将具有9nm粒径的胶态的氧化钛糊剂稀薄地涂覆到基片上以具有约10μm的厚度之后，将其放入该电坩埚中，将温度从室温升高到500℃并且冷却到室温。随后，通过以与第一种方法相同的方式引入界面粘合层I(BL)而将钛(IV)的异丙氧化物与乙醇的混合溶液稀薄地涂覆到基片上之后，将其放入电坩埚中，将温度从室温升高到500℃并且冷却到室温。通过刮刀法将具有300nm粒径的胶态的氧化钛糊剂稀薄地涂覆到基片上之后，将其放入电坩埚中，将温度从室温升高到500℃并且冷却到室温。引入具有300nm或大于300nm粒径的TiO2层以通过将光散射来增加光的吸收。最后，通过将钛(IV)的异丙氧化物与乙醇的混合溶液稀薄地涂覆到基片上之后，将其放入电坩埚中，将温度从室温升高到500℃并且冷却到室温以便以与第一种方法相同的方式引入界面粘合层II。图3到图5示出了在其上引入了界面粘合层以及光散射层的无机氧化物层的SEM照片以及侧面的截面图。
实例2：吸附一种染料
将移出了有机化合物并且仅用氧化钛涂覆的基片在室温下置于染料溶液中24小时，这样，该染料吸附到氧化钛层上。所使用的染料是从Solaronix(瑞士)可商购的顺式-双(异硫氰酸基)双(2，2′-联吡啶基-4，4′-二羧酸)-钌(II)(钌535染料)。钌535染料的溶液是通过将其以在100ml的乙醇中20mg的浓度进行熔化而制备的。在将其浸泡24小时并从溶液中取出之后，将吸附了染料的氧化钛基片再用乙醇洗涤以便除去物理吸附的染料层，并且然后通过在60℃将其再干燥而制成基片。
染料2被用于使用聚乙烯醇纤维的染料敏化太阳能电池。所使用的染料是从Solaronix(瑞士)可商购的顺式-双异硫氰酸基-双(2，2-联吡啶基-4，4-二羧酸)钌(II)双(四丁基铵)。钌535双TBA染料溶液是通过以在纯乙醇中0.5mmol的浓度将其进行熔化而制备。将其浸泡24小时并从溶液中取出之后，将吸附了染料的氧化钛基片再用乙醇洗涤以便除去物理吸附的染料层，并且然后通过在60℃下将其再干燥而制成基片。
实例3：用于电纺丝的PVDF-HFP聚合物溶液的制备
将聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解在丙酮和N，N-二甲基乙酰胺(重量比7∶3)的混合溶液中来制备PVDF-HFP聚合物溶液。通过将其在搅拌器中搅拌24小时而使其完全溶解，并且超声处理30分钟。
实例4：含Ag的PVDF-HFP聚合物溶液的制备
将聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解在丙酮和N，N-二甲基乙酰胺(重量比2∶1)的混合溶液中之后加入相对于聚合物1wt％-20wt％的量的Ag来制备PVDF-HFP聚合物溶液。通过将其在搅拌器中搅拌24小时而使其完全溶解，并且超声处理30分钟。
实例5：含无机纳米填充剂的PVDF-HFP聚合物溶液的制备
将聚偏氟乙烯-六氟丙烯以及单独量化的Al2O3和BaTiO3作为无机纳米填充剂进行混合以制备含无机纳米填充剂的聚合物溶液，其中所使用的无机纳米填充剂的量是相对于所使用的聚合物为10wt％-40wt％。将混合物溶解在丙酮与N，N-二甲基乙酰胺(重量比7∶3)的混合溶液中。通过将其在搅拌器中搅拌24小时而使其完全溶解，并且将其超声处理30分钟。
实例6：用于电纺丝的PVA聚合物溶液的制备
将聚乙烯醇(PVA)用相对于蒸馏水10wt％的量溶解在蒸馏水中来制备PVA聚合物溶液。将溶液在搅拌器中于80℃下搅拌6小时并且进一步在更低的温度下(室温下)搅拌24小时以使其完全溶解在蒸馏水中，并且然后超声处理1小时。
实例7：含Ag的PVA聚合物溶液的制备
在加入Ag之前将聚乙烯醇(PVA)用相对于蒸馏水10wt％的量溶解在蒸馏水中来制备含Ag的PVA聚合物溶液。将溶液于80℃下在搅拌器中搅拌6小时，然后降低温度到室温以便将聚乙烯醇完全溶解在蒸馏水中。向该溶液中加入2-3滴稀释的硝酸溶液来防止Ag在通过加入相对于聚合物0.01wt％的量的Ag搅拌所形成的溶液的过程中被还原。将溶液再搅拌24小时以充分混合，并且超声处理1小时。
实例8：用于电纺丝的聚合物共混溶液的制备
该聚合物共混溶液是通过向聚偏氟乙烯-六氟丙烯中分别加入聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯来制备的。当将PVDF-HFP和PS进行共混时，所使用的溶剂是DMF，而当将PVDF-HFP和PMMA进行共混时，则将其溶解在丙酮与N，N-二甲基甲酰胺(重量比7∶3)的混合溶液中。将该溶液在搅拌器中搅拌24小时并且超声处理30分钟以便完全溶解。
实例9：通过电纺丝制备PVDF-HFP聚合物纳米纤维
通过改变聚合物的wt％、供给电压、以及尖端与收集部之间的间隙来进行电纺丝，以便获得纳米级的不同的直径。将溶解在溶剂中的聚合物以恒定的速率在溶液运输部中引至电纺丝部。在实验中输出速率是2ml/h。当聚合物溶解在溶剂中时，该聚合物纳米纤维是通过在相对于溶液11wt％和17wt％之间改变聚合物的量来制造的，其中该聚合物的量是如在本发明的结构中所提及的合适的范围。电纺丝是通过在8kV和14kV之间改变来自电压源的电压而进行。电纺丝是通过在13cm和19cm之间改变尖端与收集部的间隙而进行。电纺丝的聚合物纳米纤维在15wt％、14kV和15cm的最佳条件下进行制造。
实例10：通过电纺丝制备含Ag的PVDF-HFP聚合物纳米纤维
通过改变聚合物的wt％、供给电压、以及尖端到收集部之间的间隙来进行电纺丝，以获得含Ag的PVDF-HFP纳米纤维的纳米级的不同直径。此外，聚合物纳米纤维通过引入1wt％-20wt％的Ag而改变条件来进行制造。在实验中从溶液运输部中输出的速率是0.2-2.0ml/h。电纺丝通过在8kV和20kV改变来自电压源的电压而进行。电纺丝的聚合物纳米纤维通过在13cm和21cm之间改变尖端与收集部之间的间隙来进行制造。
实例11：通过电纺丝制备含无机纳米填充剂的PVDF-HFP聚合物纳米纤维
通过改变聚合物的wt％、供给电压、以及尖端到收集部之间的间隙来进行电纺丝，以获得含无机纳米填充剂的PVDF-HFP纳米纤维的纳米级的不同直径。此外，聚合物纳米纤维通过引入10wt％-40wt％的无机纳米填充剂(Al2O3、BaTiO3)而改变条件来进行制造。在实验中从溶液运输部中输出的速率是1.5ml/h。电纺丝通过在12kV和15kV之间改变来自电压源的电压来进行。电纺丝的聚合物纳米纤维通过在15cm和18cm之间改变尖端与收集部之间的间隙进行制造。
实例12：通过PVA电纺丝制备聚合物纳米纤维
当制备聚乙烯醇(PVA)纤维时，通过改变聚合物的wt％、供给电压以及尖端和收集部之间的间隙进行电纺丝以便获得如以上所适合的纳米级直径。在该实验中从溶液运输部中输出的速率是0.6ml/h。当将聚合物溶解在溶剂中时，该聚合物纳米纤维通过相对于溶液在8wt％-10wt％之间改变聚合物的量来进行制造。该纤维通过在15kV和20kV之间改变来自电压源的电压来制造。电纺丝通过在15cm和22cm之间改变尖端与收集部的间隙而进行。电纺丝的聚合物纳米纤维是在9wt％、20kV和20cm的最佳条件下进行制造的。
实例13：使用含Ag的PVA的电纺丝制备聚合物纳米纤维
当制备含Ag聚乙烯醇纤维时，电纺丝在与实例7相同的条件下进行。使用由石墨制成的适配器来阻止Ag在电纺丝过程中被还原，而由不锈钢制成的适配器通常在进行电纺丝时用于连接尖端和喷嘴。最后，在对含Ag的纤维进行电纺丝之后，将其在热板上挤压15分钟以还原Ag。
实例14：使用共混聚合物的电纺丝制备聚合物纳米纤维
将PVDF-HFP与聚苯乙烯进行共混之后，在实验中以从溶液运输部中5.0ml/h的输出速率并且通过在13kV和20kV之间改变来自电压源的电压进行电纺丝。电纺丝的聚合物纳米纤维通过在15cm和23cm之间改变尖端和收集部之间的间隙进行制造。聚合物纳米纤维在15wt％、20kV和23cm的条件下进行制造。
