CN108063053B - 染料敏化太阳能电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种染料敏化太阳能电池的制作方法，特别是在形成该光电转换材料层的制作过程中，形成一层密着性较佳且易剥除的可剥胶层，以改善现有的制作过程中，使用蓝膜或胶带形成涂布区时，容易因密着性不佳而产生部分剥离的问题。

Description

染料敏化太阳能电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法，特别是指一种染料敏化太阳能电池的制作方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池属于新一代太阳能电池，因具有低制造成本、可制作可挠性太阳能电池、受日照角度与高温环境影响小等有别于传统太阳能电池的特性，因此具有高度的市场潜力。
染料敏化太阳能电池的基本结构包含一个第一基板、一个第二基板，及一个夹设于该第一、二基板间的电解质。该第一基板包括一个具有导电层的透明导电基板，及一个可用以吸收光能并将光能转换成电能的光电转换材料层；该第二基板则包括一个具有导电层的透明导电基板，及一个设置于该导电层表面的催化层。
前述该染料敏化太阳能电池的制作过程一般是在一个透明导电基板的导电层上形成一个光电转换材料层得到该第一基板，并在另一个透明导电基板的导电层上形成一个催化层，得到该第二基板，而后再将该电解质封装在该第一基板与该第二基板间，而得到该染料敏化太阳能电池。
前述形成该光电转换材料层的制程中，一般是利用蓝膜或胶带贴覆于该透明导电基板的导电层表面，遮覆不欲形成该光电转换材料层的区域，而使得裸露的导电层表面形成一个预定形成该光电转换材料层的涂布区，接着以涂布方式于该涂布区形成数个金属氧化物纳米颗粒而形成一个吸收层后，再将具有该吸收层的透明导电基板浸泡于一个含有能吸收光能的有机染料的浸泡液，令该有机染料吸附于所述金属氧化物纳米颗粒，而后，再撕除该蓝膜或胶带，即可在该导电层的预定区域得到该光电转换材料层。但是，该蓝膜或胶带因为密着性不佳，不容易与该导电层表面紧密地附着，因此，浸泡在浸泡液的过程中，浸泡液会容易渗入该蓝膜或胶带与该导电层的黏着界面，造成该蓝膜或胶带部分剥离，而使得该光电转换材料层的形成位置无法达到预定的需求。
经上述说明可知，如何解决该蓝膜或胶带不耐该浸泡液而导致部分剥离的问题，是此技术领域的相关技术人员所待突破的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在制作过程中形成一个密着性佳且耐浸泡于有机染料浸泡液的可剥胶层的染料敏化太阳能电池的制作方法。
本发明染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该制作方法包含：(a)准备一个具有导电层的基材，于该导电层的表面形成一层具有预定图案的隔离胶层，该隔离胶层界定出至少一个令该导电层的表面裸露的涂布区，然后再使该隔离胶层硬化而形成一层可剥胶层，接着于该涂布区形成一层光电转换材料层，最后再剥除该可剥胶层而得到一第一基板，(b)准备另一个具有一层导电层的基材，于该导电层的表面设置一层催化层而得到一个第二基板，(c)利用一个封装胶将该第一基板与该第二基板彼此密接封合，并于该第一基板与该第二基板间设置一个电解质，其中，该第一基板、该第二基板，与该封装胶共同界定一个具有一个容置空间的电池单元，且该光电转换材料层、该催化层，及该电解质均位于该容置空间。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该步骤(a)的该可剥胶层为光硬化材料或热硬化材料。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该光硬化材料选自压克力树酯、丙烯酸酯树酯、硅，及前述的其中一个组合。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该热硬化材料选自高分子聚合物、环氧树酯、尿素甲醛树酯、聚氯乙烯树酯、聚乙烯树酯、氯醋共聚乳化粉，及前述的其中一个组合。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该步骤(a)的该隔离胶层界定出多个彼此间隔并令该导电层的表面裸露的涂布区，该光电转换材料层则分别对应形成于所述涂布区，该步骤(b)则于另一个基材的导电层表面形成多个与所述涂布区相对应的催化层，该步骤(c)的该第一基板、该第二基板，与该封装胶共同界定出多个分别具有一个各自独立的容置空间的电池单元，且该每一个容置空间分别容设有该光电转换材料层、该催化层，及该电解质。