CN102640245A - 染料敏化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

描述了具有含纳米晶须的导电金属氧化物层的染料敏化太阳能电池，以及制备具有含纳米晶须的导电金属氧化物层的染料敏化太阳能电池的方法。制备染料敏化太阳能电池的方法包括：提供包含纳米晶须的导电金属氧化物层，在所述导电金属氧化物层上施加多孔半导电层，在所述多孔半导电层的至少一部分上施加染料，以及在所述染料的至少一部分附近施加电解质。

Description

染料敏化太阳能电池及其制备方法
本申请要求2009年11月17日提交的美国临时申请第61/261937号和2010年11月10日提交的美国申请第12/943507号的优先权。
技术领域
本发明的实施方式涉及导电金属氧化物膜、包含所述导电金属氧化物膜的制品，更具体地涉及包含所述导电金属氧化物膜的染料敏化太阳能电池(DSSC)。
背景技术
纳米线结构已在气体检测以及光学和电子学应用中显示出优势。制备纳米线结构的常规方法包括化学气相沉积(CVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、物理气相沉积(PVD)、溶胶-凝胶、水热和电化学沉积方法。这些方法在大规模纳米线生产或者有序或对齐的纳米线结构的制备中可能是有利的。
涂覆有透明和/或导电膜的玻璃可以用于很多的应用，例如用于显示器用途，如作为显示器装置[例如液晶显示器(LCD)]的背板架构，以及用于手机的有机发光二极管(OLED)。涂覆有透明和/或导电膜的玻璃还可以用于太阳能电池应用，例如作为一些种类的光伏电池的电极，以及用于许多其他的快速发展的工业和应用。
透明导电氧化物(TCO)广泛用于LCD显示器面板、低辐射窗(Low-Ewindow)，最近还用于光伏(PV)电池、电子纸及其他许多工业应用。虽然氧化镉(CdO)是历史上第一种TCO，大约发现于1907年，但今天用得最多的TCO是分别用于各种显示器面板和低辐射窗中的氧化铟锡(ITO)和掺氟氧化锡(FTO)。
TCO在性质上属于宽带半导体，通常经掺杂后成为导体；并且多数属于n型半导体，其费米能级ΔE～kT，正好位于导带最小能级下面。后来在1997年实现了第一种实用的p型TCO(即CuAlO2)，自此出现了第二代“透明电子器件”领域。但是，近来受到很大关注的光伏装置需要高性能TCO作为透明电极。
染料敏化太阳能电池是太阳能电池中的一类，其中多孔载体介质(通常是金属氧化物，最常见的是氧化钛)用染料“敏化”，使得当染料吸收光时，受激电子能够转移到载体介质的导带中。电子必须从这里扩散，直至它到达导电覆板(入射太阳光)，并能够沿外电路移动。为了使光到达染料，导电覆板必须透明。
许多基本问题对染料敏化太阳能电池的效率有影响。更重要的问题之一是使通过从染料注入金属氧化物所产生的电子进入透明导电氧化物(TCO)电极。一旦处在金属氧化物中，电子可向任何方向扩散，因为此层中实际上没有电场。结果，许多电子在到达电极之前就在此层中遇到陷阱(常常是缺陷位)。这样，器件的效率下降。最大程度抑制此现象的一个途径是缩短产生每个电子的位点与导电电极之间的路径。但是，困难在于如何在不减小薄膜的实际厚度的情况下做到这一点，因为减小薄膜厚度会减少光路中染料的量，从而减少每单位入射功率(光)所产生的电子的数量。
开发一种可用于TCO应用，例如用于染料敏化太阳能电池的导电金属氧化物将是有益的。
发明内容
具有本文所述的导电金属氧化物层的太阳能电池克服了常规太阳能电池的上述一个或多个缺点。
一个实施方式是一种染料敏化太阳能电池，它包含导电金属氧化物层、与所述导电金属氧化物层接触的多孔半导电层、与所述多孔半导电层的至少一部分接触的染料和邻近所述染料的至少一部分的电解质，其中所述导电金属氧化物层包含纳米晶须(nano-whisker)。
包含含有纳米晶须的导电金属氧化物层的染料敏化太阳能电池可解决如何在不减小半导电层厚度的情况下缩短电子在半导电层中的路径长度的问题。
另一个实施方式是制备染料敏化太阳能电池的方法，所述方法包括：
提供含有纳米晶须的导电金属氧化物层；
在导电金属氧化物层上施加多孔半导电层；
在多孔半导电层的至少一部分上施加染料；以及
在染料的至少一部分附近施加电解质。