实例15：使用扫描电子显微镜对PVDF-HFP聚合物纳米纤维的表面的分析以及纳米纤维的分布
图6(A)和(B)是具有15wt％的聚合物的聚合物纤维的表面图像以及直径分布图。聚合物纳米纤维通过改变聚合物的wt％在14kV的供给电压下、在15cm的尖端和收集部之间的距离下、以及2ml/h的溶液供给速率下进行制造。如图6(A)和(B)所示，所获得的纳米纤维经鉴定具有800-1000nm的直径最均匀分布。
实例16：使用扫描电子显微镜对含Ag的PVDF-HFP聚合物纳米纤维的表面的分析以及纳米纤维的分布
图7(A)至(L)是根据在0.3wt％和10wt％之间改变在聚合物中所含的Ag的量的聚合物纤维的表面图像。聚合物纳米纤维是通过在15和20kV之间的供给电压下，在15和20cm之间的尖端和收集部之间的距离下以及0.3和2ml/h之间的溶液供给速率下改变包含在聚合物中的Ag的wt％而进行制造。如图7(A)至(L)所示，所获得的纳米纤维经鉴定具有200-500nm的直径最均匀分布。
实例17：使用扫描电子显微镜对含无机纳米填充剂的PVDF-HFP聚合物纳米纤维的表面的分析以及纳米纤维的分布
图8(A)至(L)是根据在10wt％和40wt％之间改变作为无机纳米填充剂的Al2O3的量的聚合物纤维的表面图像。聚合物纳米纤维通过在12kV的供给电压下，在15cm的尖端和收集部之间的距离下以及1.5ml/h的溶液供给速率下改变无机纳米填充剂的wt％而进行制造。如图8(A)至(L)所示，当加入40wt％的Al2O3时所获得的纳米纤维具有最好的纤维形貌。
图9(A)至(L)是根据在10wt％和40wt％之间改变作为无机纳米填充剂的BaTiO3的量的聚合物纤维的表面图像。聚合物纳米纤维通过在12kV的供给电压下，在15cm的尖端和收集部之间的距离下以及1.5ml/h的溶液供给速率下改变无机纳米填充剂的wt％而进行制造。如图9(A)至(L)所示，所获得的纳米纤维表明它具有团聚的形状(gathering-shape)以及500-1000nm的直径最均匀分布。
实例18：使用扫描电子显微镜对PVA聚合物纳米纤维的表面的分析以及纳米纤维的分布
图10(A)和(B)是PVA聚合物纤维的图像以及直径分布图。当对图像中的聚合物纤维进行电纺丝时，供给电压是20kV，尖端和收集部之间的间隙是20cm，并且溶液供应速率是0.6ml/h。如图10(B)所示，所获得的纳米纤维表明它具有180-200nm的直径最均匀分布。
实例19：使用扫描电子显微镜对含Ag的PVA聚合物纳米纤维的表面的分析以及纳米纤维的分布
图11是含有Ag的PVA聚合物纤维的表面图像。当对图像中的聚合物纤维进行电纺丝时，供给电压是20kV，尖端和收集部之间的间隙是20cm，并且溶液供应速率是0.6ml/h。含Ag的PVA聚合纤维具有与不含Ag的聚合物类似的直径范围。尽管Ag包含在PVA纤维之中，经证实原始的形貌并未改变。
实例20：使用扫描电子显微镜对共混的聚合物纳米纤维的表面的分析以及纳米纤维的分布
图12(A)至(C)示出了PVDF-HFP与聚苯乙烯的共混聚合物纳米纤维的表面图像。当对图像中的聚合物纤维进行电纺丝时，供给电压是20kV，尖端和收集部之间的间隙是21cm，并且溶液供应速率是5.0ml/h。PVDF-HFP与聚苯乙烯的共混聚合物纳米纤维的直径是约1000nm，它比未共混的PVDF-HFP纳米纤维更大并且股的形状更粗糙。
图13(A)至(C)示出了PVDF-HFP与PMMA的共混聚合物纳米纤维的表面图像。当对图像中的聚合物纤维进行电纺丝时，供给电压是20kV，尖端和收集部之间的间隙是21cm，并且溶液供应速率是4.0ml/h。PVDF-HFP和PMMA的共混聚合物具有和未共混的PVDF-HFP纳米纤维相似的直径范围，是约600nm，并且两者的股的形状几乎相似。实例21：制备一种电解质溶液
通过在碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯以及乙腈的溶剂中(体积比8∶2∶5)混合0.2mol的四丁基碘化铵、0.05mol的碘以及0.3mol的1-profile-3-甲基咪唑鎓碘化物来制备一种电解质溶液，并且然后将其搅拌24小时。
在使用聚乙烯醇纤维制备染料敏化太阳能电池的实例中，通过在碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯以及乙腈的溶剂中(体积比8∶2∶5)混合0.02mol的四丁基碘化铵、0.08mol的碘以及0.03mol的1-profile-3-甲基咪唑鎓碘化物来制备一种电解质溶液，并且然后将其搅拌24小时。
实例22：使用聚合物纳米纤维制作电解质层
将根据实例6至8制造的聚合物纳米纤维置于实例2的染料所吸附的氧化钛基片上，并且然后将0.035ml的电解质溶液使用微量移液器滴落到基片的上部。此后，将其在40℃-50℃下在烘箱中干燥2到3小时以便蒸发溶剂。
实例23：制作Pt电极
使用含Pt前体的糊剂来制备透明的染料敏化太阳能电池。该Pt前体的糊剂可以从Solaronix(瑞士)商购到。
将Pt涂覆到FTO玻璃基片上，该基片通过使用含Pt前体的糊剂在从室温到400℃的提高的温度下按照与实例1中的氧化钛层相同的方式切割成15mm×10mm的尺寸。使用一台Alpha Step所获得的Pt电极的测量结果是，厚度经鉴定为约100nm。
实例24：制作固体型的染料敏化太阳能电池装置
染料敏化太阳能电池装置是通过含聚合物纤维和电解质(根据实例22施加到染料吸附的氧化钛层上)的电极基片与根据实例23制成的Pt电极基片的装置结而制成的。
实例25：染料敏化太阳能电池装置的电光特性的测量
根据实例24制造的染料敏化太阳能电池的电光特性。具有根据实例22的含聚合物纤维的电解质的染料敏化太阳能电池的电压-电流密度在标准条件(AM 1.5，100mW/cm2，25℃)下通过使用一个太阳能模拟器(PEC-L11，PECCELL)进行测量，其中该太阳能模拟器通过安装150W的氙灯以及Keithley并且使用标准的硅电池进行校正。
电光特性的结果
根据测量染料敏化太阳能电池装置的电光特性的结果的电流-电压图分别在图14至19中示出。
图14是示出了使用根据实例9制造的具有纳米级直径的PVDF-HFP纤维的染料敏化太阳能电池装置在100mW/cm2的照明状态下的电压-电流密度的曲线图。根据图14，电流密度随着引入界面粘合层以及散射层而增加。
图15是示出了使用根据实例9制造的具有纳米级直径的PVDF-HFP纤维的染料敏化太阳能电池在暗的状态下的电压-电流密度的曲线图。经鉴定，该电压随着引入界面粘合层以及散射层而增加，因为这两个层防止了TiO2层与电极层的重组。
表1示出了通过加入PVDF-HFP聚合物纤维而制造的染料敏化太阳能电池装置的特性，该聚合物纤维的制备条件为：供给电压是14kV，尖端和聚集器之间的间隙是15cm，并且溶液供应速率是2ml/h，并且聚合物的wt％是不断变化的。经证实，电流密度随界面结合层以及散射层的引进而显著增加，而开路电压和填充因数没有很大改变。因此，总能量的转换效率提高了60％，并且可以制造具有8.58％的高效率的染料敏化太阳能电池。
[表1]
在引入了界面粘合层与散射层的无机氧化物层中使用PVDF-HFP聚合物纳米纤维的染料敏化太阳能电池装置的光电性能的对比
Figure BPA00001330292900251
表2示出了通过加入含Ag的PVDF-HFP聚合物纤维制造的染料敏化太阳能电池装置的特性，该聚合物纤维的制备条件为：供给电压是在8kV和20kV之间，尖端和聚集器之间的间隙是在13和21cm之间，并且溶液供应速率是在0.2和2ml/h之间，并且Ag相对于聚合物的wt％是不断变化的。经证实，当加入1/100wt％的Ag时电流密度显著增加。