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该步骤(a)的隔离胶层的形成方式为旋转涂布、表面涂布、刮墨涂布，或网版印刷。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该制作方法还包含一个步骤(d)，于该第一、二基板的导电层表面分别形成可令该电池单元对外电连接的第一、二外导线。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该制作方法还包含一个步骤(d)，于该第一、二基板的导电层表面分别形成多条可令所述电池单元对外电连接的第一、二外导线。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该步骤(a)还进一步于该第一基板的导电层表面形成一条邻近该涂布区的第一内导线，该步骤(b)进一步于该第二基板邻近该催化层的表面形成一条第二内导线，且该步骤(c)中，该封装胶是盖设于该第一、二内导线，而将该第一基板与该第二基板彼此密接封合。
较佳地，前述染料敏化太阳能电池的制作方法，其中该步骤(a)还进一步于该第一基板的导电层表面分别形成多条邻近所述涂布区的第一内导线，该步骤(b)进一步于该第二基板分别邻近所述催化层的表面形成多条第二内导线，且该步骤(c)中，该封装胶是盖设于所述第一、二内导线，而将该第一基板与该第二基板彼此密接封合。
本发明的有益的效果在于：在形成该光电转换材料层的制作过程中，形成一个密着性较佳且易剥除的可剥胶层，以改善现有的蓝膜或胶带使用时，因为密着性不佳的关系，容易造成蓝膜或胶带部分剥离该导电层表面，使得该涂布区的图案无法达到预定需求的问题。
附图说明
图1是一个制作流程图，说明本发明染料敏化太阳能电池的制作方法；
图2是一个部分剖视示意图，说明染料敏化太阳能电池的基本结构；
图3是一个立体图，说明本发明染料敏化太阳能电池的制作方法的一个第一实施例中，形成预定图案的隔离胶层的步骤；
图4是一个立体分解图，说明本发明染料敏化太阳能电池的制作方法的该第一实施例中，剥除可剥胶层的步骤；及
图5是一个立体图，说明本发明染料敏化太阳能电池的制作方法的一第二实施例中，形成一个预定图案的隔离胶层的步骤。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，本发明染料敏化太阳能电池的制作方法的一个第一实施例，包含：一个步骤11、一个步骤12，及一个步骤13。
配合参阅图2、图3，与图4，首先进行该步骤11，准备一个具有导电层211的基材21，该基材21为可透光且表面会具有一个导电层211的导电玻璃FTO(SnO2：F)或玻璃片ITO(SnO2：In)。
于该导电层211的表面以网版印刷、旋转涂布、表面涂布，或刮墨涂布的方式形成一层具有预定图案的隔离胶层22，该隔离胶层22界定出至少一个令该导电层211的表面裸露的涂布区24，然后再使该隔离胶层22硬化而形成一层可剥胶层23；其中，该隔离胶层22为选自光硬化材料(例如：压克力树酯、丙烯酸酯树酯、硅，及前述的其中一个组合)或热硬化材料(高分子聚合物、环氧树酯、尿素甲醛树酯、聚氯乙烯树酯、聚乙烯树酯、氯醋共聚乳化粉，及前述的其中一个组合)，可利用照光或加热等方式，使该隔离胶层22硬化而形成该可剥胶层23。
要补充说明的是，相较于一般胶带，可剥胶能够采用网印方式，保护复杂的结构及形状，保护不同方式的表面处理或范围，且能够耐电镀制程(例如化学铜/电镀铜或电镀锡)、还能在软性基板起保护作用且可耐高温，并且能够轻易地撕掉，因此能够节省制程上的时间与成本。
接着于该涂布区24形成一层光电转换材料层25，然后再剥除该可剥胶层23，再于该导电层211的表面形成一条邻近该涂布区24的第一内导线27，及一位条于该第一内导线27外侧，用于对外电连接的第一外导线26，得到一个第一基板2。
具体的说，该光电转换材料层25是利用先于该涂布区24涂布一层具有数个金属氧化物纳米颗粒的吸收层，再将具有该吸收层的基材21浸泡于一个含有能吸收光能的有机染料的浸泡液中，令该有机染料吸附于所述金属氧化物纳米颗粒后而得。
更详细的说，该光电转换材料层25是可选自与有机染料(例如花青素或叶绿素等)或金属错合物(例如钌错合物)键结的二氧化钛纳米颗粒；该第一内导线27选自银胶、银铝浆料材料，该第一外导线26选自银胶、银铝浆，由于该光电转换材料层25、该第一内、外导线27、26的构成材料为本技术领域所周知，且非为本发明的重点，因此不再多加说明。于本实施例中，该光电转换材料层25是先于该涂布区24涂布形成一层具有二氧化钛纳米颗粒的吸收层，再将具有该吸收层的基材21浸泡于浸泡液中而得，该第一外导线26、该第一内导线27为使用银胶，以网印方式形成于该导电层211表面。