在以下的详细描述中列出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施本发明而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。
所含附图用于进一步理解本发明，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图呈现了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释本发明的原理和操作。
附图说明
可单独通过以下详述或通过以下详述并结合附图理解本发明。
图1是示例性DSSC的特征的图示。
图2是根据一个实施方式用来制备DSSC的示例性FTO的扫描电镜(SEM)图像。
图3是具有包含纳米晶须的FTO和光滑FTO的示例性染料敏化太阳能电池的电流-电压(I/V)特性图。
图4是具有FTO(电极)的示例性染料敏化太阳能电池的I/V特性比较图，其中FTO包含纳米晶须并具有不同的薄层电阻(sheet resistance)。
具体实施方式
下面详细描述本发明的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。
本文所用的术语“基板”和“覆板”可互换使用，根据染料敏化太阳能电池的构造用来描述基板或者覆板。例如，若所述基板在装入染料敏化太阳能电池时位于染料敏化太阳能电池的光入射侧，则所述基板是覆板。所述覆板可以为材料提供保护，使其免受冲击和环境劣化，同时允许太阳光谱中合适的波长透射。此外，可将多个染料敏化太阳能电池设置到染料敏化太阳能电池模块中。
本文所用的术语“邻近”可以定义为紧邻。邻近的结构可以互相发生物理接触，也可以不发生物理接触。邻近的结构可以包括设置在它们之间的其他的层和/或结构。
本文所用的术语“平面的”可以定义为具有形貌基本上平坦的表面。
尽管在实施方式中描述了示例性的数值范围，但是各个范围可以包括由各个范围的端点组成的范围内的任意有小数位的数值。
一个实施方式是一种染料敏化太阳能电池，其特征100示于图1，所述染料敏化太阳能电池包含导电金属氧化物层12、与所述导电金属氧化物层接触的多孔半导电层22、与所述多孔半导电层的至少一部分接触的染料和邻近所述染料的至少一部分的电解质16，其中所述导电金属氧化物层包含纳米晶须14。
图2是包含纳米晶须14的示例性导电金属氧化物层12的SEM。此实例中的覆板10是玻璃覆板。在此实例中，导电金属氧化物层是掺氟氧化锡(FTO)。
在一个实施方式中，多孔半导电层的厚度大于最长纳米晶须的长度。在此实施方式中，纳米晶须被多孔半导电层覆盖。
在一个实施方式中，导电金属氧化物层包含透明导电氧化物、掺Cl的SnO2、掺F和Cl的SnO2、掺F的SnO2、掺Cd的SnO2、掺Sb的SnO2或其组合。
根据一个实施方式和图1所示，太阳能电池还包含邻近导电金属氧化物层12的覆板10。
在一个实施方式中，如图1所示，太阳能电池还包含邻近电解质并位于与覆板相反的一侧的反电极18。反电极可包含例如镀铂导电层。在一个实施方式中，太阳能电池还包含邻近反电极的基板20。根据一个实施方式，基板可包含玻璃。
在一个实施方式中，覆板包含玻璃、塑料、非玻璃晶态固体或其组合。覆板可以是透明的。例如，覆板包含玻璃层。在另一个实施方式中，覆板是玻璃覆板。
根据一个实施方式，多孔半导电层包含金属氧化物、氧化钛、氧化锌或其组合。在一个实施方式中，导电金属氧化物层与多孔半导电层的组合是多孔的。
在一个实施方式中，电解质可与染料发生物理接触。在一些实施方式中，染料涂覆多孔半导电层的孔。在一个实施方式中，大部分染料渗入多孔半导电层并滞留在多孔半导电层中。
在一个实施方式中，纳米晶须的平均直径为1-100nm，例如1-50nm，例如1-30nm，例如1-20nm。在一个实施方式中，纳米晶须的平均直径为10-30nm。在图1所示的一个实施方式中，每根纳米晶须具有从相应的附着区28伸出去的远端30。附着区可以是覆板或导电金属氧化物层。根据一个实施方式，纳米晶须的平均长度为大于0至长1μm。在一个实施方式中，纳米晶须的平均密度为1-10根/微米2，例如平均密度为1-5根/微米2。
在一个实施方式中，导电金属氧化物层的厚度等于或小于3μm，例如等于或小于2μm，例如等于或小于1μm，例如等于或小于500nm，例如等于或小于100nm，例如等于或小于50nm。在另一个实施方式中，所述膜的厚度在10-1000nm的范围内，例如10-500nm。