[表2]
使用含Ag的PVDF-HFP聚合物纳米纤维的染料敏化太阳能电池装置的光电性能的对比
Figure BPA00001330292900261
图16示出了在100mW/cm2的照明条件下使用根据实例11制造的具有纳米级直径的PVDF-HFP的染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的一个曲线图，其中PVDF-HFP包含Al2O3作为无机纳米填充剂。
表3示出了通过加入含无机纳米填充剂的PVDF-HFP聚合物纤维制造的染料敏化太阳能电池装置的特性，该聚合物纤维的制备条件为：供给电压是在12kV和15kV之间，尖端和聚集器之间的间隙是在15cm和18cm之间，并且溶液供应速率是1.5ml/h，并且作为无机纳米填充剂的Al2O3相对于聚合物的wt％是变化的。
根据图16和表3，当加入PVDF-HFP中的Al2O3的含量是20wt％以及30wt％时短路电流具有最大值，并且能量转化效率在30wt％的情况下具有最大值。
图17示出了在100mW/cm2的照明条件下使用根据实例11制造的具有纳米级直径的PVDF-HFP纤维的染料敏化太阳能电池装置的电压-电流密度的一个曲线图，其中PVDF-HFP包含BaTiO3作为无机纳米填充剂。
[表3]
使用PVDF-HFP聚合物纳米纤维的染料敏化太阳能电池装置的光电性能的对比，其中PVDF-HFP包含Al2O3作为无机纳米填充剂
Figure BPA00001330292900262
表4示出了与表3在相同的条件下制备(但是使用BaTiO3代替Al2O3)的染料敏化太阳能电池装置的特性。
根据图17以及表4，当加入PVDF-HFP中的BaTiO3是20wt％时，电流密度以及能量转换效率具有最大值。
[表4]
使用PVDF-HFP聚合物纳米纤维的染料敏化太阳能电池装置的光电性能的对比，其中PVDF-HFP包含BaTiO3作为无机纳米填充剂
Figure BPA00001330292900271
根据表2至4，当将含Ag、或Al2O3或BaTiO3作为无机纳米填充剂插入染料敏化太阳能电池中并将其熔融到电极中时，与具有不含这些组分的纤维的染料敏化太阳能电池相比，电流密度以及能量效率更加得到改进。
图18是示出了染料敏化太阳能电池装置在100mW/cm2的照明状态下使用根据实例12制造的具有纳米级直径的PVA纤维的一个电压-电流密度的曲线图。根据图18，已经证实了电压随着引入界面粘合层以及散射层而增加。
图19是示出了使用根据实例12所制造的具有纳米级直径的PVA纤维的染料敏化太阳能电池在暗的状态下的电压-电流密度曲线图。经证实电压随着引入界面粘合层以及散射层而增加，因为这两个层阻止了TiO2层与电极层的重组。
表5示出了通过加入PVA聚合物纤维制造的染料敏化太阳能电池装置的特性，该聚合物纤维的制备条件为：供给电压是20kV，尖端和聚集器之间的间隙是20cm，并且溶液供应速率是0.6ml/h，并且聚合物的wt％是不断变化的。根据表5，电流密度随着界面结合层以及散射层的引进而显著增加，而开路电压和填充因数没有很大改变。因此，当鉴定总能量的转换效率时，可以制造具有7.36％的高效率的染料敏化太阳能电池。
[表5]
在引入了界面粘合层与散射层的无机氧化物层中使用PVA聚合物纳米纤维的染料敏化太阳能电池装置的光电性能的对比
Figure BPA00001330292900281
图20示出了在100mW/cm2的照明条件下使用根据实例13制造的具有纳米级直径的PVA纤维的染料敏化太阳能电池装置的一个电压-电流密度的曲线图，其中PVA包含Ag。
表6示出了通过加入在与制造PVA相同的条件下生产的Ag-PVA纤维制造的染料敏化太阳能电池装置的特性。根据表6，能量转换效率通过将Ag加入PVA纤维中而提高到了8.12％。
[表6]
在引入了界面粘合层与散射层的无机氧化物层中使用聚合物纳米纤维的染料敏化太阳能电池的光电性能的对比(Ag-PVA)
Figure BPA00001330292900282
在使用PVA纤维的实验中，当向染料敏化太阳能电池中插入含Ag的纤维并且将其在电解质中熔融时(表6)，与具有不包含Ag的纤维的染料敏化太阳能电池(表5)相比，电流密度更加得到改进。结果是，Ag作为帮助离子在电解质中移动的介质起作用，由此在TiO2、电解质以及Pt电极中离子的电导速率增加。
表7示出了通过加入PVDF-HFP与聚苯乙烯的共混聚合物纤维而制成的染料敏化太阳能电池装置的特性，该共混的聚合物纤维的制备条件是：供给电压是20kV，尖端和收集部之间的间隙是21cm，并且溶液供应速率是5.0ml/h，并且PVDF-HFP与PMMA的共混聚合物纤维的制备条件为：供给电压是20kV，尖端和收集部之间的间隙是20cm，并且溶液供应速率是4.0ml/h。
[表7]
使用PVDF-HFP分别与聚苯乙烯和PMMA共混的聚合物的染料敏化太阳能电池装置的光电性能的对比
Figure BPA00001330292900291
实例26：测量染料敏化太阳能电池装置的阻抗
通过测量根据实例15生产的染料敏化太阳能电池装置的阻抗来测量每一界面上的电阻。图21至27是示出了用Echem Analyst(GAMRY)测量的值并且将其拟合到Z-MAN软件上而获得的阻抗数据的曲线图。
图21是在无机氧化物层中引入了界面粘合层以及光散射层的染料敏化太阳能电池装置以及不具有这两个层的装置的阻抗的Bode曲线图。当该曲线图的峰位于离低频率更近的位置时，电荷会移动地更快并且电子的寿命更长。电荷的快速移动是通过引入界面粘合层以及光散射层而引发的，这样就提供了高的电流密度以及能量转换效率，因为当引入界面粘合层以及光散射层时，曲线图的峰向更接近低的频率移位。
表8和9示出了在向无机氧化物层中引入界面粘合层以及光散射层之后测量分别通过电纺丝法用PVDF-HFP和PVA制成的以及通过旋涂法用聚合物薄膜制成的染料敏化太阳能电池装置的电阻的结果。Rs是太阳能电池装置的串联电阻，R1CT是含界面粘合层I 1004的无机氧化物层1003与光散射层1005之间的电阻，R2CT是含界面粘合层II 1006的光散射层1005与电解质层1008之间的电阻，并且R3CT是聚合物电解质层1008与第二电极1009之间的电阻。R1CT、R2CT、和R3CT之间没有显著差别，然而，根据R2CT的值，由聚合物纳米纤维制成的染料敏化太阳能电池装置的电阻更低。因此，由于光散射层和电解质层之间的低电阻获得了作为光电性能的高电流密度。
图22和24是阻抗的Bode曲线图，并且图23和25是Nyquist曲线图。由于Bode曲线图的峰位于低频区域的相同频率处，所以在电荷移动上没有显著的差别。图的更大并且更高的半圆(half-circle)意味着存在电子与掺杂的空穴的许多重组。当聚合物薄膜是通过旋涂法使用时，曲线图在高频区的半圆更大，由此产生更大的重组。因此，获得了高以及低的电阻作为光电性能。
图26是根据实例用具有纳米级直径的含Ag的PVA纤维制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比。由于两条曲线图的峰位于相同的频率，因此在电荷移动上没有显著的差别。图27是根据实例由具有纳米级直径的含Ag的PVA纤维制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Nyquist曲线图的对比。由于两幅曲线图显示出类似的曲线，然而，PVA的界面阻抗比Ag-PVA的更小，并且总体上呈现出低的阻抗。
    [表8]
来自通过电纺丝的方法使用PVDF-HFP纳米纤维制成的以及通过旋涂法使用PVDF-HFP聚合物薄膜制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗测量的电阻水平
