CN105981189A - 透明染料敏化太阳能电池及该太阳能电池的制造方法 - Google Patents

透明染料敏化太阳能电池及该太阳能电池的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105981189A
CN105981189A CN201580007646.5A CN201580007646A CN105981189A CN 105981189 A CN105981189 A CN 105981189A CN 201580007646 A CN201580007646 A CN 201580007646A CN 105981189 A CN105981189 A CN 105981189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous
layer
base material
porous layer
hyalomere
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.)
Granted
Application number
CN201580007646.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105981189B (zh
Inventor
亨里克·林德斯特伦
乔瓦尼·菲利
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.)
British Operating Systems Inc
Original Assignee
EXEGER SWEDEN AB
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 EXEGER SWEDEN AB filed Critical EXEGER SWEDEN AB
Publication of CN105981189A publication Critical patent/CN105981189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105981189B publication Critical patent/CN105981189B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
    • 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
    • H01G9/2059—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
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/621—Providing a shape to conductive layers, e.g. patterning or selective deposition
    • 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
    • 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
    • Y02E10/549—Organic PV 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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池(DSC)，其包括：具有第一表面和第二表面的多孔绝缘基材(30)；印刷在所述多孔绝缘基材的第一表面上以形成导电多孔层的、包括导电颗粒的第一多孔层(14)；印刷在所述多孔绝缘基材的第二表面上以形成导电多孔层的、包括导电颗粒的第二多孔层(16)，由此所述多孔绝缘基材设置在所述第一多孔层和所述第二多孔层之间；沉积在所述第一多孔层上的、包括光吸收染料分子的第三多孔层(18)；和用于在所述第三多孔层和所述第一多孔层之间转移电荷的电荷转移介质。所述多孔层各自包括包含至少一个非透明部(24、25、26)和至少一个透明部(20、21、22)的印刷图案，并且所述多孔绝缘基材包括至少一个透明部(32)，由此所述多孔层的透明部和所述多孔绝缘基材的透明部彼此相对设置，所以它们形成贯通所述太阳能电池的至少一个连续透明通路。