在一些实施方式中，导电金属氧化物层的纳米晶须钻入多孔半导电层，从而显著减小了多孔半导电层表面上任意位点(产生电子的地方)到导电金属氧化物层表面上的位点(电子收集体)的平均距离。产生电子的位点到收集电子的位点之间这种缩短的距离又降低了电子一旦产生即遗失在陷阱中并浪费能量的可能性。这种丢失的电子的减少转化为染料敏化太阳能电池(DSSC)的效率的增大。
在一些实施方式中，钻入多孔半导电层的TCO纳米晶须(例如氧化钛)由于是透明的，可起光导管的作用，进一步输送光，使光通过这些层。这可能有利于使光更有效地分布。
另一个实施方式是制备染料敏化太阳能电池的方法，所述方法包括：
提供含有纳米晶须的导电金属氧化物层；
在导电金属氧化物层上施加多孔半导电层；
在多孔半导电层的至少一部分上施加染料；以及
在染料的至少一部分附近施加电解质。
在一个实施方式中，提供导电金属氧化物层包括利用水解反应形成导电金属氧化物层。
在一个实施方式中，提供导电金属氧化物层包括提供包含金属氧化物前体(例如金属卤化物)和溶剂的溶液，制备该溶液的气溶胶小滴，将气溶胶小滴施加到加热的玻璃覆板上，将金属氧化物前体转化为金属氧化物，形成导电金属氧化物层，例如玻璃覆板上的TCO层。
当溶剂包含水的时候，可以进行水解反应。在这些反应中，所述金属卤化物与水反应，转化为相应的氧化物。当溶剂仅包含醇的时候，可以在存在氧气的情况下进行闪蒸反应(flash reaction)，使得醇蒸发和/或燃烧。金属卤化物例如二氯化锡与氧反应，形成相应的氧化物。在一个实施方式中，氧化物烧结成导电金属氧化物层。在一些实施方式中，导电金属氧化物层是透明的。
根据一个实施方式，溶液包含水。在一些实施方式中，溶液中的溶剂是水。
当金属氧化物前体是锡前体时，在一个实施方式中，该锡前体选自二氯化锡(SnCl2)、四氯化锡(SnCl4)及其组合。锡前体的含量可以是溶液的5-35重量％，例如13-25重量％，或者例如5-20重量％，例如等于或大于溶液的13重量％。
在一些实施方式中，所述溶液还包含掺杂剂前体。所述掺杂剂前体可以选自例如HF、NH4F、SbCl3以及它们的组合。
根据一个实施方式，制备气溶胶小滴包括对溶液进行雾化。根据一个实施方式，对溶液进行雾化包括在雾化器中，使选自氩气、氦气、氮气、一氧化碳、氮气中的氢气以及氧气流过溶液。根据另一个实施方式，对溶液进行雾化包括使环境空气流过雾化器。在一些实施方式中，雾化液的速率可以为2-7L/min，例如为3L/min。在一些实施方式中，所述速率可取决于施加气溶胶小滴的规模。在一个实施方式中，所述气溶胶小滴的中值滴径(median droplet size)小于1μm，例如，滴径为10-999nm，例如为50-450nm。
根据一个实施方式，施加气溶胶小滴包括用一个或多个喷雾器对气溶胶小滴进行喷雾，所述喷雾器适合接收来自雾化器的气溶胶小滴，并设置在与玻璃基材相邻的位置。
根据待涂覆的覆板的形状以及待涂覆的覆板的面积，所述气溶胶喷雾器可以具有任意的形状。对气溶胶小滴进行喷雾可以包括相对于覆板沿着一个或多个方向平移所述喷雾器，例如，在三维笛卡尔坐标系中，沿着X方向、Y方向、Z方向或其组合平移。
在一个实施方式中，施加气溶胶小滴包括使气溶胶小滴流入加热区，例如炉子或加热板。覆板可设置在加热区，以接收流过的气溶胶小滴，从而使小滴沉积在覆板上。
在一个实施方式中，所述覆板是玻璃片的形式。在另一个实施方式中，所述覆板是平面的，可用作染料敏化太阳能电池中的覆板或基板。
根据一个实施方式，所述方法包括在400-530℃的温度下，将所述气溶胶小滴施加于覆板。在一些应用中，温度范围的上限取决于玻璃基板的软化点。导电金属氧化物层通常在低于例如玻璃覆板的软化点的温度下施加。根据一个实施方式，导电金属氧化物层在环境压力下形成。
在一个实施方式中，施加多孔半导电层包括在溶剂如醇(例如乙醇)中制备金属氧化物粉末的浆料，将浆料流延到导电金属氧化物层上。在一个实施方式中，可利用干气溶胶沉积法沉积浆料。
根据一个实施方式，所述方法还包括在施加之后烧结多孔半导电层。
可利用湿气溶胶沉积法，如本文所述的纳米液体化学沉积法，在SnO2基础透明导电层上形成纳米晶须。纳米晶须通常在沉积温度为400-530℃时出现。在更低的温度下(低于400℃)会形成针状结构，针状结构的底部直径为50-100nm，尖部直径为20nm。在更高的沉积温度(500℃)下形成纳米晶须，每根纳米晶须的平均直径为10-30nm，例如20nm。