  Rs(Ω)   R1CT(Ω)   R2CT(Ω)   R3CT(Ω)
  电纺丝法   32.203   12.305   3.608   5.117
  旋涂法   36.540   11.856   10.437   6.776
[表9]
来自通过电纺丝的方法使用PVA纳米纤维制成的以及通过旋涂法使用PVA聚合物薄膜制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗测量的电阻水平
  Rs(Ω)   R1CT(Ω)   R2CT(Ω)   R3CT(Ω)
  PVA纤维   25.643   4.606   11.825   9.811
  Ag PVA纤维   27.089   2.793   3.077   9.233
  旋涂的薄膜   21.825   73.393   24.466   33.720
如以上所提及，通过使用含Ag纤维制的染料敏化太阳能电池由于界面之间离子电导率的增加而具有增加的电流密度。它可以通过对阻抗的分析来证实。在太阳能电池装置的串联电阻之间不存在显著差别，然而由含Ag的纳米纤维制成的R1CT、R2CT、以及R3CT的值降低。因此，发现了由含Ag的纳米纤维制成的太阳能电池的界面之间的电阻更低。
图28是根据实例由具有纳米级直径的含PVDF的纤维制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Bode曲线图的对比，其中PVDF包括Al2O3作为无机纳米填充剂。由于两个曲线图的峰位于类似的频率，因此在电荷移动上没有显著的差别。图29是根据以下实例由具有纳米级直径的含PVDF纤维制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗的Nyquist曲线图的对比，其中PVDF包含Al2O3作为无机纳米填充剂。含无机纳米填充剂Al2O3的PVDF-HFP纤维具有比不含它们的纤维更小的半圆，因此引入了无机纳米填充剂，Al2O3证实了它防止了重组。
[表10]
来自通过电纺丝的方法使用PVDF-HFP纳米纤维制成的染料敏化太阳能电池装置的阻抗的测量的电阻水平，其中PVDF包含Al2O3作为无机纳米填充剂
  PVDF-HFP   10wt％   20wt％   30wt％   40wt％
  Rs   34.453   30.793   31.195   29.514   32.453
  R1   16.658   16.386   14.379   14.748   16.658
  R2   15.479   8.480   11.173   9.465   9.174
实例27：通过电纺丝法制成的PVDF-HFP聚合物纳米纤维的电解质耐久性试验
聚合物纤维是通过PVDF-HFP的电纺丝进行制备的，然后将所生产的聚合物纤维引入多个玻璃基片之间并且还引入电解质。进行耐久性试验。
在图30中(A)是粘合了玻璃基片之后并且不引入聚合物纤维而仅引入电解质的图像。在图30中(A-1)是引入纤维并且粘合了玻璃基片然后引入了电解质之后的一个图像。在玻璃基片上钻具有1mm直径的孔之后，通过该孔引入电解质，然后不填充该孔观察48小时。在图30中(B)是粘合了玻璃基片并且然后仅引入电解质之后12小时的图像。在图30中(B-1)是引入了纤维并且粘合了玻璃基片然后引入了电解质之后12小时的图像。
在图30中(C)是粘合了玻璃基片并且然后仅引入电解质之后36小时的图像。在图30中(C-1)是引入了纤维并且粘合了玻璃基片然后引入了电解质之后36小时的图像。
在图30中(D)是粘合了玻璃基片并且然后仅引入电解质之后48小时的图像。在图30中(D-1)是引入了纤维并且粘合了玻璃基片然后引入了电解质之后48小时的图像。48小时之后将它们对比，在仅引入了电解质的图30中(D)所使用的电解质的量通过蒸发变得更少，而在引入了纤维与电解质的图30中(D)的电解质几乎没有被蒸发并且保留在了玻璃基片中。这表明聚合物纳米纤维可以稳定地将电解质保留在玻璃基片中。在图30中(E)是由于检察纤维在48小时之后是否保留在电解质中而移去了玻璃基片的图。应理解的是，尽管已经过48小时，纤维仍然保留下来并且未熔融或分散。
对比实例1：使用旋涂的PVDF-HFP聚合物作为电解质基质的染料敏化太阳能电池的光电性能
聚合物薄膜是通过旋涂法使用聚合物PVDF-HFP制备的，然后将所产生的薄膜引入染料敏化太阳能电池中，随后确定该装置的光电性能。
根据与实例相同的程序和条件制备电解质溶液以便制作染料敏化太阳能电池，除外使用通过旋涂法而制备的聚合物薄膜代替聚合物纳米纤维。关于包含通过旋涂法制作的聚合物薄膜的染料敏化太阳能电池，在与实例25中相同的条件下根据电压测量电流密度。根据对比实例1的染料敏化太阳能电池的电压-电流密度的确定在图31中示出，表11指明了开路电压、短路电流、填充因数、能量转换效率。
在根据对比实例1的染料敏化太阳能电池中，通过电极的带隙能量差所确定的开路电压与其中包括聚合物纳米纤维的实例9的开路电压类似。然而，在包括典型的聚合物纤维的装置的情况下，短路电流的值更低。似乎是因为离子迁移率由于聚合物纳米纤维中大量的孔而更高。与包括聚合物纤维的装置相比，对比实例1的能量转换效率也趋于更低。
[表11]
使用旋涂的PVDF-HFP聚合物作为电解质基质的染料敏化太阳能电池的光电性能
Figure BPA00001330292900321
对比实例2：使用旋涂的PVA聚合物作为电解质基质的染料敏化太阳能电池的光电性能
聚合物薄膜是通过旋涂法使用在实例6中的聚合物PVA进行制备的，然后将所产生的薄膜引入到染料敏化太阳能电池中，随后确定该装置的光电性能。
根据与实例相同的程序和条件制备电解质溶液以便制作染料敏化太阳能电池，除外使用通过旋涂法而制备的聚合物薄膜代替聚合物纳米纤维。关于包含通过旋涂法制作的聚合物薄膜的染料敏化太阳能电池，在与实例25中相同的条件下根据电压测量电流密度。根据对比实例2的染料敏化太阳能电池的电压-电流密度的确定在图32中示出，表12指明了开路电压、短路电流、填充因数、能量转换效率。
在根据对比实例2的染料敏化太阳能电池中，通过电极的带隙能量差所确定的开路电压与其中包括聚合物纳米纤维的实例15的开路电压类似。然而，在包括典型的聚合物纤维的装置的情况下，短路电流的值更低。似乎是因为离子迁移率由于聚合物纳米纤维中大量的孔而更高。与包括聚合物纤维的装置相比，对比实例2的能量转换效率也趋于更低。
[表12]
使用旋涂的PVA聚合物作为电解质基质的染料敏化太阳能电池的光电性能
Figure BPA00001330292900331
对比实例3：使用液体电解质的染料敏化太阳能电池的光电性能
制备染料敏化太阳能电池，其中仅引入了液体电解质以便发现并且比较没有聚合物纤维的染料敏化太阳能电池的能量转换效率。
电流密度在与实例25相同的条件下根据电压来确定。根据对比实例3的染料敏化太阳能电池的电压-电流密度的确定在图33中示出，并且表13示出了开路电压、短路电流、填充因数、能量转换效率。
表14示出了根据对比实例3的阻抗值。根据表14，整体阻抗值降低了。因此，应理解的是当仅使用电解质而没有纳米纤维时，整体阻抗降低，因为当引入纳米纤维时，内电阻由于纳米纤维而得到增加。
[表13]
使用液体电解质的染料敏化太阳能电池的光电性能
Figure BPA00001330292900332
[表14]
使用液体电解质的染料敏化太阳能电池的阻抗的确定
  Rs(Ω)   R1CT(Ω)   R2CT(Ω)   R3CT(Ω)
  21.472   2.213   9.483   3.549