要说明的是，因为于形成该光电转换材料层25的过程中，须将该基材21浸泡于浸泡液中，而因为一般浸泡液大都含有溶剂，例如酒精，因此，与现有技术中用于遮覆基板表面的蓝膜或胶带相比，本发明使用的该可剥胶层23因为是以网印油墨方式形成，印刷性佳、硬化速率快、与该基材21的密着性佳，且干燥后涂膜可剥离性优异，且对于该浸泡液的耐受性高，因此，在浸泡的过程中不会有现有技术中所使用的蓝膜或胶带因为密着性不佳，使得该浸泡液于浸泡过程中渗入该蓝膜或胶带的黏着面，造成该蓝膜或胶带剥离，而造成浸泡后对该导电层表面污染的问题，而具有更好的保护性；而在制得该光电转换材料层25，要将该可剥胶层23移除时，也因为光硬化或热硬化后，该可剥胶层23的黏性指数降低，因此，可直接自该基材21撕除且不残胶，所以不须再经过其它的表面处理，即可直接进行后续制程。
接着进行该步骤12，准备另一个可导电的基材31，该基材31为可透光且表面会具有一层导电层311的导电玻璃FTO(SnO2：F)或玻璃片ITO(SnO2：In)，于该导电层311的表面以溅镀、电镀或热沉积等方式形成一层催化层32，接下来，于该导电层311表面利用网印方式形成一条邻近该催化层32表面的第二内导线34，及一条位于该第二内导线34外侧，用于对外电连接的一第二外导线33，而得到一个第二基板3。一般而言，该催化层32可选择铂或碳材料(例如：单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨、碳黑)等对电解质4有较佳催化特性的材料；该第二内导线34选自银胶或银铝胶，该第二外导线33亦选自银胶或银铝胶，本实施例中，该第二内、外导线34、33的构成材料选自银胶，且是以网印方式形成于该导电层311表面。
最后进行该步骤13，于该第一基板2与该第二基板3间设置一个电解质4，并利用一个封装胶5盖设于该第一、二内导线27、34，使得该第一基板2与该第二基板3彼此密接封合，完成该染料敏化太阳能电池的制作。其中，该第一基板2、该第二基板3，与该封装胶5共同界定一个具有一个容置空间61的电池单元6，且该光电转换材料层25、该催化层32，及该电解质4均位于该容置空间61。
该电解质4可为固态电解质或是液态的电解液，当该电解质4选自固态电解质时，可将该固态电解质夹设于该第一、二基板2、3间后，再利用该封装胶5将该固态电解质密封于该第一、二基板2、3间即可，而当该电解质4为液态电解液时，则可先利用该封装胶5将该第一、二基板2、3密封，并于该第二基板3预留一个通孔后，将该液态电解液藉由该通孔注入该容置空间61，最后将该通孔密封后即可。由于该封装过程为本技术领域的现有技术，因此不再多加说明。
要说明的是，前述该第一、二内导线27、34的目的是用于降低该导电层211、311的片电阻，以增加该染料敏化太阳能电池的电子传导效率，因此，可视实际设计需求而不设置，当不须设置该第一、二内导线27、34时，则该第一、二基板2、3仅会具有对外电连接的第一、二外导线26、33。
该第一实施例使用该隔离胶层22形成界定出预定图案的该可剥胶层23，由于该可剥胶层23与该第一基板2的导电层211的密着性佳且对于该浸泡液的耐受性高，因此避免了现有技术中所使用的蓝膜或胶带因不耐浸泡液，而导致部分剥离的问题，并且该可剥胶层23具有易剥除性，仅需使用镊子即能轻易剥除，并且不太会有残胶残留的问题。
参阅图5，为本发明染料敏化太阳能电池的制作方法的一个第二实施例，该第二实施例的步骤过程大致上与该第一实施例相同，不同处在于该第二实施例为用于同时制作多个染料敏化太阳能电池。
详细的说，当要同时制作多个染料敏化太阳能电池，该步骤11的该隔离胶层22须界定出多个彼此间隔并令该导电层211的表面裸露的涂布区24，该光电转换材料层25为分别对应形成于所述涂布区24，且形成多条设置于该导电层211表面且对应所述涂布区24的第一内导线27，及多条对应所述涂布区24并位于所述第一内导线27外侧，并用于对外电连接的第一外导线26。
该步骤12则形成多个与所述涂布区24相对应的催化层32，并于该导电层311表面且对应所述催化层32的位置设置多条邻近该催化层32的第二内导线34，及多条对应所述催化层32并位于所述第二内导线34外侧，并用于对外电连接的第二外导线33。
而该步骤13则是令该封装胶5盖设于所述第一、二内导线27、34，而将该第一基板2与该第二基板3彼此密接封合。