Description

透明染料敏化太阳能电池及该太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及一种透明染料敏化太阳能电池。本发明还涉及透明染料敏化太阳能电池的制造方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池(DSC)在过去20年内进行研发并且基于与光合作用类似的原理工作。不像硅太阳能电池，这些电池使用染料从太阳光中获得能量，其可以以低成本、环保且原料充足的方式制造。
通常的夹层型染料敏化太阳能电池具有沉积在透明导电基材上的几μm厚的多孔TiO2电极层。TiO2电极包括具有吸附在TiO2颗粒表面上的染料分子的互连TiO2金属氧化物颗粒并且形成工作电极。透明导电基材是沉积于玻璃基材上的透明导电氧化物。透明导电氧化物层用作从工作电极中提取光生电子的电子收集器。TiO2电极与电解质和另一透明导电基材即对电极接触。
太阳光被染料收获，产生注入TiO2颗粒的导带并且进一步被导电基材收集的光激电子。与此同时，氧化还原电解质中的I-离子将氧化的染料还原并且输送生成的电子受体物种(species)至对电极。
一般地，太阳能电池具有前触点，由此集电体位于光吸收层的顶部。光必须在其可以击中光吸收层之前通过前触点。结果，集电体需要对于入射光是充分透明的且具有充分高的电子导电性从而使最大量的光通过且传导出光生电流而没有显著的电阻损失。不幸地是，具有高透明性的材料具有低导电性，而具有高导电性的材料具有低透明性。用于前触点太阳能电池的透明导体在入射光击中光吸收层之前吸收部分的入射光。
DSC太阳能电池技术的优势是可以使用所谓的“后触点”方法将集电体放置在光吸收层的背侧上。后触点允许使用对光不透明的极高导电性的集电体，即通过反射光或吸收光而阻断光的导体。后触点集电体的导电性与用于前触点中的透明集电体相比可以高几个数量级。后触点DSC电池的光至电能的转化效率可以显著提高，这是由于电损失降低，即集电体中的电阻较小，活化面积增加，和击中光吸收层的光子通量较高。
图1示出染料敏化太阳能电池的一个实例，其包括工作电极1，所述工作电极1包括具有沉积在顶侧上的光吸收材料的多孔金属氧化物；用于从工作电极中提取光生电子的第一导电层2；多孔绝缘基材4；和包括配置在多孔绝缘基材的相对侧上的第二导电层3的对电极。第一导电层2是沉积在多孔绝缘基材4的一侧上的多孔导电层。第二导电层3是沉积在多孔绝缘基材4的另一侧上的多孔导电层。第一和第二导电层印刷在多孔绝缘基材上。两个导电层2、3由大到不足以透过多孔基材的孔的颗粒组成。基材在物理和电力上分隔导电层以便避免导电层之间的直接电子短路。此外，为使第一和第二导电层印刷在多孔基材上，多孔基材应当适合于印刷。
多个电池一起形成太阳能电池组件。导电层可以在边缘处密封，以便保护DSC组件免受周围环境影响，并且防止电池内的DSC组件的蒸发或泄漏。
图1中的电极结构在光吸收层和多孔电极的孔中以及在多孔基材的孔中用电荷转移介质如电解质渗透。电荷转移介质在导体内部和在导体之间形成连续层，由此能够使电荷在对电极与工作电极之间传输。第一导电层用于收集通过光吸收层产生的电子并且经由外部电路(图1中未示出)传输电子至对电极。对电极用于转移电子至电荷转移介质。电荷转移介质将电子转移回光吸收层，由此完成电路。取决于电荷转移介质的性质，离子或电子和空穴可以在对电极与光吸收层之间传输。
电荷转移介质显示出对电荷传输的一定的电阻。电阻随着电荷传输距离而增加。因此，当电荷在对电极和光吸收层之间传输时，在电荷转移介质中将总是存在一定的电阻损失。通过将对电极与光吸收层之间的距离最小化，可以使电阻损失最小化。通过使多孔基材更薄，电阻损失可以减少。然而，当多孔基材变得更薄时，还变得更加机械脆弱。因此，期望使用对于安全机械操作足够厚的基材。
后触点DSC由于非透明高导电材料的使用而是不透明的。结果，这些后触点DSC不能用于要求透明性的应用例如建筑物整合光伏电池(BIPV)或建筑物应用光伏电池(BAPV)，其中太阳能电池必须产生电力并允许光通过从而照亮建筑的内部。
使非透明太阳能电池透明的已知的解决方案涉及到通过将部分的非透明电池材料除去而在太阳能电池单元中引入孔(pores)和孔洞(holes)。材料可以使用例如激光技术或蚀刻来除去。该方法的缺点是太阳能电池材料在孔洞的位置处除去和浪费。
US 2013/255761公开了透明工作电极的制造方法，由此工作电极包括多孔金属箔。孔通过针刺或激光烧蚀而形成于金属箔中。还提及了烧结钛粉末和按压钛纤维纸从而在太阳能电池中创建孔洞的方法。
一些已知的解决方案增加太阳能电池的复杂性。这些太阳能电池更脆弱并且更倾向于故障。这样的太阳能电池也更难以制造。经常地，使用薄的和精密的材料需要额外的材料和方法步骤。
存在对透明的且具有良好或增加的光到电能的转化效率和高导电性的太阳能电池的需求。存在对可以在诸如建筑物或车辆等结构体的玻璃分隔件中应用或整合太阳能电池的需求。还存在对可以在低成本下制造的太阳能电池的需求。适当地，对于制造透明太阳能电池应当不需要额外的材料或方法步骤。存在对在不用从太阳能电池中除去材料的情况下，或者在不必要使用激光或蚀刻技术等的情况下可以制造的太阳能电池的需求。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述提及的缺点。
该目的通过根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池(DSC)来实现。
DSC包括具有第一表面和第二表面的多孔绝缘基材。包括导电颗粒的第一多孔层印刷在基材的第一表面上从而形成第一导电层。包括导电颗粒的第二多孔层印刷在基材的第二表面上从而形成第二导电层。多孔绝缘基材因而位于第一和第二多孔层之间。第三多孔层即工作电极印刷在第一多孔层上。该第三多孔层设置有光吸收染料分子。DSC进一步包括用于在第二多孔层(对电极)和第三多孔层(光吸收层)之间转移电荷的电荷转移介质。优选地，电荷转移介质是透明的。该电荷转移介质可以位于多孔层和多孔绝缘基材的孔中。所有多孔层都包括印刷图案，由此各多孔层具有至少一个非透明部和至少一个透明部。多孔层的透明部和多孔绝缘基材的透明部彼此相对设置，所以它们形成至少一个贯通太阳能电池的连续透明通路，从而使光沿垂直于第一和第二表面的方向穿透太阳能电池。
非透明部由于它们包括非透明材料/颗粒的事实而是非透明的。第一和第二多孔层的非透明部包括导电颗粒，例如金属颗粒，其为不透明的。第三多孔层的非透明部包括为非透明的光吸收染料分子。然而，由于非透明部中的非透明颗粒的程度，非透明度可以改变。关于术语“非透明部”意味着至少80％的入射光被防止通过该部分。
透明部由于它们不包括非透明材料/颗粒或者仅包括少量的非透明颗粒的事实而是透明的。关于术语“透明部”意味着其允许光透过。然而，可存在不同程度的透明度。例如，透明部可以是半透明有色的，如半透明的黄色，或者乳白色。优选地，透明部应当允许大于50％的光透过，优选地大于70％的光透过。
第一和第二多孔层的非透明部是DSC的导电部分。第一、第二和第三多孔层以及基材的透明部是DSC的非导电部分。多孔绝缘基材还包括至少一个透明部。整个多孔绝缘基材可以是透明的，或者基材可以不是透明的，但包括一个以上的透明部，例如通孔。
设置第一、第二和第三多孔层的透明部和基材的透明部，如此它们形成贯通DSC的连续透明通路，其允许光通过DSC。因此，DSC变得透明。优选地，各多孔层包括多个透明部，其与基材的一个或多个透明部一起形成多个穿过DSC的透明通路。
例如为孔洞或点的形式的透明部，允许光通过DSC。第一和第二多孔层的一个或多个透明部可以位于在非透明部之间的任何地方，只要各层的一个或多个非透明部形成连续导电通路即可。这允许DSC的大量不同的印刷图案的创建，例如如图4a-4d中所示的。
当所有层和基材的透明部沿垂直于第一和第二表面的方向在各自的顶部对准或重叠时，透明部在DSC内形成一个或多个通路，允许光透过DSC。然而，光可以在结构体内反射，并由此在透明部没有相互重叠的情况下通过结构体。
通过提供具有包括非透明部和透明部的印刷图案的多孔层，可以实现包括非透明的高导电材料的透明的后触点DSC。各多孔层印刷为包含一个或多个部分例如呈点形式的图案，其中不印刷导电材料，以致光可以透过透明部从而实现DSC的部分透明性。于是，后触点DSC的透明性水平可以通过印刷不同尺寸、不同形状和不同间距的透明部来调节。另外，高级的图形图案可以通过改变透明部的尺寸、形状和间距来产生。基础成像技术如半色调技术可以例如用于设计适宜的印刷图案，导致得到期望的图形图案。结果，通过印刷包括透明部的多孔层，可以制造透明的且具有图形设计的后触点DSC。