对优选的实例进行了描述，它们仅是示例性的并且可以对本发明作出不同的修改以及变更。然而，明显的是这些修改和变更在不背离所附的本发明的权利要求的精神时包括在本发明的范围之内。

Claims (18)

1.一种染料敏化的太阳能电池，包括：
彼此相对安排的第一基片和第二基片；
插入所述第一基片和第二基片之间的第一电极，其中在所述第一电极上形成有无机氧化物层和染料层，所述染料层以化学方式被吸附到所述无机氧化物层中以提供被激发的电子；
与所述第一电极相对放置的第二电极，其中所述第二电极插入所述第一和第二基片之间以由此允许电流流动；
第一界面粘合层，所述第一界面粘合层配置为协助所述界面在所述无机氧化物层的顶面粘合到所述无机氧化物层上；
第二界面粘合层，所述第二界面粘合层配置为阻止所述第一界面粘合层顶面的反向电流；
插入所述第一和第二界面粘合层之间的光散射层，所述光散射层增加光吸收；和
插入所述第一和第二电极之间的固体电解质，其中所述固体电解质包括通过电纺丝法制造的聚合物纳米纤维并且通过氧化还原反应向所述染料层提供电子；
其中所述无机氧化物层形成在所述第一电极上，所述染料层形成在所述第二界面粘合层上，在所述染料层上形成有固体电解质。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述聚合物纤维选自下列中的至少一种：聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)以及它们的聚合物共混物。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述聚合物的含量相对于所述固体电解质为5至95重量百分数。
4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述聚合物的重均分子量为50,000至1,000,000。
5.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述聚合物纤维具有20至1500nm的直径。
6.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述固体电解质包括纳米尺寸的Ag。
7.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述固体电解质还包括无机纳米填充剂。
8.如权利要求7所述的染料敏化太阳能电池，其中所述无机纳米填充剂是Al2O3或BaTiO3。
9.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第一和第二界面粘合层的厚度为10至100nm。
10.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中形成所述光散射层的颗粒具有100至500nm的粒径。
11.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中所述染料层是选自下列中的至少一种：基于钌的染料、基于呫吨的染料、基于菁蓝的染料、基于卟啉的染料和基于蒽醌的染料。
12.一种用于制备染料敏化太阳能电池的方法，包括：
提供第一基片；
在所述第一基片的一个表面上形成第一电极并在所述第一电极上形成无机氧化物层；
形成第一界面粘合层，所述第一界面粘合层协助所述界面在所述无机氧化物层的顶面上粘合到所述无机氧化物层上；
在所述第一界面粘合层的顶面上形成光散射层以增加光吸收；
在所述光散射层的顶面上形成第二界面粘合层以防止反向电流；
在所述第二界面粘合层的顶面上吸附染料层；
在吸附所述染料层的所述第二界面粘合层的顶面上通过利用电纺丝装置将聚合物溶液进行电纺丝来制造聚合物纳米纤维，向所述聚合物纳米纤维涂覆电解质溶液并随后蒸发所涂覆的溶液以形成固体电解质；并且
在所述固体电解质的顶面上形成第二电极和第二基片。
13.如权利要求12所述的方法，其中形成所述固体电解质的步骤包括：使聚合物溶解在溶剂中以形成聚合物溶液，将所形成的聚合物溶液引入所述电纺丝装置的电纺丝部中并且对所述聚合物溶液进行纺丝。
14.如权利要求12所述的方法，其中在形成所述固体电解质的步骤中所述聚合物溶液包括纳米尺寸的Ag。
15.如权利要求12所述的方法，其中在形成所述固体电解质的步骤中所述聚合物溶液还包括无机纳米填充剂。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述无机纳米填充剂是Al2O3或BaTiO3。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述电纺丝装置包括：电压源，以便施加电压形成纳米纤维；溶液运输部，以便规则地喷洒所述聚合物溶液；电纺丝部，以便通过使用由所述电压源施加的电压从所述聚合物溶液产生聚合物纳米纤维，所述聚合物溶液从所述溶液运输部进行运输；以及收集部，用于收集由所述电纺丝部纺出的纳米纤维。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述电纺丝部控制纺丝端与收集部之间的间隙。
CN2009801361038A 2008-08-29 2009-08-31 含电纺丝法生产的聚合物纳米纤维的电解质以及使用它的高效率染料敏化太阳能电池 Expired - Fee Related CN102160191B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080085340A KR100997843B1 (ko) 2008-08-29 2008-08-29 전기방사법에 의해 제조된 고분자 전해질을 포함한 염료감응형 태양전지 소자 및 이의 제조방법
KR10-2008-0085340 2008-08-29
PCT/KR2009/004889 WO2010024644A2 (ko) 2008-08-29 2009-08-31 전기방사법에 의해 제조된 고분자 나노섬유를 포함하는 전해질 및 이를 이용한 고효율 염료감응형 태양전지 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102160191A CN102160191A (zh) 2011-08-17
CN102160191B true CN102160191B (zh) 2013-09-25

Family

ID=41722159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801361038A Expired - Fee Related CN102160191B (zh) 2008-08-29 2009-08-31 含电纺丝法生产的聚合物纳米纤维的电解质以及使用它的高效率染料敏化太阳能电池

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9281131B2 (zh)
EP (1) EP2323174A4 (zh)
JP (1) JP5690730B2 (zh)
KR (1) KR100997843B1 (zh)
CN (1) CN102160191B (zh)
AU (1) AU2009286218B2 (zh)
TW (1) TWI476937B (zh)
WO (1) WO2010024644A2 (zh)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010110803A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Switchable junction with intrinsic diode