该第二实施例与该第一实施例同样使用该隔离胶层22，为了在该第一基板2上形成多个光电材料转换层25，因此必须制作能界定出多个彼此间隔并令该导电层211的表面裸露的涂布区24的可剥胶层23，而本案的可剥胶层23因为是先将胶态的隔离胶层22利用网印方式形成于该导电层211表面，因此附着性佳，且在制程过程中，不但能够避免现有技术中所使用的蓝膜或胶带所造成容易部分剥离的问题，更能够以简易的方式制作出任意形状的该隔离胶层22，并经过简单的硬化即可得到具有对应形状的该可剥胶层23，因此能够大幅地简化制程的复杂性。
综上所述，本发明利用呈胶态的该隔离胶层22，先以涂布方式于该导电层211表面欲遮覆的地方形成该隔离胶层22，而后再令该隔离胶层22硬化，而形成该可剥胶层23，不仅制程简便、容易控制，且该隔离胶层22与该导电层211的表面具有较佳的密合性，因此，可避免现有技术中利用蓝膜或胶带对该导电层表面遮覆时，因为是用手工黏贴，在黏贴过程胶带或蓝膜会有无法确实贴附于导电层上，且容易会有气泡产生的缺点；此外，由于该隔离胶层22的图案是利用网印方式形成，容易控制，不像现有技术中该蓝膜或胶带的图案为使用切割方式形成，而有图案的精确度不易控制的问题，故确实能达成本发明的目的。

Claims (9)

1.一种染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该制作方法包含：(a)准备一个具有导电层的基材，于该导电层的表面形成一层具有预定图案的隔离胶层，该隔离胶层界定出至少一个令该导电层的表面裸露的涂布区，然后再使该隔离胶层硬化而形成一层可剥胶层，接着于该涂布区形成一层光电转换材料层，最后再剥除该可剥胶层而得到一第一基板，该隔离胶层为光硬化材料或热硬化材料，(b)准备另一个具有一层导电层的基材，于该导电层的表面设置一层催化层而得到一个第二基板，(c)利用一个封装胶将该第一基板与该第二基板彼此密接封合，并于该第一基板与该第二基板间设置一个电解质，其中，该第一基板、该第二基板，与该封装胶共同界定一个具有一个容置空间的电池单元，且该光电转换材料层、该催化层，及该电解质均位于该容置空间。
2.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该光硬化材料选自压克力树酯、丙烯酸酯树酯、硅，及前述的其中一个组合。
3.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该热硬化材料选自高分子聚合物、环氧树酯、尿素甲醛树酯、聚氯乙烯树酯、聚乙烯树酯、氯醋共聚乳化粉，及前述的其中一个组合。
4.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该步骤(a)的该隔离胶层界定出多个彼此间隔并令该导电层的表面裸露的涂布区，该光电转换材料层则分别对应形成于所述涂布区，该步骤(b)则于另一个基材的导电层表面形成多个与所述涂布区相对应的催化层，该步骤(c)的该第一基板、该第二基板，与该封装胶共同界定出多个分别具有一个各自独立的容置空间的电池单元，且该每一个容置空间分别容设有该光电转换材料层、该催化层，及该电解质。
5.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该步骤(a)的隔离胶层的形成方式为旋转涂布、表面涂布、刮墨涂布，或网版印刷。
6.根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该制作方法还包含一个步骤(d)，于该第一、二基板的导电层表面分别形成可令该电池单元对外电连接的第一、二外导线。
7.根据权利要求4所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该制作方法还包含一个步骤(d)，于该第一、二基板的导电层表面分别形成多条可令所述电池单元对外电连接的第一、二外导线。
8.根据权利要求6所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该步骤(a)还进一步于该第一基板的导电层表面形成一条邻近该涂布区的第一内导线，该步骤(b)进一步于该第二基板邻近该催化层的表面形成一条第二内导线，且该步骤(c)中，该封装胶是盖设于该第一、二内导线，而将该第一基板与该第二基板彼此密接封合。
9.根据权利要求7所述染料敏化太阳能电池的制作方法，其特征在于：该步骤(a)还进一步于该第一基板的导电层表面分别形成多条邻近所述涂布区的第一内导线，该步骤(b)进一步于该第二基板分别邻近所述催化层的表面形成多条第二内导线，且该步骤(c)中，该封装胶是盖设于所述第一、二内导线，而将该第一基板与该第二基板彼此密接封合。
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