本发明使得可以制造用于要求透明性的应用如建筑物中的透明后触点DSC，其中太阳能电池必须产生电力且允许光通过，从而照亮建筑物的内部。
使用印刷图案的多孔层的进一步优势是没有太阳能材料必须在另外需要的方法步骤中被除去或浪费(并且不需要另外的方法步骤)。结果，通过在期望图案中直接印刷后触点，可以减少方法步骤的数量并且节省太阳能电池材料。用于前触点太阳能电池中的透明导体具有不良的导电性并且因此当设置有透明部时遭受较大的导电性的损失，并且该事实限制可能有用的图案的数量，并且其限制此类电池的最大尺寸。相对地，在高导电的DSC后触点方法的情况下，可以实现更大数量的有用图案而不妥协电池尺寸。还可以通过将太阳能电池的前片或背片着色而添加不同的颜色至点上，由此增强美学品质。
DSC也可以使用相对不复杂的印刷技术在低成本下制造。不需要在DSC中制造孔洞，即，不需要应用激光或蚀刻技术来获得DSC中的透明部。因而，不需要额外的材料或制造步骤来制造根据权利要求1所述的DSC。
本发明使得可以生产具有高导电性的后触点DSC，因而使得提高光到电能的转化效率，而与此同时是部分透明的。
DSC由薄层制成，其一起形成薄的DSC。DSC可以容易地安装在诸如建筑物或车辆等结构体的玻璃分隔件中。图案，即透明部的数量和尺寸，可以根据情况调节。例如，在具有温暖气候的国家中，可以限定透明部的数量和/或尺寸从而防止太阳光进入结构体，而在具有较少太阳光的国家中，可以增加透明部的数量和/或尺寸从而允许最大量的光进入结构体。因而，多孔层的总面积中一个或多个的透明部的面积的份额可以根据太阳能电池的应用而改变。优选地，各多孔层的至少一个透明部的面积在各多孔层的总面积的10％与70％之间，并且典型地各多孔层的至少一个透明部的面积在各多孔层的总面积的30％与60％之间。优选地，一个或多个透明部的面积在各多孔层中是类似的。
在一个实施方案中，多孔层的至少一个透明部配置为相互至少部分地重叠，从而确保允许光透过多孔层。
在又一个实施方案中，第三多孔层的印刷图案对应于第一多孔层的印刷图案。在一个实施方案中，第二多孔层的印刷图案对应于第一和第三多孔层的印刷图案。对于所有三个多孔层使用相同的图案是方便的。此外，促进提供光透过DSC的图形图案的DSC的生产。
当在本说明书中使用时的措辞“对应的图案”是指“具有相同形状和相同取向的图案”。
根据本发明的实施方案，太阳能电池包括电连接至第一和第二多孔层以将第一和第二多孔层连接至外部电路的多个连接元件，例如汇流排，并且设计第一和第二多孔层的印刷图案以使非透明部与连接元件的至少一个直接电接触。该实施方案确保将通过光生成的电流传输至外部电路，因此确保DSC的电功率产生的高效率。
第三多孔层是光吸收层，并且其主要功能是吸收光并且将光转化为电能。第一和第二多孔层是导电层。第一多孔层的主要功能是从第三多孔层中收集电流并且将收集的电流传输至外部电路。第二多孔层的主要功能是从外部电路中接收电流并且将电流传输至电荷转移介质。为了有效地收集和传输电流至外部电路，第一多孔层的所有的非透明部应当电连接至第一多孔层的一个或多个连接元件，从而提供在第一多孔层的非透明部与外部电路之间的一个或多个连续导电通路。为了有效地从外部电路传输电流至电荷转移介质，第二多孔层的所有的非透明部应当电连接至第二多孔层的连接元件，由此提供在第二多孔层的非透明部与外部电路之间的一个或多个连续导电通路。
在一个实施方案中，印刷图案包括分布在一个非透明部中的多个透明部。透明部例如是分布在非透明部中的透明的点。非透明部形成用于传输电流至外部电路和从外部电路传输电流的连续导电层。透明部可以配置为与非透明部一起形成图形图案。
优选地，第一和第二层是多孔导电粉末层。这意味着各层通过沉积固体形式的导电颗粒来生产。固体颗粒是金属系的，并且可以是纯金属、金属合金、或金属氢化物、或金属合金的氢化物、或其混合物。多孔导电粉末层的孔隙率可以在15％与85％之间。在30％和70％之间、或在40％和60％之间的孔隙率是优选的。
多孔绝缘基材的一个或多个透明部可以以不同的方式实现。整个基材是透明的，或者仅部分基材是透明的。
在一个实施方案中，电荷转移介质具有第一折射率，并且多孔绝缘基材包括具有第二折射率的材料，由此在第一和第二折射率之间的差小于0.2。通过具有折射率类似于基材的折射率的电荷转移介质，基材变得透明，或者至少半透明。电荷转移介质与基材之间的折射率差越小，基材的透明性变得越高。因而，电荷转移介质的折射率和基材的折射率之间的差应当尽可能小，以便实现基材的尽可能高的透明性。
在另一个实施方案中，多孔绝缘基材包括半透明材料，例如玻璃纤维或石英纤维。
在另一个实施方案中，多孔绝缘基材包括透明的塑料材料的一个或多个透明部。
在又一个实施方案中，多孔绝缘基材的至少一个透明部是在多孔绝缘基材的第一与第二表面之间延伸的通孔。
本发明还涉及如上所述，染料敏化太阳能电池在结构体的玻璃分隔件中的用途。
本发明的目的还通过如权利要求11中限定的透明的染料敏化太阳能电池的制造方法来实现。
该方法包含将包括导电颗粒的第一多孔层印刷在包括至少一个透明部的多孔绝缘基材的第一表面上；将包括导电颗粒的第二多孔层印刷在所述多孔绝缘基材的第二表面上；将第三多孔层印刷在所述第一多孔层的顶部；和用光吸收分子将第三多孔层染色，并且第一、第二和第三多孔层各自以包括至少一个非透明部和至少一个透明部的图案印刷，将图案印刷以使多孔层的所述透明部和多孔绝缘基材的所述透明部形成至少一个穿过太阳能电池的连续透明通路，从而允许光透过太阳能电池。
使用该方法的优势是不必须除去或浪费太阳能材料并且不需要另外的方法步骤。结果，通过以期望的图案直接印刷多孔层，可以减少方法步骤的数量并且节省太阳能电池材料。
在一个实施方案中，将图案印刷以使多孔层的所述透明部和多孔绝缘基材的所述透明部沿横切第一和第二表面的方向相互至少部分地重叠。
在一个实施方案中，第三多孔层的至少一个非透明部印刷在第一多孔层的至少一个非透明部的顶部。这意味着第三多孔层的一个或多个非透明部与第一多孔层的一个或多个非透明部的尺寸相等或更小。
在一个实施方案中，第一、第二和第三多孔层的图案彼此对应，即多孔层的透明部和非透明部的形状和尺寸相同。该实施方案促进DSC的生产。
在一个实施方案中，印刷图案使用丝网印刷来印刷。丝网印刷是印刷图案的有用的方法。然而，也可以使用其他印刷方法。
在一个实施方案中，该方法包括将多孔绝缘基材冲孔，从而提供在多孔绝缘基材的第一和第二表面之间延伸的至少一个通孔。基材在印刷各层之前设置有一个或多个通孔。一个或多个通孔形成穿过基材延伸的透明部。该方法是提供基材的透明部的简单方式。
在该方法的一个实施方案中，第一和第二多孔层通过将包括导电颗粒的沉积物印刷在基材上，并且将导电颗粒烧结以形成导电层来形成。
在该方法的一个实施方案中，多孔导电粉末层形成于多孔绝缘基材的一侧上，并且第二多孔导电粉末层形成于多孔绝缘基材的另一侧上。
在该方法的另一个实施方案中，沉积物包括用于形成第二多孔导电粉末层的催化剂。
在该方法的又一个实施方案中，第三多孔层包括TiO2，并且第一和第二多孔层包括钛颗粒。
在又一个实施方案中，钛颗粒通过所印刷的钛氢化物颗粒的热分解而形成。
附图说明
现在将通过本发明的不同实施方案的描述并且参考附图更精确地解释本发明。
图1示意性示出根据现有技术的染料敏化太阳能电池。
图2示意性示出根据本发明实施方案的染料敏化太阳能电池的截面。
图3示意性示出根据本发明另一实施方案的染料敏化太阳能电池的截面。
图4a-d示出根据本发明染料敏化太阳能电池的多孔层的印刷图案的适宜设计的实例。
图5a-b示出可以适宜地使用的DSC的实施方案的实例。
图6说明根据本发明染料敏化太阳能电池的制造方法的实例。
具体实施方式
图2示出根据本发明第一实施方案的染料敏化太阳能电池(DSC)的实例。DSC包括具有第一表面11和第二表面12的多孔绝缘基材10。在该实施方案中，多孔绝缘基材10，当其出现在电荷转移介质中时，是透明的或者变得透明。例如，基材由半透明材料如玻璃纤维或石英纤维制成。DSC进一步包含印刷在多孔绝缘基材的第一表面11上从而形成第一导电层的包括导电颗粒的第一多孔层14，和印刷在多孔绝缘基材的第二表面12上从而形成第二导电层的包括导电颗粒的第二多孔层16。在下文中，第一多孔层称为第一导电层，第二多孔层称为第二导电层。多孔绝缘基材10设置在第一和第二导电层14、16之间。