KR101078873B1 (ko) * 2010-10-22 2011-11-01 한국과학기술연구원 염료감응 태양전지용 상대 전극의 제작 방법
KR101286075B1 (ko) 2011-04-04 2013-07-15 포항공과대학교 산학협력단 이온층을 포함하는 염료 감응형 태양전지 및 그 제조 방법
TWI528382B (zh) * 2011-07-29 2016-04-01 碩禾電子材料股份有限公司 導電組合物及其製造方法
KR101347478B1 (ko) * 2012-01-31 2014-02-17 한국기술교육대학교 산학협력단 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치
US20130295143A1 (en) * 2012-05-02 2013-11-07 Massachusetts Institute Of Technology Electroprocessing of active pharmaceutical ingredients
KR101388598B1 (ko) * 2012-07-27 2014-04-24 포항공과대학교 산학협력단 다공성 고분자 박막으로 도포된 금속산화물 반도체전극 및 이를 이용한 염료감응 태양전지의 제조 방법
GB201216177D0 (en) * 2012-09-11 2012-10-24 Solarprint Ltd Dye sensitized solar cell (dssc) for indoor sensor energy harvesting device applications
KR101462072B1 (ko) * 2013-05-02 2014-11-17 서울대학교산학협력단 염료감응 태양전지용 3차원 구조의 광전극 및 이것의 제조방법
CN103390504B (zh) * 2013-07-23 2016-01-13 中国科学院长春应用化学研究所 纳米结构的宽禁带半导体的表面分子层缺陷的填充方法
US10069459B1 (en) * 2013-10-21 2018-09-04 University Of South Florida Solar cells having internal energy storage capacity
US10213960B2 (en) 2014-05-20 2019-02-26 Massachusetts Institute Of Technology Plasticity induced bonding
CN104078566A (zh) * 2014-07-02 2014-10-01 厦门大学 一种电纺制备聚合物薄膜太阳能电池活性层的方法
FR3039318B1 (fr) * 2015-07-24 2017-07-21 Commissariat Energie Atomique Procede de controle de cristallisation d’une couche par incorporation d’un element
US10886073B2 (en) * 2016-04-13 2021-01-05 King Saud University Flexible solar panel
CN106531446A (zh) * 2016-12-30 2017-03-22 湖北工程学院 用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法
CN107039189B (zh) * 2017-04-21 2019-02-12 柳州博泽科技有限公司 一种基于双层复合结构的光阳极
CN107093519A (zh) * 2017-04-27 2017-08-25 深圳市创艺工业技术有限公司 一种太阳能供电的显示装置
CN107068409B (zh) * 2017-04-27 2019-01-08 江苏百福能源科技有限公司 一种包含优化结构光电极的染料敏化太阳能电池
TWI657591B (zh) * 2017-11-29 2019-04-21 住華科技股份有限公司 太陽能光學膜疊層及其製造方法
CN109988196A (zh) * 2018-02-15 2019-07-09 湖南辰砾新材料有限公司 （4-二茂铁乙炔基）苯胺改性富勒烯的制备方法与应用
CN113562690B (zh) * 2020-04-28 2022-05-31 清华大学 纳米操纵器
CN113005536A (zh) * 2021-03-11 2021-06-22 南开大学 一种新型纳米级塑料颗粒及其制备方法
CN113280838B (zh) * 2021-05-17 2022-10-11 武汉纺织大学 全纤维基自供电传感器
CN114289077B (zh) * 2021-12-23 2022-12-27 浙江大学 一种染料敏化二氧化钛复合纤维的制备方法
CN115385442B (zh) * 2022-05-25 2023-07-04 天津大学 复合功能性微纳米纤维载体及其制备方法、应用
KR20230175019A (ko) * 2022-06-22 2023-12-29 울산과학기술원 초음파 스프레이 증착 기술을 활용한 염료감응형 태양전지 TiO2 전극 및 이의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1653558A (zh) * 2002-04-11 2005-08-10 索尼株式会社 固体电解质,光电装置及其制造方法

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US312340A (en) * 1885-02-17 Apparatus for emptying and charging galvanic elements
US2469269A (en) * 1943-04-17 1949-05-03 Lear Inc Unitary mechanical actuator device
US5187993A (en) * 1991-08-12 1993-02-23 Addco Manufacturing, Inc. Actuator for remote control
JP2000357544A (ja) * 1999-04-16 2000-12-26 Idemitsu Kosan Co Ltd 色素増感型太陽電池
JP4415482B2 (ja) * 2000-03-28 2010-02-17 パナソニック電工株式会社 光電変換素子
JP2001273938A (ja) * 2000-03-28 2001-10-05 Hitachi Maxell Ltd 光電変換素子
US6453761B1 (en) * 2000-11-16 2002-09-24 Thomson Saginaw Ball Screw Company, L.L.C. Direct attachment electric motor operated ball nut and screw linear actuator
JP2002222968A (ja) * 2001-01-25 2002-08-09 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電気化学電池
KR20030065957A (ko) 2002-02-02 2003-08-09 한국전자통신연구원 폴리비닐리덴 플로라이드 함유 겔형 고분자 전해질을포함하는 염료감응 태양전지
JP2003303629A (ja) 2002-04-11 2003-10-24 Sony Corp 色素増感太陽電池