实施例
利用前述方法制备涂覆了掺氟氧化锡(FTO)的玻璃覆板样品。从这些覆板中挑选具有类似的薄层电阻但形貌不同的代表性样品，以比较纳米晶须和光滑TCO电极对DSSC性能的影响。为比较实验挑选的两个样品的薄层电阻约为27Ω/□(欧姆/方块)。
用来形成FTO涂层的条件产生最终导电金属氧化物层的结构。对于用包含纳米晶须的导电金属氧化物层制备的染料敏化太阳能电池的效率，FTO的纳米晶须密度、纳米晶须的绝对高度和长宽比都能产生影响。例如，纳米晶须不超过所需多孔半导电层例如多孔氧化钛膜的高度可能是有利的。纳米晶须的尺寸不太大可能也是有利的。太长会使它们伸到氧化钛膜上方，这会为系统局部短路提供额外的机会，而太宽则意味着它们会额外占据本来可被染色氧化钛占据的体积，因此降低效率(直径或长度处在光波长的数量级上可能是有利的)。在此实施例中，包含纳米晶须的FTO层的纳米晶须密度约为5x106根/毫米2，即5根/微米2。纳米晶须的平均长度约为1μm。
利用上述样品，按照以下步骤制备染料敏化太阳能电池：在等离子体清洁器中清洁涂覆了FTO的覆板，以清除任何表面污染。然后，将经过清洁的涂覆覆板放置在施涂器导轨下方的水平平台上，所述导轨的延伸距离超过覆板的长度。将厚度相同的相关玻璃样品放置在涂覆了FTO的覆板旁边，以延伸施涂块(applicator cube)的可用空间，使得施涂块不是在涂覆了FTO的覆板上开始或结束。这延长了在涂覆了FTO的覆板上产生的氧化钛膜的可用部分。在乙醇中将氧化钛粉末制成浆料，利用施涂块将其流延到基板上。
在此实施例中，用德固赛(Degussa)P25作为氧化钛，以6.7重量％的加载量在乙醇中形成浆料。称取氧化钛，加到乙醇中，彻底振摇2分钟。然后，对此悬浮液进行10-15分钟的声波处理，以利于氧化钛纳米颗粒的分散。氧化钛膜的最终厚度可由沉积缝隙高度(laydown gap height)和氧化钛在浆料中的体积分数决定。将涂覆了FTO的覆板固定到带导轨的水平平台上之后，将施涂块放置在覆板前面的另一块玻璃上，使所需的施涂器缝隙(在此情况中为37μm)向下朝向背离覆板而朝着使用者的一面。在施涂块中装入氧化钛浆料，其深度至少高出玻璃1/8″。小于1/8″的缝隙将影响沉积宽度，从膜的中心到膜的边缘产生厚度变化。将施涂块向下轻轻压在玻璃上，并抵靠导轨。
将施涂块沿着覆板的整个长度稳定地向前推。这种稳定的运动产生多孔氧化钛层，该多孔氧化钛层一旦干燥再烧结，即可染色并结合到DSSC中。干燥在100℃干燥箱中进行大约15分钟。然后，在450℃炉子中烧结多孔半导电层。这通过以下方式实现：将带有氧化钛层、涂覆了FTO的覆板放在室温下的炉子中，然后按照以下方式升温：以8℃/min的速率升温至250℃，在250℃保温30分钟；以8℃/min的速率从250℃升温至450℃，在450℃保温30分钟；以8℃/min的速率从450℃降温至50℃。然后，从炉子中取出烧结的样品，冷却至室温。
然后，利用钌535[也称作N3，可购自索拉罗尼克斯公司(Solaronix)的一种联吡啶钌染料]对烧结的多孔氧化钛层进行染色。在钌染料溶液(20mg染料/100mL无水乙醇)中，将多孔氧化钛层浸20小时。浸泡20小时之后，从染料溶液中取出样品，用无水乙醇清洗，并用氮气流干燥。
一旦多孔氧化钛层经过染色，就需要裁剪氧化钛，在氧化钛层边缘周围为将要施加的密封片留下空余位置。这通过用单刃剃须刀片小心刮去氧化钛来完成。若需要，这可在染色之前完成，但在染色之后通常更便于裁剪氧化钛。留下一片片方形染色氧化钛(1cm×1cm)，用作活性电池区。
按照与多孔氧化钛层类似的方式制备用于背电极的铂层，在此实施例中是铂膜。将Pt催化剂T/SP(可购自索拉罗尼克斯公司的Pt糊料)施涂到玻璃上的TCO片材(在此情况中是可商购的涂覆了FTO的1737)上，利用施涂块涂成薄膜，沉积厚度为50μm。然后，在400℃将这些膜加热30分钟，通过除去糊料中的其他组分而形成铂膜。