包括金属氧化物颗粒和光吸收染料分子的第三层18沉积在第一导电层14上。在下文中，第三层称为光吸收层。光吸收层18印刷在第一层的顶部。金属氧化物颗粒然后用光吸收染料分子染色。光吸收层18形成工作电极。将第一导电层14调适以从光吸收层中提取光生电子。优选地，第一、第二和第三层是多孔层。DSC进一步包括用于在各层之间转移电荷的透明电荷转移介质。电荷转移介质如电解质浸润在光吸收层、导电层和基材的孔中。电荷转移介质在各层之间形成连续介质，由此能够使电荷在光吸收层与第二导电层之间传输。电荷转移介质包括在各层和基材的孔中以便将电荷从光吸收层转移至第二导电层。电荷转移介质例如是液体电解质。为改善基材的透明性，可以选折射率接近多孔绝缘基材的折射率的电荷转移介质。优选地，折射率之间的差小于0.2。通过具有处于具有折射率类似于基材的折射率的电解质形式的电荷转移介质，基材变得透明，或者至少半透明。
第一导电层14用于收集通过光吸收层18生成的电子并且还用于经由外部电路(未示出)传输电子至第二导电层16。第二导电层16用于转移电子至电荷转移介质。电荷转移介质将电子转移回光吸收层，由此完成电路。
层14、16、18各自包括包含至少一个透明部20、21、22和至少一个非透明部24、25、26的印刷图案。在该实施方案中，各层包括多个透明部。各层的透明部彼此相对地设置，所以它们形成沿垂直于基材的第一和第二表面的方向穿过太阳能电池的连续透明通路。适宜地，印刷图案在三个层14、16、18中是相同的。适宜地，印刷图案在不同的层中具有相同的位置和取向，以使各层的对应透明部对准。然而，可以具有不同的图案，只要各层的透明部相互至少部分地重叠即可。第一和第二导电层的非透明部是导电的，并且配置为沿平行于基材的第一和第二表面的方向在第一和第二导电层各自中形成一个或多个导电通路。优选地，第一和第二导电层的非透明部在各层中形成至少一个连续电流通路。
太阳能电池包括电连接至第一导电层以将第一导电层连接至外部电路(未示出)的至少一个连接元件34，和电连接至第二导电层以将第二导电层连接至外部电路的至少一个连接元件36。例如，连接元件34、36是汇流排。在一个实施方案中，太阳能电池包括连接至第一导电层且配置在第一导电层的相对侧上的两个连接元件，和连接至第二导电层且配置在第二导电层的相对侧上的两个连接元件。连接元件可以沿着各层的整个侧面延伸。优选地，设计第一导电层的印刷图案，以使非透明部25与连接元件34直接电接触，并设计第二导电层的印刷图案，以使其非透明部26与连接元件36直接电接触。
为了有效地从光吸收层中传导出电流，第一导电层的非透明部应当提供从光吸收层至连接元件的直接导电通路。此外，为了有效地从外部电路转移电流至电荷转移介质，第二导电层的非透明部应当提供到连接元件的直接的导电通路。结果，第一和第二导电层应当以避免非透明部的“孤岛化”这样的方式来印刷。因此，第一和第二导电层应当优选为通过透明部中断的连续的导电层，其中透明部的设置不引起非透明部的孤岛化或隔离。另外，印刷图案应当考虑到后触点层的导电性、电流必须行进的距离、和通过光吸收层产生的电流来设计，以使电损失最小化，以便实现最大的电功率。
DSC还包括覆盖DSC的顶侧的第一片材28和覆盖DSC的底侧且用作电解质的液体障壁的第二片材29。第一和第二片材28、29需要是透明的，允许光通过。片材28、29例如由透明的聚合物材料制成。
图3示出根据本发明第二实施方案的染料敏化太阳能电池的实例。图2和3中的相同或对应部分用相同的数字表示。图3中示出的实施方案与图2中示出的实施方案的不同在于其包括由非透明材料制成的多孔绝缘基材30。为允许光通过基材30，基材设置有至少一个在基材的第一和第二表面之间延伸的透明部32。透明部32例如是在第一和第二表面之间延伸的透明塑料材料的通孔或部分。基材的透明部32与各层的透明部20、21、22相对设置，以使它们形成光穿过DSC的连续通路。优选地，如图3中所示，基材的透明部32和各层的透明部20、21、22对准。
图4a-d示出印刷图案的不同的适宜设计的实例。图中，透明部是白色的，非透明部是黑色的。DSC可以以标识或商标名称的图案来印刷。此外，一种或多种颜色可以用于DSC中。因而，DSC可以与从太阳光收获的能量组合用于商业目的。优选地，设计印刷图案，以使一个或多个非透明部从层的一端延伸至层的另一端，从而形成从层的一端至层的另一端的至少一个连续导电通路。这对于主要功能是传导电流的第一和第二导电层是特别重要的。透明部的设置不应该造成非透明部的“孤岛化”或隔离。
图4a示出包括一个非透明部和分布在非透明部中的多个透明部的印刷图案的实例。透明部是点的形状。
在另一个实施方案中，印刷图案包括多个非透明部和分布在非透明部之间的多个透明部。图4b示出包括以条带形式从图案的一端延伸至图案的另一端，由此形成多个导电通路的多个非透明部和在非透明部之间延伸的多个透明部的图案。
图4c和4d示出共同之处在于非透明部形成从图案的一侧到图案的另一侧的至少一个连续导电通路的其他类型的图案。
图5a-b示出DSC的其他实施方案的实例。不同类型的染料敏化太阳能电池(DSC)(由此电池的不同层可以印刷在彼此的顶部)可以用于制造权利要求1中限定的DSC。本发明不限于DSC的特定的实施方案。
另一类型的DSC在图5a中示出。DSC与图2和3的实施方案的不同在于太阳能电池包括设置在第一和第二导电层2、3之间的多孔绝缘层5和设置在多孔绝缘层5和第二导电层3之间的导电层6。导电层6包括由绝缘材料制成的多孔基材4和形成穿过绝缘材料的导电网络的导电颗粒。另外的绝缘层5印刷在基材4的第一表面上。第一导电层2印刷在另外的绝缘层5上，第二导电层3印刷在基材4的第二表面上。工作电极1印刷在第一导电层2上。电荷转移介质包括在各层和基材中以便在第二导电层3和工作电极1之间转移电荷。关于该实施方案的进一步细节在SE 1350611-8中公开，据此通过参考的方式将其引入。为了获得透明的DSC，工作电极1和导电层2、3以包括透明部和非透明部的图案以与参考图2和3中描述的相同的方式来印刷。此外，包括基材4的导电层6可以设置有穿过层6延伸的通孔的形式的透明部。绝缘层5可以使用与第一和第二导电层相同的图案印刷，或者以与导电层6相同的方式设置有通孔。
图5b示出包括相互相邻排列且串联连接的多个染料敏化太阳能电池单元的DSC的实施方案。DSC包括工作电极1；用于从工作电极提取光生电子的第一导电层2；包括第二导电层3的对电极；和用于从对电极转移电子至工作电极的电解质。DSC进一步包括用于将对电极电连接至相邻电池单元的工作电极的串联的连接元件8。DSC包括具有印刷在基材4的第一表面上的第一导电层2和印刷在第二表面上的第二导电层3的多孔绝缘基材4。工作电极1印刷在第一导电层上。
串联的连接元件8是透过多孔绝缘基材4且在电池单元之一中的第一导电层2和相邻的电池单元的第二导电层3之间延伸的导电层，由此将电池单元一个的第一导电层与相邻的电池单元的第二导电层电连接。还示出在电池单元a、b、c之间的空间7a和7b。关于该实施方案的进一步细节在WO2013/149787中公开，据此通过参考的方式将其引入。为了获得透明的DSC，基材4可以设置有位于串联的连接元件8之间的通孔。工作电极1和导电层2、3以包括透明部和非透明部的图案以与参考图2和3中描述的相同的方式来印刷。然而，第一和第二导电层的印刷图案应当包括与串联的连接元件8至少部分重叠的非透明部，从而将导电层与串联的连接元件8电连接。此外，空间7a-7b是各层的透明部。
在一个实施方案中，多孔绝缘基材4包括织物和无纺布。关于该实施方案的进一步细节在WO 2013/149789中公开，据此通过参考的方式将其引入。可以适宜地用于本发明中的其他DSC的实例例如公开于WO2012/045881中，据此通过参考的方式将其引入。
多孔绝缘基材可以由适宜用于印刷的材料制成。基材可以由纸，例如由可以为织物和/或无纺布的微纤维制成的纸制成。优选地，多孔绝缘基材是陶瓷微纤维系的基材，如玻璃微纤维或陶瓷微纤维基材。可以使用玻璃纤维、铝硅酸盐纤维或石英纤维。多孔绝缘基材的孔隙率将使得离子能够穿过基材传输。基材包括至少一个透明部。基材可以包括多个透明部。透明部可以是在第一和第二表面之间延伸的通孔，其中基材4的材料已经被除去。该通孔可以填充有电解质或透明材料，如塑料。