WO2003103085A1 (ja) 2002-06-04 2003-12-11 新日本石油株式会社 光電変換素子
US7825330B2 (en) * 2002-07-09 2010-11-02 Fujikura Ltd. Solar cell
KR100681499B1 (ko) * 2002-07-09 2007-02-09 가부시키가이샤후지쿠라 태양 전지
EP1536508B1 (en) 2002-08-13 2014-06-25 Bridgestone Corporation Improvement of dye-sensitized solar cell
JP4344120B2 (ja) * 2002-08-23 2009-10-14 シャープ株式会社 色素増感型太陽電池
WO2004112183A1 (en) * 2003-06-17 2004-12-23 Samshin Creation Co., Ltd. A complex membrane for electrochemical device, manufacturing method and electrochemical device having the same
EP1513171A1 (en) * 2003-09-05 2005-03-09 Sony International (Europe) GmbH Tandem dye-sensitised solar cell and method of its production
KR101056440B1 (ko) 2003-09-26 2011-08-11 삼성에스디아이 주식회사 염료감응 태양전지
KR100543218B1 (ko) 2003-10-31 2006-01-20 한국과학기술연구원 전기방사된 초극세 산화티타늄 섬유로 이루어진 반도체전극을 가지는 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법
US7615703B2 (en) * 2004-03-03 2009-11-10 Canon Kabushiki Kaisha Electrolyte composition, dye-sensitized solar cell and production method thereof
EP1589548A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-26 Sony Deutschland GmbH A method of producing a porous semiconductor film on a substrate
KR101042959B1 (ko) 2004-06-03 2011-06-20 삼성에스디아이 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
JP5029015B2 (ja) 2004-10-15 2012-09-19 株式会社ブリヂストン 色素増感型金属酸化物半導体電極及びその製造方法並びに色素増感型太陽電池
KR100657949B1 (ko) 2005-02-05 2006-12-14 삼성전자주식회사 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법
JP2006236807A (ja) 2005-02-25 2006-09-07 Ngk Spark Plug Co Ltd 色素増感型太陽電池
DE102006062815B4 (de) 2005-03-30 2011-09-15 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Oxidhalbleiterelektrode, farbstoffsensibilisierte Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
JP2006331790A (ja) 2005-05-25 2006-12-07 Bridgestone Corp 色素増感型太陽電池用対向電極及び色素増感型太陽電池
JP2006331791A (ja) 2005-05-25 2006-12-07 Bridgestone Corp 色素増感型太陽電池用セパレータ及びその利用
KR20070019868A (ko) 2005-08-11 2007-02-15 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막, 이를 포함하는 막-전극어셈블리, 이를 포함하는 연료전지 시스템, 및 이의제조방법
KR101156529B1 (ko) * 2005-10-18 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 신규한 홀 전달물질 및 이를 이용한 고체전해질 및광전변환소자
KR100656361B1 (ko) * 2005-11-07 2006-12-13 한국전자통신연구원 타이타니아 나노입자가 충진된 고분자 전해질 용액과 이를포함하는 염료감응 태양전지
JP4523549B2 (ja) 2006-01-18 2010-08-11 シャープ株式会社 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
AU2006346135B2 (en) 2006-07-13 2011-11-03 Toyobo Co., Ltd. Dye-sensitized solar cell, and electrode and laminated film therefor
US20080072960A1 (en) * 2006-09-26 2008-03-27 Mi-Ra Kim Phthalocyanine compound for solar cells
JP2008091162A (ja) 2006-09-29 2008-04-17 Dainippon Printing Co Ltd 酸化物半導体電極、および、これを用いた色素増感型太陽電池セル
KR100825731B1 (ko) 2006-09-29 2008-04-29 한국전자통신연구원 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법
KR100854711B1 (ko) 2006-10-30 2008-08-27 한국과학기술연구원 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 및 이의제조방법
KR100830946B1 (ko) 2006-11-15 2008-05-20 한국과학기술연구원 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR100838158B1 (ko) 2007-01-04 2008-06-13 한국과학기술연구원 메조 다공성 금속산화물 박막을 포함하는 염료감응태양전지용 광전극 및 이의 제조방법
JP2008186669A (ja) 2007-01-29 2008-08-14 Mitsubishi Electric Corp 色素増感型太陽電池の製造方法
KR20080079894A (ko) 2007-02-28 2008-09-02 삼성에스디아이 주식회사 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