用购自索拉罗尼克斯公司的SX 1170-60[60μm厚的膜(聚合物)]作为组装太阳能电池的密封片材料。切割密封片材料条带，置于染色氧化钛样品上，安在邻接氧化钛的周界周围，在氧化钛片的对角处留下两条缝隙。这通过切割四条密封片材料实现。对于带有1cm×1cm氧化钛片的2″×1″覆板，四条密封片条带中的两条应当宽0.3″和长1″，适合从覆板一侧伸到另一侧。另外两条应当宽0.3″和长0.3″，以跨越另两条边缘的大部分，在对角处留下0.1″的缝隙，供填注之用和供空气逸出。所得密封片图案类似于两把木工直角尺，每把由两根尺子组成，一根比另一根短。这些直角尺的角包住氧化钛片的对角，另两个对角敞开，用于填注电解质。
将反电极放置在此密封片顶部，确保涂铂面向下朝向密封片，并确保铂完全覆盖刚组装的密封片内的氧化钛电极。组装电池时，两个电极(覆板上的氧化钛和基板上的铂)的定位和取向非常重要，使得存在足够的TCO涂覆基板，从每个电极都能自由到达所述基板，以便连接用于外电路的导线。用轻施压力的夹具将新组装的太阳能电池固定住。利用办公用品国际公司(OfficemateInternational Corporation)的BC-50和BC-20长尾夹组合施加合适的压力，将太阳能电池固定在一起，使得可以对密封片进行热密封。
这些夹在一起的太阳能电池在干燥箱中加热，或者可采用其他合适的热源，加热温度为125℃，加热时间约为7分钟，直到密封片软化，将太阳能电池的两半密封到一起，除了为注入电解质和让空气逸出而特意留下的两条缝隙外，不留其他缝隙。加热更长时间可能导致密封片材料过度软化，两个电极之间的缝隙会明显减小。密封片的这种软化和密封可在100-125℃之间的温度下进行，温度越低则加热时间越长。密封片将两个电极一起密封到电池中后，立即从烘箱中取出电池，使其冷却至室温，此时拆除夹具。
最后组装时使用的电解质用本领域已知的方法制备。将电解质吸入密封片之间形成的填注空间，由此填注电池；另一填注空间使空气能够逸出，这是在毛细作用将电解质拉过电极，直至它到达填注空间的过程中实现的。所有的空气被电解质转出之后，立即密封太阳能电池。这是利用黏合剂技术公司(Adhesive Tech)的高温热胶完成的。施加此胶，使其完全覆盖两个填注孔洞，使其凝固至少4小时。
组装之后，立即通过改变置于外电路上的电阻负荷并测量每种负荷下的电压和电流，测量染料敏化太阳能电池的电流-电压(I/V)特性。图3显示了用光滑导电金属氧化物层(线38所示)和包含纳米晶须的导电金属氧化物层(线36所示)制备的太阳能电池所得的I/V特性，在此实施例中，两个FTO层的薄层电阻相当。
图3表明，包含纳米晶须的FTO所产生的效率增幅超过光滑的FTO。通过增加FTO的厚度从而减小薄层电阻，可以改进总体性能。在此实施例中，薄层电阻比实践中所希望的高。这部分降低了电池效率。但是，如图4所示，用基于更厚的基础层、包含纳米晶须的FTO进一步进行的测试表明，电池效率得到改进。线42显示了具有FTO的太阳能电池的效率，所述FTO包含纳米晶须且具有较高的薄层电阻。线40显示了具有FTO的太阳能电池的效率，所述FTO包含纳米晶须且具有较低的薄层电阻。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明应涵盖对本发明的修改和变化，只要这些修改和变化在所附权利要求及其等同方案的范围之内。

Claims (20)

1.一种染料敏化太阳能电池，所述太阳能电池包含：
导电金属氧化物层，其中所述导电金属氧化物层包含纳米晶须；
与所述导电金属氧化物层接触的多孔半导电层；
与所述多孔半导电层的至少一部分接触的染料；以及
邻近所述染料的至少一部分的电解质。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电金属氧化物层包含透明导电氧化物、掺Cl的SnO2、掺F和Cl的SnO2、掺F的SnO2、掺Cd的SnO2、掺Sb的SnO2或其组合。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包含邻近所述导电金属氧化物层的覆板。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包含邻近所述电解质并位于与所述覆板相反的一侧的反电极。
5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述反电极包含镀铂导电层。
6.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆板包含玻璃、塑料、非玻璃晶态固体或其组合。