光吸收层18的非透明部包括用光吸附染料分子染色的金属氧化物颗粒，例如TiO2颗粒。导电层14、16的非透明部包括导电金属颗粒。形成第一和第二导电层2、3的材料适宜为多孔的。第一和第二导电层14、16可以例如由选自包括钛、钛合金、镍、含镍的合金、含铬的合金、石墨和无定形碳、或其混合物的组的材料制成。适宜地，第一和第二导电层由钛、或钛合金、或其混合物制成。
取决于电荷转移介质的性质，离子或电子和空穴可以在第二导电层和光吸收层之间传输。电解质的实例是液体电解质(如基于I-/I3-、氧化还原对或作为氧化还原对的钴配合物的那些)、凝胶电解质、干燥聚合物电解质和固体陶瓷电解质。当电解质用作电荷转移介质时，对电极通常装配有起到促进电子转移至电解质的目的的催化物质。半导体可以用作在第二导电层和光吸收层之间传输电子和空穴的电荷转移介质。半导体的实例是无机半导体如CSCN或CuI，和有机半导体，如螺-OMeTAD。当半导体用作电荷转移介质时，对电极通常装配有起到在对电极和电荷转移介质之间创建良好的电接触、即良好的欧姆接触的目的的物质。
根据本发明的DSC可以适宜地用于向结构体例如建筑物或车辆提供能量。DSC可以设置在结构体的任何分隔件中或任何分隔件上。分隔件可以是结构体的任何区域，如墙壁或其中可以设置窗户的墙壁之间的开口。DSC尤其适用于结构体的其中光进入结构体的区域中，如建筑物的玻璃分隔件。其他实例可以是诸如汽车或公共汽车等车辆中的玻璃分隔件。
印刷图案的一个或多个透明部的面积可以在层的总面积的10％和80％之间。通过透明DSC的光的量可以通过改变DSC的总面积中的透明的面积来改变。这在DSC的使用中允许很大的灵活性。例如，在温暖气候中，可能期望减少通过窗户的太阳光的量，而同时需要能量以进行空气调节。在该情况下，DSC可以设计为具有仅几个透明部和/或小尺寸的透明部的印刷图案。另一方面，在较为寒冷的气候中，可能期望使尽可能多的太阳光进入建筑物。对于该状况，DSC可以设计为具有大量的透明部和/或大尺寸的透明部的印刷图案。
方法
根据本发明的DSC可以以各种方式来制造。WO2013/053501记载了可以用于制造根据本发明的DSC的丝网印刷技术。WO2013/053501尤其是第4至7页，在此通过参考的方式引入。印刷技术的实例是槽模涂布、凹版印刷、丝网印刷、刮刀涂布、刮板涂布、刀片刮抹、柔版印刷、浸涂或喷涂。术语印刷也涵盖干粉沉积。干粉沉积可以通过例如筛分或静电粉末沉积来进行。
丝网印刷是使用织造筛网来支承墨阻断模板(ink-blocking stencil)以接受期望的图像的印刷技术。连接的模板形成转移墨或其他可印刷的材料的筛网的开放区域，将所述墨或其他可印刷的材料可以作为边缘分明的图像而加压通过所述筛网至基材上。使填充刮板或橡皮刮板(squeegee)移动跨过丝网模板，使墨强制进入筛网开口或将墨泵入筛网开口以用于在刮板行程(stroke)期间通过毛细管作用转移。基本上，这是使用模板将墨施涂至基材的过程。丝网印刷也是印刷制造的模板方法，其中在空白区域涂覆有不可渗透的物质的情况下，将设计施加于聚酯丝网或其他微细筛网上。通过填充刮板或橡皮刮板强制墨进入筛网开口，并且在刮板行程期间位于印刷表面上。丝网印刷也已知为丝印(silkscreen)、绢印(serigraphy)和绢网印花(serigraph)印刷。
该方法包括使用包括导电颗粒的墨将第一层印刷在多孔绝缘基材的第一表面上；使用包括导电颗粒的墨将第二层印刷在多孔绝缘基材的第二表面上；和使用包括金属氧化物颗粒的墨将第三层印刷在第一层的顶部，用光吸收分子将金属氧化物染色。这些层各自以包括至少一个非透明部和至少一个透明部的图案印刷，并且将图案印刷以使第一、第二和第三层的透明部相互至少部分地重叠。
参照图6以下描述该方法的一个实例。
第一步骤中，一个或多个孔洞形成于多孔绝缘基材中，例如玻璃微纤维基材中。
第二步骤中，第一导电粉末层通过将包括透明部的图案借助于丝网印刷且使用包括导电颗粒的墨印刷在基材的一侧上来产生。墨可以由TiH2与诸如萜品醇等有机溶剂的混合物来制备。印刷图案与基材的非透明部相对应。
第三步骤中，干燥沉积的墨。
第四步骤中，将具有沉积的导电颗粒的基材真空烧结从而得到第一多孔导电粉末层。
下一步骤中，借助于丝网印刷且使用包括导电颗粒的墨将包括透明部的图案印刷在基材的另一侧上来产生第二导电粉末层。第二导电粉末层的印刷图案与第一导电粉末层的印刷图案相对应，以使第一层和第二层的透明部对准。将沉积的墨干燥并且将沉积的导电颗粒真空烧结从而得到第二多孔导电粉末层。
下一步骤中，使用与上述对于第一多孔导电粉末层相同的印刷图案和制备步骤将TiO2系墨沉积在第一多孔导电粉末层上。印刷图案与第一和第二导电粉末层的印刷图案相对应，以使TiO2层以及第一和第二导电粉末层的透明部对准。任选地，将2至3层的TiO2系墨以相同的图案印刷在TiO2系墨的第一层上，随后烧结此层。
在进一步的步骤中，将染料分子施涂至TiO2层从而形成多孔光吸收层。
然后，所得DSC可以用电解质填充且密封。
可选地，包括多孔绝缘基材、第一多孔导电粉末层和染料敏化的TiO2层的结构体然后可以与根据步骤1至4生产的且具有相同印刷图案的第二结构体夹持在一起。
在又一个可选的方法中，基材中的孔洞在干燥步骤之后或者在烧结步骤之后形成。
实施例
实施例1-陶瓷基材上的多孔导电粉末层
墨通过将TiH2与萜品醇混合来制备。然后将墨使用0.3mm氧化锆珠在5000RPM下珠磨25分钟。氧化锆珠通过过滤从墨中分离出。使用激光在4cm×4cm 45微米厚的玻璃微纤维系基材的中心钻出具有5mm直径的圆形的通孔。然后将过滤的墨使用由中心具有直径为6mm的圆形的孔洞的2cm×2cm正方形构成的印刷图案而印刷在玻璃微纤维系基材的顶部。将印刷图案在基材的顶部同心地对齐，以使圆形的通孔和圆形的印刷图案共用相同的中心。印刷之后，将沉积的墨在200℃下干燥5分钟。随后，将涂覆的玻璃微纤维基材在600℃下真空烧结。烧结期间的压力低于0.01Pa(0.0001mbar)。所得多孔导电粉末层是钛金属多孔膜。
随后，将TiO2系墨(或TiO2-黑)使用与用于TiH2相同的印刷图案和制备步骤印刷在多孔导电粉末层上。
印刷之前，可以使基材通过加热的橡胶涂覆的辊，使基材的表面平滑化。基材也可以在使基材通过橡胶涂覆的辊之前用胶态二氧化硅处理。
可选的基材是基于铝硅酸盐纤维、或铝硅酸盐纤维和玻璃微纤维或石英纤维的混合物的基材。
实施例2-印刷于陶瓷基材上的多孔导电粉末层
墨通过将TiH2与萜品醇混合来制备。然后将墨使用0.3mm氧化锆珠在4000RPM下珠磨30分钟。氧化锆珠通过过滤从墨中分离出。使用打孔机在4cm×4cm 67微米厚的铝硅酸盐微纤维系基材的中心冲出具有5mm边长的正方形的通孔。然后将过滤的墨使用由中心具有边长为6mm的正方形孔洞的2cm×2cm正方形构成的印刷图案而印刷在微纤维系基材的顶部。将印刷图案在基材的顶部同心地对齐，以使正方形的通孔和正方形的印刷图案共用相同的中心，并且以使两个正方形的边缘对准。
印刷之后，将墨在200℃下干燥5分钟。随后，将涂覆的陶瓷基材在850℃下真空烧结30分钟，然后冷却降至约20℃。烧结期间的压力低于0.01Pa(0.0001mbar)。所得多孔导电粉末层是钛金属多孔膜。随后，将TiO2系墨(或TiO2-黑)使用与用于TiH2相同的印刷图案和制备步骤来印刷在多孔导电粉末层上。多孔导电粉末层的厚度是16μm和孔隙率是44％。测量的薄层电阻小于0.5Ohm/sq。
可选地，在印刷TiH2墨之前，首先用TiO2的多孔层印刷陶瓷基材从而使基材表面更平滑和更平坦。我们已经发现，对于给定的多孔导电粉末层厚度，在印刷TiH2墨之前基材表面越平滑，多孔导电粉末层的薄层电阻越低。
实施例3-沉积在陶瓷基材上的具有铂的第二多孔导电粉末层
墨通过将TiH2与萜品醇混合来制备。将墨使用0.3mm氧化锆珠在5000RPM下珠磨25分钟。氧化锆珠通过过滤从墨中分离出。使用激光在4cm×4cm 45微米厚的玻璃微纤维系基材的中心钻出具有5mm直径的圆形的通孔。然后将过滤的墨与六氯铂酸混合，并且使用由中心具有直径为6mm的圆形孔洞的2cm×2cm正方形构成的印刷图案印刷在玻璃微纤维系基材的顶部。将印刷图案在基材的顶部同心地对齐，以使圆形的通孔和圆形的印刷图案共用相同的中心。然后将印刷的墨在200℃下干燥5分钟。随后，将印刷的陶瓷基材在600℃下真空烧结，然后冷却降至室温。烧结期间的压力低于0.01Pa(0.0001mbar)。所得第二多孔导电粉末层包括具有催化量的铂的钛金属多孔膜。可选地，将过滤的墨与镀铂的导电颗粒在印刷之前混合。