JP5140886B2 (ja) * 2007-05-07 2013-02-13 帝人株式会社 複合繊維構造体
KR100927212B1 (ko) 2007-07-24 2009-11-16 한국과학기술연구원 속빈 구 형태의 금속산화물 나노입자를 포함하는 염료감응태양전지용 광전극 및 이의 제조방법
KR100898280B1 (ko) 2007-07-30 2009-05-19 주식회사 솔켐 전기방사법에 의해 제조된 고분자 나노섬유를 포함하는고체 전해질 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지
JP5175498B2 (ja) * 2007-07-31 2013-04-03 セイコーエプソン株式会社 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および電子機器
KR100921476B1 (ko) 2007-08-29 2009-10-13 한국과학기술연구원 전기방사에 의한 금속산화물 나노입자를 포함하는금속산화물층을 구비한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1653558A (zh) * 2002-04-11 2005-08-10 索尼株式会社 固体电解质,光电装置及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010024644A2 (ko) 2010-03-04
TW201021223A (en) 2010-06-01
US20110220205A1 (en) 2011-09-15
CN102160191A (zh) 2011-08-17
AU2009286218A1 (en) 2010-03-04
AU2009286218B2 (en) 2014-11-20
EP2323174A4 (en) 2017-09-20
JP2012501518A (ja) 2012-01-19
US9281131B2 (en) 2016-03-08
EP2323174A2 (en) 2011-05-18
JP5690730B2 (ja) 2015-03-25
KR20100026364A (ko) 2010-03-10
KR100997843B1 (ko) 2010-12-01
TWI476937B (zh) 2015-03-11
WO2010024644A3 (ko) 2010-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102160191B (zh) 含电纺丝法生产的聚合物纳米纤维的电解质以及使用它的高效率染料敏化太阳能电池
US9368287B2 (en) Dye-sensitized solar cell with metal oxide layer containing metal oxide nanoparticles produced by electrospinning and method for manufacturing same
JP4958576B2 (ja) 染料感応太陽電池用高分子ゲル電解質組成物、染料感応太陽電池及び染料感応太陽電池の製造方法
JP5389372B2 (ja) 中空球状の金属酸化物ナノ粒子を含む色素増感太陽電池用の光電極及びその製造方法
EP1619700A1 (en) Photoactive layer containing macroparticles and nanoparticles
KR100898280B1 (ko) 전기방사법에 의해 제조된 고분자 나노섬유를 포함하는고체 전해질 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지
KR101045849B1 (ko) 고효율의 플렉시블 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법
CN102810405A (zh) 光电极结构及其制造方法和染料敏化太阳能电池
JP5550540B2 (ja) 染料感応太陽電池モジュール及びその製造方法
Kim et al. Dye-sensitized solar cells based on polymer electrolytes
Park et al. Dye-sensitized solar cells using polymer electrolytes based on poly (vinylidene fluoride-hexafluoro propylene) nanofibers by electrospinning method
KR20120073421A (ko) 전기방사법에 의해 제조되는 고체 전해질 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법
Dissanayake et al. High-efficiency dye-sensitized solar cells fabricated with electrospun PVdF-HFP polymer nanofibre-based gel electrolytes
Jinchu et al. Photoanode Engineering Using TiO2 Nanofibers for Enchancing the Photovoltaic Parameters of Natural Dye Sensitised Solar Cells
US20120305067A1 (en) Method of manufacturing photoelectrode structure and the resulting photoelectrode structure
KR102046295B1 (ko) 다공성 입자의 광 산란층을 구비한 염료감응 태양전지
JP5537243B2 (ja) 色素増感型太陽電池用電極及び色素増感型太陽電池
Nor Natural Dye Extract from Ixora Siamensis as Light Harvester for Dye-Sensitized Solar Cells with Nanostructured Tio 2
Nur Amirah Natural DYE extract from Ixora siamensis as light harvester for dye-sensitized solar cells with nanostructured TiO2/Nur Amirah Mat Nor
KR101559228B1 (ko) 젤라틴을 사용하여 제조되는 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법
Le Viet et al. Nb2O5-based solar fabrics
Zhang et al. Electrospun oxide nanofibers for dye-sensitized solar cells
Mottaghitalab et al. Energy Conversion Using Nanofi bers for Textile Solar Cells
KR20170051740A (ko) 염료감응 태양전지용 광전극층, 이를 포함하는 염료감응 태양전지, 및 각각의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130925

Termination date: 20200831