7.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述覆板是透明的。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述多孔半导电层包含金属氧化物、氧化钛、氧化锌或其组合。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电金属氧化物层与所述多孔半导电层的组合是多孔的。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电解质与所述染料发生物理接触。
11.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述染料涂覆所述多孔半导电层的孔。
12.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米晶须的平均直径为1-100nm。
13.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，每根纳米晶须具有从相应的附着区伸出去的远端。
14.如权利要求13所述的太阳能电池，其特征在于，所述附着区是覆板或者导电金属氧化物层。
15.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米晶须的平均长度为大于0至长1μm。
16.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米晶须的平均密度为1-10根/微米2。
17.一种制备染料敏化太阳能电池的方法，所述方法包括：
提供含有纳米晶须的导电金属氧化物层；
在所述导电金属氧化物层上施加多孔半导电层；
在所述多孔半导电层的至少一部分上施加染料；以及
在所述染料的至少一部分附近施加电解质。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供导电金属氧化物层包括利用水解反应形成导电金属氧化物层。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述施加多孔半导电层包括在溶剂中制备金属氧化物粉末的浆料，并将所述浆料流延到所述导电金属氧化物层上。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括在施加之后烧结所述多孔半导电层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105493305A (zh) * 2013-08-23 2016-04-13 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 能够从溶液中析出的长期稳定的光伏元件及其原位生产方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2812411B1 (en) * 2012-02-09 2016-06-29 HJ Forever Patents B.V. Voltage-switchable nanoparticle-dye complex
JP6122730B2 (ja) * 2013-08-08 2017-04-26 積水化学工業株式会社 成膜方法、成膜装置、光電極の製造方法および色素増感太陽電池の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101084600A (zh) * 2004-12-21 2007-12-05 日本艾罗西尔股份有限公司 光生伏打装置、用二氧化钛粒子制作该装置的制造方法、和使用该装置的染料敏化的太阳能电池
TW200810167A (en) * 2006-08-09 2008-02-16 Ind Tech Res Inst Dye-sensitized solar cell and the method of fabricating thereof