可选地，过滤的墨不与六氯铂酸混合。而是将六氯铂酸的溶液印刷在真空烧结的多孔导电粉末层上，然后将其干燥且加热，从而使沉积的六氯铂酸分解，以便将铂沉积在表面上，从而形成第二多孔导电粉末层。基材可以基于代替玻璃纤维的铝硅酸盐微纤维，或石英纤维和玻璃微纤维。
基材可以在印刷之前通过加热的橡胶涂覆的辊，使基材的表面平滑化。
实施例4-沉积在陶瓷基材上的具有铂的第二多孔导电粉末层
墨通过将TiH2与萜品醇混合来制备。然后将墨使用0.6mm氧化锆珠在6000RPM下珠磨25分钟。氧化锆珠通过过滤从墨中分离出。使用打孔机在4cm×4cm 67微米厚的铝硅酸盐微纤维系基材的中心冲出具有5mm边长的正方形的通孔。然后将过滤的墨与六氯铂酸混合，并且使用由中心具有边长为6mm的正方形孔洞的2cm×2cm正方形构成的印刷图案印刷在微纤维系基材的顶部。将印刷图案在基材的顶部同心地对齐，以使正方形的通孔和正方形的印刷图案共用相同的中心，并且以使两个正方形的边缘对准。然后将印刷的墨在200℃下干燥5分钟。随后，将印刷的基材在真空中加热处理，并且在850℃下烧结30分钟，然后冷却降至100℃左右。烧结期间的压力低于0.01Pa(0.0001mbar)。所得第二多孔导电粉末层包括具有催化量的铂的钛金属多孔膜。第二多孔导电粉末层的厚度是20μm和孔隙率是50％。薄层电阻小于0.6Ohm/sq。
可选地，过滤的墨不与六氯铂酸混合。而是将六氯铂酸的溶液印刷在真空烧结的多孔导电粉末层上，然后将其干燥且加热，从而使沉积的六氯铂酸分解，以便将铂沉积在第二多孔导电粉末层的表面上。在印刷TiH2墨之前，可以首先用铝硅酸盐的多孔层印刷陶瓷基材，从而使基材表面更平滑和更平坦。
实施例5–两侧印刷的陶瓷基材上的多孔导电粉末层
墨通过将TiH2与萜品醇混合来制备。然后将墨使用0.3mm氧化锆珠在5000RPM下珠磨25分钟。氧化锆珠通过过滤从墨中分离出，并且将六氯铂酸和乙基纤维素添加至过滤的墨中。使用激光在4cm×4cm 45微米厚的玻璃微纤维系基材的中心钻出具有5mm直径的圆形的通孔。然后将墨使用由中心具有直径为6mm的圆形孔洞的2cm×2cm正方形构成的印刷图案印刷在玻璃微纤维系基材的顶部。将印刷图案在基材的顶部同心地对齐，以使圆形的通孔和圆形的印刷图案共用相同的中心。然后将印刷的墨在200℃下干燥5分钟。
然后将通过将TiH2与萜品醇混合，接着珠磨、过滤和乙基纤维素的添加来制备的另一种墨印刷在玻璃微纤维基材的相对侧上，以使第一印刷层和第二印刷层通过玻璃微纤维基材而分离。另外，将第二印刷图案在基材的第二侧上同心地对齐，以使基材中的圆形通孔和第一次印刷的圆形印刷图案和第二次印刷的圆形印刷图案共用相同的中心。
然后将双侧印刷的基材在200℃下干燥5分钟。
随后，将双侧涂覆的陶瓷基材在600℃下真空烧结，然后使其冷却降至室温。烧结期间的压力低于0.01Pa(0.0001mbar)。所得双侧印刷的基材在一侧上具有钛金属的多孔导电粉末层和在另一侧上具有包括具有催化量的铂的钛金属的第二多孔导电粉末层。
可选地，圆形的通孔可以在第一和第二导电层分别已经印刷和干燥之后通过进行激光钻孔来创建。通过在基材的各侧上印刷和干燥没有连续孔的导电层、然后激光钻孔贯穿全部三层，不需要使用具有孔洞的印刷图案，并且不需要将印刷图案中的孔洞对齐，因此孔洞可以通过在一个单一步骤中激光钻孔贯穿全部三层来创建。
可选地，圆形的通孔可以在分别真空烧结印刷和干燥的第一和第二导电层之后通过在一个单一步骤中激光钻孔贯穿三层来创建。
可选地，将多孔陶瓷涂层在激光钻孔之前沉积在陶瓷基材的相对侧上。为了防止第一和第二多孔导电粉末层之间的电接触，此类陶瓷印刷可是有用的。
在制成墨之前，TiH2粉末可以用铂例如通过沉积在TiH2粉末上的铂盐的热分解来表面处理。
进一步，过滤的墨可以与六氯铂酸混合，而不是混合在镀铂的导电颗粒中。
实施例6-基于单侧印刷在陶瓷基材上的多孔导电粉末层的DSC
将含有20nm颗粒的TiO2墨的20微米厚的层丝网印刷在根据实施例1生产的单侧印刷的玻璃微纤维基材的不含铂的第一多孔导电粉末层侧上。干燥的TiO2墨层的厚度是1-2微米。将TiO2墨的60μm厚的第二层印刷在TiO2的第一层的顶部并且干燥。将第三TiO2层印刷在第二TiO2层的顶部并且干燥。随后，将TiO2沉积的结构体在空气中在500℃下进行热处理20分钟。冷却降至约70℃之后，将TiO2沉积的结构体浸渍在20mM Z907染料在甲氧基丙醇中的溶液中，并且在70℃下加热处理30分钟，随后在甲氧基丙醇中冲洗并且在干燥空气中干燥。然后将由玻璃微纤维基材、多孔导电层和染料敏化的TiO2构成的结构体与根据实施例3生产的第二结构体夹持在一起。第二结构体由玻璃微纤维基材与含有催化量的铂的钛金属多孔膜构成。第二结构体与第一结构体夹持，以使含有催化量的铂的钛金属多孔膜与第一结构体的玻璃微纤维基材侧物理地接触。由此，第一和第二结构体的导电层通过第一结构体中的玻璃微纤维基材电和物理地分离。此外，同心地对齐第二结构体中圆形的孔洞，以使第一结构体的基材中的通孔和第一结构体中的印刷图案孔洞和第二结构体中的印刷图案孔洞共用相同的中心。其后，将电解质添加至夹层结构体中，并且密封夹层结构体。
实施例7-基于双侧印刷在陶瓷基材上的多孔导电粉末层的DSC
将含有20nm颗粒的TiO2墨的20微米厚的层丝网印刷在根据实施例5或6生产的双侧印刷的玻璃微纤维基材的、不含铂的第一多孔导电粉末层侧上。干燥的TiO2墨层的厚度是1-2微米。将TiO2墨的60微米厚的第二层印刷在TiO2的第一层的顶部并且干燥。将第三TiO2层印刷在第二TiO2层的顶部并且干燥。随后，将TiO2沉积的结构体在空气中在500℃下进行热处理20分钟。冷却降至约70℃之后，将TiO2沉积的结构体浸渍在20mM Z907染料在甲氧基丙醇的溶液中，并且在70℃下热处理30分钟，随后在甲氧基丙醇中冲洗。其后，将电解质添加至双侧印刷多孔导电粉末层的陶瓷基材中，并且密封结构体。
实施例8-基于双侧印刷在具有阻挡层的陶瓷基材上的多孔导电粉末层的DSC
墨通过将TiH2与萜品醇混合来制备。然后将墨使用0.3mm氧化锆珠在5000RPM下珠磨40分钟。氧化锆珠通过过滤从墨中分离出，并且将六氯铂酸和乙基纤维素添加至过滤的墨中。使用激光在4cm×4cm 45微米厚的玻璃微纤维系基材的中心钻出具有5mm直径的圆形的通孔。然后将墨印刷在安装有纳米纤维素的阻挡层的玻璃微纤维系基材的第二表面上，所述纳米纤维素的阻挡层沉积在基材的第一表面上。印刷图案由中心具有直径为6mm的圆形的孔洞的2cm×2cm正方形构成。将印刷图案在基材的顶部同心地对齐，以使圆形的通孔和圆形的印刷图案共用相同的中心。墨中的导电颗粒小于基材的孔，因此导电颗粒穿透基材，并且印刷在基材中。然后将印刷的墨在200℃下干燥5分钟。
然后将通过将TiH2与萜品醇混合，接着珠磨、过滤和乙基纤维素的添加来制备的另一墨印刷在玻璃微纤维基材的相对侧上，以使第一印刷层和第二印刷层被玻璃微纤维基材分离。另外，将第二印刷图案在基材的第二侧上同心地对齐，以使基材中圆形的通孔、第一次印刷中圆形的印刷图案和第二次印刷中圆形的印刷图案共用相同的中心。另外，第二印刷层沉积在纳米纤维素系阻挡层上。
然后将双侧印刷的基材在200℃下干燥5分钟。
随后，将双侧涂覆的陶瓷基材在600℃下真空烧结，然后使其冷却降至室温。烧结期间的压力低于0.01Pa(0.0001mbar)。所得双侧印刷的基材在一侧上具有钛金属的多孔导电粉末层和在另一侧上具有包括具有催化量的铂的钛金属的第二多孔导电粉末层。
随后，将含有20nm TiO2颗粒的TiO2墨的20微米厚的层丝网印刷在双侧印刷的玻璃微纤维基材的、不含铂的第一多孔导电粉末层侧上。干燥的TiO2墨层的厚度是1-2微米。将TiO2墨的60微末厚的第二层印刷在TiO2的第一层的顶部并且干燥。将第三TiO2层印刷在第二TiO2层的顶部并且干燥。随后，将TiO2沉积的结构体在空气中在500℃下进行热处理20分钟。冷却降至约70℃之后，将TiO2沉积的结构体浸渍在20mM Z907染料在甲氧基丙醇的溶液中，并且在70℃下热处理30分钟，随后在甲氧基丙醇中冲洗。其后，将电解质添加至双侧印刷多孔导电粉末层的陶瓷基材中，并且密封结构体。

Claims (16)

1.一种染料敏化太阳能电池，其包括：
具有第一表面和第二表面的多孔绝缘基材(10；30)，
印刷在所述多孔绝缘基材的第一表面上以形成导电层的、包括导电颗粒的第一多孔层(14)，
印刷在所述多孔绝缘基材的第二表面上以形成导电层的、包括导电颗粒的第二多孔层(16)，由此使所述多孔绝缘基材(4；10；30)设置在所述第一层和所述第二层之间，
沉积在所述第一层上的、包括光吸收染料分子的第三多孔层(18)，和
用于在所述第三层和所述第二层之间转移电荷的电荷转移介质，
其特征在于，各多孔层包括包含至少一个非透明部(24、25、26)和至少一个透明部(20、21、22)的印刷图案，并且所述多孔绝缘基材包括至少一个透明部(32)，由此使多孔层的所述透明部和所述多孔绝缘基材的所述透明部彼此相对设置，所以它们形成至少一个贯通所述太阳能电池的连续透明通路。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中将多孔层的至少一个透明部(20、21、22)配置为彼此至少部分地重叠。
3.根据前述权利要求任一项所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第三多孔层(18)的印刷图案对应于所述第一多孔层(14)的印刷图案。
4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第二多孔层(16)的印刷图案对应于所述第一多孔层(14)和所述第三多孔层(18)的印刷图案。
5.根据前述权利要求任一项所述的染料敏化太阳能电池，其中所述太阳能电池包括电连接至所述第一多孔层(14)和所述第二多孔层(16)以将所述第一多孔层和所述第二多孔层连接至外电路的多个连接元件(34、36)，并且设计所述第一多孔层和所述第二多孔层的印刷图案以致所述非透明部(25、26)与至少一个所述连接元件直接电接触。
6.根据前述权利要求任一项所述的染料敏化太阳能电池，其中所述印刷图案包括分布在所述至少一个非透明部(24、25、26)中的多个透明部(20、21、22)。
7.根据前述权利要求任一项所述的染料敏化太阳能电池，其中所述多孔绝缘基材(30)的所述至少一个透明部(32)是在所述多孔绝缘基材的第一表面与第二表面之间延伸的通孔。
8.根据前述权利要求任一项所述的染料敏化太阳能电池，其中各多孔层(14、16、18)的至少一个透明部的面积在各多孔层的总面积的10％与70％之间，并且优选在各多孔层的总面积的30％与60％之间。
9.根据前述权利要求任一项所述的染料敏化太阳能电池，其中所述第一多孔层和所述第二多孔层是多孔导电粉末层。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述的染料敏化太阳能电池在结构体的玻璃分隔件中的用途。
11.一种透明染料敏化太阳能电池的制造方法，其中所述方法包括：
将包括导电颗粒的第一多孔层(14)印刷在多孔绝缘基材(10；30)的第一表面上，
将包括导电颗粒的第二多孔层(16)印刷在所述多孔绝缘基材的第二表面上，
将第三多孔层(18)印刷在所述第一多孔层的顶部，和
将第三多孔层用光吸收分子染色，其特征在于，所述多孔绝缘基材包括至少一个透明部(32)，并且将各多孔层以包括至少一个非透明部(24、25、26)和至少一个透明部(20、21、22)的图案来印刷，并且印刷所述图案以使多孔层的所述透明部和所述多孔绝缘基材的所述透明部形成至少一个贯通所述太阳能电池的连续透明通路。
12.根据权利要求11所述的方法，其中印刷所述图案以使多孔层的所述透明部和所述多孔绝缘基材的所述透明部沿横切所述第一表面和所述第二表面的方向彼此至少部分地重叠。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述第三多孔层(24)的至少一个非透明部印刷在所述第一多孔层的至少一个非透明部(25)的顶部。
14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其中所述第一多孔层(14)、所述第二多孔层(16)、和所述第三多孔层(18)的图案彼此对应。
15.根据权利要求11-14任一项所述的方法，其中所述印刷图案使用丝网印刷来印刷。
16.根据权利要求11-15任一项所述的方法，其中所述方法包括将所述多孔绝缘基材冲孔，从而提供至少一个在所述多孔绝缘基材(30)的第一表面与第二表面之间延伸的通孔(32)。
CN201580007646.5A 2014-02-06 2015-01-13 透明染料敏化太阳能电池及该太阳能电池的制造方法 Active CN105981189B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1450123A SE537836C2 (sv) 2014-02-06 2014-02-06 En transparent färgämnessensibiliserad solcell samt ett sättför framställning av densamma
SE1450123-3 2014-02-06
PCT/EP2015/050467 WO2015117795A1 (en) 2014-02-06 2015-01-13 A transparent dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105981189A true CN105981189A (zh) 2016-09-28
CN105981189B CN105981189B (zh) 2018-11-27