US20080295886A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 National Institute Of Adv. Industrial Sci. And Tech Zno whisker films and method of manufacturing same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6649824B1 (en) * 1999-09-22 2003-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and method of production thereof
JP4085421B2 (ja) * 2002-08-23 2008-05-14 ソニー株式会社 色素増感型光電変換装置及びその製造方法
US7662706B2 (en) * 2003-11-26 2010-02-16 Qunano Ab Nanostructures formed of branched nanowhiskers and methods of producing the same
US8207522B2 (en) * 2005-05-31 2012-06-26 Kyocera Corporation Composite comprising array of needle-like crystal, method for producing the same, photovoltaic conversion element, light emitting element, and capacitor
KR20090065175A (ko) * 2007-12-17 2009-06-22 한국전자통신연구원 염료감응 태양전지 및 그의 제조 방법
CA2716191A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 E. I. Du Pont De Nemours And Company High performance anti-spall laminate article

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101084600A (zh) * 2004-12-21 2007-12-05 日本艾罗西尔股份有限公司 光生伏打装置、用二氧化钛粒子制作该装置的制造方法、和使用该装置的染料敏化的太阳能电池
TW200810167A (en) * 2006-08-09 2008-02-16 Ind Tech Res Inst Dye-sensitized solar cell and the method of fabricating thereof
US20080295886A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 National Institute Of Adv. Industrial Sci. And Tech Zno whisker films and method of manufacturing same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SURESH GUBBALA等: "Band-Edge Engineered Hybrid Structures for Dye-Sensitized Solar Cells Based on SnO2 Nanowires", 《ADV. FUNCT. MATER》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105493305A (zh) * 2013-08-23 2016-04-13 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 能够从溶液中析出的长期稳定的光伏元件及其原位生产方法
CN105493305B (zh) * 2013-08-23 2018-09-11 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 能够从溶液中析出的长期稳定的光伏元件及其原位生产方法

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