Family

ID=52432786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580007646.5A Active CN105981189B (zh) 2014-02-06 2015-01-13 透明染料敏化太阳能电池及该太阳能电池的制造方法

Country Status (8)

Country Link
US (2) US10026561B2 (zh)
EP (1) EP3103147B1 (zh)
JP (1) JP6209779B2 (zh)
CN (1) CN105981189B (zh)
ES (1) ES2671191T3 (zh)
SE (1) SE537836C2 (zh)
TW (1) TWI644446B (zh)
WO (1) WO2015117795A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109036855A (zh) * 2018-08-17 2018-12-18 常州大学 石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE537836C2 (sv) 2014-02-06 2015-11-03 Exeger Sweden Ab En transparent färgämnessensibiliserad solcell samt ett sättför framställning av densamma
CA3014775C (en) * 2016-03-10 2023-07-25 Exeger Operations Ab A solar cell comprising grains of a doped semiconducting material and a method for manufacturing the solar cell
WO2019011681A1 (en) * 2017-07-12 2019-01-17 Exeger Operations Ab PHOTOVOLTAIC DEVICE HAVING A LIGHT ABSORPTION LAYER COMPRISING A PLURALITY OF GRAINS OF A DOPED SEMICONDUCTOR MATERIAL
SE540184C2 (en) * 2016-07-29 2018-04-24 Exeger Operations Ab A light absorbing layer and a photovoltaic device including a light absorbing layer
WO2018021952A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 Exeger Operations Ab A light absorbing layer and a photovoltaic device including a light absorbing layer
EP3627527A1 (en) 2018-09-20 2020-03-25 Exeger Operations AB Photovoltaic device for powering an external device and a method for producing the photovoltaic device
PL3794619T3 (pl) * 2018-05-16 2022-07-04 Exeger Operations Ab Urządzenie fotowoltaiczne
US10780498B2 (en) * 2018-08-22 2020-09-22 General Electric Company Porous tools and methods of making the same
CN109065646B (zh) * 2018-08-23 2024-10-08 上饶市禾鼎光电有限公司 一种基于艺术图案的太阳能组件板及其设计方法
US11081606B2 (en) * 2018-12-27 2021-08-03 Solarpaint Ltd. Flexible and rollable photovoltaic cell having enhanced properties of mechanical impact absorption
US11978815B2 (en) 2018-12-27 2024-05-07 Solarpaint Ltd. Flexible photovoltaic cell, and methods and systems of producing it
US11018271B2 (en) 2019-03-18 2021-05-25 Kamereon, Inc. Graphic appearance for solar modules
US20230034244A1 (en) * 2019-11-28 2023-02-02 Advanced Track & Trace Secure marking method and device and authentication method and device
CN113556882B (zh) * 2020-04-23 2022-08-16 鹏鼎控股(深圳)股份有限公司 透明电路板的制作方法以及透明电路板
SE2051120A1 (en) 2020-09-25 2022-03-26 Exeger Operations Ab An electronic device comprising a solar cell unit for powering the device
EP4202082A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas diffusion layer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221496A (ja) * 2003-01-17 2004-08-05 Seiko Epson Corp 光電変換素子の製造方法、光電変換素子および電子機器
CN101983454A (zh) * 2008-04-08 2011-03-02 夏普株式会社 染料敏化型太阳能电池用糊剂、染料敏化型太阳能电池用透明性绝缘膜、染料敏化型太阳能电池、以及染料敏化型太阳能电池的制造方法
CN102332353A (zh) * 2010-06-29 2012-01-25 索尼公司 光电转换元件及其制造方法、光电转换元件模块及其制造方法
US20120038079A1 (en) * 2009-01-29 2012-02-16 Raigi Method for preparing an electrically conducting article
CN103210458A (zh) * 2010-10-07 2013-07-17 Nlab太阳能股份公司 改进的染料敏化太阳能电池及其制造方法
WO2013149787A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Exeger Sweden Ab A dye-sensitized solar cell module having a serial structure and a method for manufacturing the solar cell

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3446674A (en) * 1965-07-07 1969-05-27 United Aircraft Corp Method and apparatus for converting hydrogen-containing feedstocks
KR100927660B1 (ko) 2007-10-16 2009-11-20 한국전자통신연구원 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법
JP2010003468A (ja) * 2008-06-19 2010-01-07 Sony Corp 色素増感太陽電池およびその製造方法
US7795067B1 (en) * 2009-03-30 2010-09-14 Solopower, Inc. Semitransparent flexible thin film solar cells and modules
CN102396101B (zh) * 2009-04-15 2014-06-25 夏普株式会社 染料敏化太阳能电池和染料敏化太阳能电池模块
TWI505482B (zh) * 2009-06-24 2015-10-21 Nippon Steel & Sumikin Chem Co Pigment sensitized solar cells
JP5678345B2 (ja) * 2010-02-03 2015-03-04 新日鉄住金化学株式会社 色素増感太陽電池およびその製造方法
JP2011216190A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Sony Corp 光電変換装置及びその製造方法
WO2011156868A1 (en) 2010-06-17 2011-12-22 Polymers Crc Ltd. Electrode and dye-sensitized solar cell
GB201011118D0 (en) 2010-06-30 2010-08-18 Univ Warwick Transparent electrodes for semiconductor thin film devices
JP5664119B2 (ja) 2010-10-25 2015-02-04 ソニー株式会社 透明導電膜、透明導電膜の製造方法、光電変換装置および電子機器
RU2594294C2 (ru) * 2011-10-11 2016-08-10 Эксегер Свиден Аб Способ для изготовления солнечных элементов, сенсибилизированных красителем, и солнечные элементы, изготовленные указанным способом
SE537449C2 (sv) 2012-04-04 2015-05-05 Exeger Sweden Ab En färgämnessensiterad solcell som innehåller ett poröst isolerande substrat samt en metod för framställning av det porösa isolerande substratet
PL2997585T3 (pl) 2013-05-17 2020-01-31 Exeger Operations Ab Ogniwo słoneczne uczulane barwnikiem i sposób wytwarzania ogniwa słonecznego
SE537836C2 (sv) * 2014-02-06 2015-11-03 Exeger Sweden Ab En transparent färgämnessensibiliserad solcell samt ett sättför framställning av densamma

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221496A (ja) * 2003-01-17 2004-08-05 Seiko Epson Corp 光電変換素子の製造方法、光電変換素子および電子機器
CN101983454A (zh) * 2008-04-08 2011-03-02 夏普株式会社 染料敏化型太阳能电池用糊剂、染料敏化型太阳能电池用透明性绝缘膜、染料敏化型太阳能电池、以及染料敏化型太阳能电池的制造方法
US20120038079A1 (en) * 2009-01-29 2012-02-16 Raigi Method for preparing an electrically conducting article
CN102332353A (zh) * 2010-06-29 2012-01-25 索尼公司 光电转换元件及其制造方法、光电转换元件模块及其制造方法
CN103210458A (zh) * 2010-10-07 2013-07-17 Nlab太阳能股份公司 改进的染料敏化太阳能电池及其制造方法
WO2013149787A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Exeger Sweden Ab A dye-sensitized solar cell module having a serial structure and a method for manufacturing the solar cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109036855A (zh) * 2018-08-17 2018-12-18 常州大学 石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法
CN109036855B (zh) * 2018-08-17 2020-11-24 常州大学 石墨烯复合透明发电薄片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3103147B1 (en) 2018-03-21
CN105981189B (zh) 2018-11-27
US20160351343A1 (en) 2016-12-01
JP2017508283A (ja) 2017-03-23
TW201532295A (zh) 2015-08-16
SE537836C2 (sv) 2015-11-03
SE1450123A1 (sv) 2015-08-07
US11328875B2 (en) 2022-05-10
EP3103147A1 (en) 2016-12-14
JP6209779B2 (ja) 2017-10-11
US10026561B2 (en) 2018-07-17
TWI644446B (zh) 2018-12-11
WO2015117795A1 (en) 2015-08-13
US20180366278A1 (en) 2018-12-20
ES2671191T3 (es) 2018-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105981189A (zh) 透明染料敏化太阳能电池及该太阳能电池的制造方法
RU2609672C2 (ru) Модуль сенсибилизированных красителем солнечных элементов, имеющий последовательную конструкцию, и способ изготовления солнечного элемента
CN105247636B (zh) 染料敏化太阳能电池以及制造太阳能电池的方法
KR102032581B1 (ko) 염료 감응형 태양 전지의 제조 방법 및 그렇게 제조된 태양 전지
ES2902708T3 (es) Una célula solar sensibilizada por colorantes que incluye un sustrato de material compuesto
JP6867703B2 (ja) ドープされた半導体材料の粒状体を備える太陽電池および太陽電池を製造する方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20170830

Address after: Stockholm

Applicant after: British Operating Systems Inc

Address before: Stockholm

Applicant before: EXEGER SWEDEN AB

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant