CN1705140A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种太阳能电池，其包括：相互面对的第一电极和第二电极；插入第一电极和第二电极之间并在其上吸收有染料的多孔膜；插入第一电极和第二电极之间的电解质；和插入第一电极和多孔膜之间并具有至少两层的缓冲层。根据该太阳能电池的结构，通过避免具有多孔膜的电极和电解质的接触避免了电子－空穴的再结合，从而提高了染料敏化太阳能电池的电子集电性能和光电转换效率。

Description

太阳能电池及其制造方法
本申请要求2004年6月3日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.10-2004-0040314为优先权，为本申请下文所述的所有目的将此韩国专利申请结合在本申请中作为参考。
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，尤其涉及一种利用电化学原理染料敏化太阳能电池及其制造方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池是一种使用氧化物半导体电极的光电化学太阳能电池，，该电极包括能够吸收可见光以产生电子-空穴对的感光染料微粒和传输所产生电子的钛氧化物。
图1是染料敏化太阳能电池的示意图。染料敏化太阳能电池包括第一电极1、第二电极2和具有染料5吸附在其上的多孔膜3以及电解质4，其中多孔膜3和电解质4设置在第一电极1和第二电极2之间。
在通常的硅太阳能电池中，太阳能量的吸收和通过分离电子-空穴对产生电动势是同时发生的。与此同时，在染料敏化太阳能电池中，太阳能量的吸收和电荷的传输在不同时间发生。具体的，染料吸收太阳能量和半导体传输吸收的太阳能量的电荷。
参考图1，入射太阳光的光子被染料5吸收。受激的染料随后向由过渡金属氧化物组成的多孔膜3发射电子。电子通过第一电极1移动到外电路从而传输电能，并且随后进入第二电极2，该第二电极由于迁移过程中的能量损失相应地具有低能量状态。
由于电解质4接受来自第二电极2的电子，结果染料5的空穴被来自电解质4的电子补充。
尽管这种染料敏化太阳能电池可以廉价的生产并且是环保的，而且比传统的硅太阳能电池柔软，但是因为它的能量转换效率低，所以它并不实用。
在太阳能电池中，能量转换效率，也就是，光电转换效率，与吸收的太阳光产生的电子数量成比例。因此，为了提高能量转换效率，通过增加吸收的太阳光的量、增加吸收的染料的量或者降低/避免由于电子-空穴再结合过程中产生的电子损失来增加产生的电子数量。
为了增加每单位面积吸收的染料的量，已经研究了一种制备氧化物半导体的纳米颗粒的方法。为了提高太阳光的吸收量，已经开发了一种提高铂(Pt)电极反射率的方法和一种与具有几个μm大小的氧化物半导体光散射颗粒混合在一起的氧化物半导体颗粒的方法。
然而，这种传统方法具有的光电转换效率低。因此，需要一种提高光电转换效率的新技术。
同时，图1示出的染料敏化太阳能电池具有使其性能恶化的交界面或区域，例如吸收能力或者传输太阳能量电荷的能力。这些交界面包括，例如，多孔膜3的过渡金属氧化物微粒和电解质4之间的交界面和将多孔膜3设置在其上的第一电极1和电解质4之间的交界面。
在多孔膜3的过渡金属氧化物颗粒和电解质4之间的交界面上，电子从染料5传输到过渡金属氧化物颗粒并与电解质4中的氧化物碘离子反应，这降低了传输到电极2的电子浓度，因此损害了太阳能电池的开路电压Voc、短路电流Isc和填充因数FF。
将多孔膜3设置在其上的第一电极1和电解质4之间的交界面会影响电荷收集性能，这基于再结合率和收集率。再结合率由第一电极1上的电子和电解质4中的氧化物碘离子的反应数量的减少决定。这样，为了提高太阳能电池的性能降低发生在交界面上的再结合的数量并且提高太阳能电池中的电子的收集率是很重要的。
发明内容
本发明提供一种具有提高的光电转化效率的染料敏化太阳能电池。根据本发明的实施方案，提供一种太阳能电池，其包括基本上相互平行的第一电极和第二电极、设置在第一电极和第二电极之间并在其上具有吸收的染料的多孔膜、设置在第一电极和第二电极之间的电解质以及插入第一电极和多孔膜之间并且具有至少两层的缓冲层。
根据本发明的实施方案，提供一种制造太阳能电池的方法，该方法包括制备第一电极和第二电极，在第一电极表面上形成具有至少两层的缓冲层，在缓冲层上形成多孔膜，在多孔膜内吸收染料，在多孔膜上设置第二电极，在多孔膜和第二膜之间的空间内填充电极；以及密封第一电极和第二电极。
可以理解，前述的简要说明和后面的详细说明都是举例和解释性的，并且是为了对权利要求所述的发明作进一步解释。
附图说明
附图提供了对本发明的进一步理解且结合在本申请中构成说明书的一部分，附图举例说明本发明的实施方案，并且与说明书一起来解释本发明的原理。
图1是传统染料敏化太阳能电池的示意图。
图2是根据本发明实施方案的染料敏化太阳能电池的截面示意图。
图3表示根据本发明例1和对比例1和2的染料敏化太阳能电池的光电流-电压曲线。
图4A和4B分别是根据本发明例1和对比例1形成的多孔膜的表面图像。
现在参考表示本发明典型实施方案的附图对本发明进行更加完整的说明。
图2是根据本发明实施方案的染料敏化太阳能电池的截面示意图。参考图2，染料敏化太阳能电池具有平面的并且基本上相互平行的第一电极10和第二电极20。由纳米粒子(nanoparticles)制备的多孔膜30涂在第一电极10的表面。由于吸收可见光而被激发的、具有电子的感光染料吸收到多孔膜30的纳米粒子(nanoparticles)表面。
第一电极10和第二电极20由支撑件60结合，并且在第一电极10和第二电极20之间的空间内设置电解质40来氧化和还原电子。尽管在图2中，电解质40设置在多孔膜30和第二电极20之间，但这仅仅是为了说明制造方法，而本发明并不局限于此。电解质40可以设置在第一电极10和第二电极20之间的任何空间位置内。
第一电极10通过在基片11上敷或涂导电薄膜12而形成，该基片11例如为包括PET、PEN、PC、PP、PI、TAC的透膜塑料基片或玻璃基片，该导电薄膜12具有InSn氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、S氧化物、F氧化物及其混合物中的至少一种。
具有至少两层的缓冲层50形成在第一电极10的表面。缓冲层50包括第一层51和第二层52，第一层51由具有传导带能级比多孔膜30的传导带能级低的材料形成，第二层52具有的传导带能级比第一层51的传导带能级高。第一层51和第二层52具有颗粒大小小于多孔膜30的纳米粒子的颗粒大小，从而具有更致密的结构并且具有比多孔膜30的结构低的多孔性。
第一层51降低了在第一电极10和电解质40之间交界面上的空穴-电子的再结合，以提高电子收集。
然而，由于缓冲层50和多孔膜30都具有不同的热膨胀系数，缓冲层50和多孔膜30之间的交界面可以受到制造过程中热应力产生的不利影响。
为了减轻缓冲层50的热应力，第二层52设置在第二层51和多孔膜30之间。类似于第一层51，第二层52形成得比多孔膜30更加致密，并且起到缓冲层50的作用。第二层52具有的传导带能级比第一层51的传导带能级高，并且该第二层52由与多孔膜30相同的材料形成从而减轻制造过程中由温度变化而产生的第一层51和多孔膜30之间交界面的热应力。结果，提高了与第一电极10和多孔膜30相关的粘合力，而且电解质40和第一电极10之间没有接触，这通过避免电解质40和第一电极10的接触而提高了太阳能电池的效率。
缓冲层50的第一层51可以由W氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、SrTi氧化物、FeTi氧化物、MnTi氧化物、BaTi氧化物及其混合物中的至少一种制成。
第二层52可以由下列化合物中的至少一种制成：Ti氧化物、W氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、SrTi氧化物、FeTi氧化物、MnTi氧化物、BaTi氧化物及其混合物。
缓冲层50的第一层51和第二层52可以由能够紧密形成各层的多种技术中的任何一种技术形成，例如溅射、化学汽相沉积(CVD)、蒸发、热氧化或电化学阳极氧化(沉积)。例如，可以在室温到400℃之间的温度下通过溅射形成为厚度在1到400nm之间的第一层51和第二层52。
沉积在缓冲层50表面上的多孔膜30由过渡金属氧化物纳米粒子制成。多孔膜30可以包括Ti氧化物、Zr氧化物、Sr氧化物、Zn氧化物、In氧化物、Yr氧化物、La氧化物、V氧化物、Mo氧化物、W氧化物、Sn氧化物、Nb氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Y氧化物、Sc氧化物、Sm氧化物、Ga氧化物和SrTi氧化物，它们中的一种或它们的组合。
包括上述过渡金属氧化物的浆糊涂在或敷在缓冲层50的表面并且热处理以形成多孔膜30。浆糊需要的物理特性随着涂敷方法而不同。例如，浆糊通常利用刮粉刀或丝网印刷法涂敷在缓冲层50的表面。例如，旋涂法或喷雾法通常用于形成缓冲层50表面的透明层。通常包括挤压涂敷的湿涂法，也可以用于将浆糊涂敷在缓冲层表面。
当施加粘合剂时热处理在450和600℃进行大约30分钟，当未施加粘合剂时热处理可以在200℃进行。
为了保持多孔膜30的多孔性，可以将聚合物添加到多孔膜30中，并且将具有聚合物的多孔膜30在大约400到600℃的温度下热处理，从而得到具有高孔隙率的涂层。在热处理之后，聚合物不应当在多孔膜30上剩余有机材料。
添加到多孔膜30的聚合物可以包括聚乙二醇(PGE)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯基乙醇(PVA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等。在这些聚合物中，考虑到涂敷条件，例如涂敷方法，选择具有适当的分子量的聚合物。在多孔膜30中添加这种聚合物提高了多孔膜30的多孔性、分散性、由提高的粘性导致的薄膜成型能力、粘合力等。
多孔膜30包括均匀分布在其上的纳米粒子。多孔膜30应该有具有足够粗糙的表面同时保持多孔性。例如，纳米粒子的平均颗粒直径为100nm或更小，优选为10到40nm，并且表面粗糙度为20nm或更大。
在根据多孔膜30的典型材料TiO2颗粒的直径研究光电转换效率时，颗粒直径小于10nm的TiO2在形成薄膜的热处理过程中具有差的能使其剥离的附着力，然而，颗粒直径大于40nm的TiO2产生表面积小的薄膜，这会降低其上吸收的染料量，导致光电转换效率低。因此，根据本发明的实施方案，既考虑到多孔膜30的加工又考虑到多孔膜30的效率，利用颗微粒直径为大约10到40nm的TiO2形成多孔膜30。
根据本发明的另一实施方案，多孔膜30包括可以促进电子迁移的导体微粒，例如ITO，和/或用于通过扩展光路来提高光电转换效率的光散射粒子。例如，光散射粒子可以由与多孔膜30的材料相同的材料制成，并具有150nm或更大的平均颗粒直径。
吸收在多孔膜30的纳米粒子表面的染料由能够吸收可见光的材料制成，该材料包括钌(Ru)复合材料。Ru属于铂族并且可以形成多种有机金属复合物。
Ru(etc bpy)2(NCS)22CH3CN型染料通常应用在太阳能电池中。例如，(COOEt)2或(COOH)2，他们都是能够结合到多孔膜30上的反应基团，例如，TiO2表面可以用于染料表面。具有上述基团的染料可有效吸收长波长的可见光以提高光电转化效率，并且现在正在研发出可以容易地释放电子的染料。关于改进上述染料的反应基团来避免电子-空穴再结合的进一步研究现在正在进行。
此外，各种颜色的有机颜料由于其相对低的成本和丰富含量在提高光电转换效率上认为具有高的可用性。例如，有机染料如暗藏青(cuemarine)、属于卟啉的脱镁叶绿酸等，可以单独或与Ru复合材料混合使用来提高染料吸收长波长可见光的能力，这样可以提高光电转换效率。
通过将多孔膜30浸泡在乙醇的染料溶液中大约12小时使染料吸收到多孔膜30中。
第二电极20包括基片21，如透明塑料基片或玻璃基片，透明塑料基片包括例如PET、PEN、PC、PP、PI或TAC；涂覆在基片21上的导电膜22，该导电膜包括InSn氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、S氧化物、F氧化物及其混合物中的至少一种；涂覆在第一导电膜22上的第二导电膜23，该第二导电膜包括Pt或另外的贵金属。优选具有良好反射性能的材料，例如Pt。
第一电极10和第二电极20通过支撑件60连接，例如吸附膜或热塑性聚合物膜如SURLYN(从DupontTM购买)，其密封第一电极10和第二电极20之间的空间。随后形成通过第一电极10和第二电极20的微孔(未示出)，并且将电解质溶液通过微孔注入第一电极10和第二电极20之间的空间。随后，由粘合剂密封或封闭微孔。
除支撑件60之外，可以用粘合剂，例如环氧树脂或UV硬化剂，来连接并密封第一电极10和第二电极20。粘合剂在热处理或UV处理后可以固化。
尽管在图2中电解质40示为一层，但是电解质40均匀分布在位于第一电极10和第二电极20之间的多孔膜30中。
在非限制性的例子中，电解质40是碘化物/三氟一碘化物(triodide)对，该碘化物/三氟一碘化物对通过氧化作用和还原作用接收来自对电极的电子并将电子传送到染料。开路电压Voc由多孔膜的费米(fermi)能级和电解质的氧化作用-还原作用能级之间的差别决定。
下面更详细地说明一种根据本发明的至少上述实施方案制备染料敏化太阳能电池的方法。
制备或形成由透光材料制成的第一电极10和第二电极20。第一层51形成在第一电极10的表面上，并且第二层52形成在其上以形成缓冲层50。随后，多孔膜30形成在缓冲层50上。形成缓冲层50和多孔膜30的方法可以与前述的相同，因此这些方法在此不再说明。
随后，染料被吸收到多孔膜30中。第二电极20设置在多孔膜30上并且与第一电极10平行，例如，面对着第一电极10。通过将电解质40填充在多孔膜30和第二电极20之间的空间来密封多孔膜30和第二电极20之间的空间，完成染料敏化太阳能电池的制备。
具体实施方式
现在，参考下述例子将对本发明作更详细的说明。下述例子仅以说明为目的，并不限定发明范围。
实施例1
根据本发明的实施方案，W氧化物的第一层51的厚度为10nm，其利用RF磁电管溅射装置沉积在第一电极10的ITO制成的导电膜12上。沉积条件是W氧化物为溅射靶，100W，Ar气氛，操作压力为10mTorr和室温。
Ti氧化物的第二层52随后沉积在第一层51上，厚度为15nm。第二层52的沉积条件是Ti氧化物为溅射靶，300W，Ar气氛，操作压力为10mTorr和室温。
颗粒直径大约5到15nm的Ti氧化物粒子的分散体用刮粉刀涂敷在第二层52的1cm2面上，并且在450℃下烧结30分钟以形成厚度10μm的多孔膜30。
随后，生成物放置在80℃，并且浸入0.3mM的Ru(4，4’-二羟基2，2’-联吡啶)2(NCS)2(Ru(4，4’-dicarboxy-2，2’-bipyridine)2(NCS)2)染料的乙醇溶液中至少12小时。随后用乙醇洗涤吸收在多孔膜30中的染料并在室温干燥。
由Pt制成的第二导电膜23通过溅射技术沉积在由ITO组成的第一导电膜22上来形成第二电极20。然后在第二电极20中用直径为0.75mm的钻孔器形成用于注入电解质40的微孔。
由热塑性聚合物薄膜构成的厚度为60μm的支撑件60设置在具有多孔膜30形成在其上的第一电极10和第二电极20之间，并且在100℃下挤压大约9秒，来接合或连接两电极。
具有氧化-还原作用的电解质40随后通过形成在第二电极20中的微孔注入两电极之间提供的空间中。微孔随后由玻璃盖和热塑性聚合物薄膜封闭，来完成染料敏化太阳能电池的制备。
使用的具有氧化-还原作用的电解质40是21.928g的四丙基碘化铵(tetrapropylammonium iodide)和1.931g的I2以4∶1混合的碳酸乙烯酯和乙腈溶液(acetonitrile)。
以这种方法制造的太阳能电池的效率、开路电压Voc、短路电流Isc和填充因数FF通过使用100mW/cm2强度的光源和Si标准电池测量的光电流-电压曲线来进行评估。图3表示实施例1中制造的太阳能电池的光电流-电压曲线I，由该曲线可确定，效率为4.46％，Voc为0.74V，Isc为11mA/cm2以及FF为0.55。
对比例1
一种太阳能电池，由与实施例1相同的的方法制造，除了使用Ti氧化物粒子的分散物在第一层51上形成的多孔膜30。
图3表示太阳能电池的光电流-电压曲线II，由该曲线可确定，效率为3.39％，Voc为0.72V，Isc为11mA/cm2以及FF为0.43。
对比例2
与实施例1相同的方法制造太阳能电池，除了使用Ti氧化物粒子的分散物在第一电极10的导电膜12上形成的多孔膜30。
图3示出太阳能电池的光电流-电压曲线III，由该曲线可确定，效率为3.27％，Voc为0.71V，Isc为10.6mA/cm2以及FF为0.44。
可以从结果看出，可以通过利用多层缓冲层来制造高效率的染料敏化太阳能电池。
图4A和4B示出实施例1和对比例1的多孔膜表面。这种示出用来确定缓冲层50和多孔膜30之间的交界面是否损坏。
参考图4A，实施例1的多孔膜30均匀形成而没有使缓冲层50和多孔膜30之间的交界面损坏。然而，参考图4B，对比例1的缓冲层50和多孔膜30之间的交界面在450℃的烧结过程中由于它们之间不同的热膨胀系数(Ti氧化物：3.76×10-6/℃，W氧化物8.19×10-6/℃)的差别而损坏，如图4B的中间右侧部分由浅灰阴影表示的区域。
如上述本发明的实施方案所描述的，当避免第一电极接触电解质时，降低了空穴-电子在第一电极和电解质之间交界面上的再结合，因此得到提高的电子收集性能。
此外，如上所述，缓冲层和多孔膜之间的交界面上的热压力减小，这避免了它们之间的接触表面恶化。
此外，如上所述，第一电极和多孔膜之间的粘合力增加。
此外，如上所述，避免了电解质和第一电极之间的接触，这提高了电子收集效率。
因此，根据本发明，可以以低成本制造高效率的染料敏化太阳能电池。
显而易见的，本领域技术人员对本发明做出的各种修改和变形，不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明覆盖在附加的权利要求及其等价的范围之内的对本发明做出的修改和变形。

Claims (32)

1、一种太阳能电池，包括：
基本上相互平行的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和第二电极之间，并且其上吸收有染料的多孔膜；
设置在第一电极和第二电极之间的电解质；和
插入在第一电极和多孔膜之间并具有至少两层的缓冲层。
2、权利要求1的太阳能电池，其中多孔膜包括过渡金属氧化物的纳米粒子。
3、权利要求1的太阳能电池，其中多孔膜包括Ti氧化物、Zr氧化物、Sr氧化物、Zn氧化物、In氧化物、Yr氧化物、La氧化物、V氧化物、Mo氧化物、W氧化物、Sn氧化物、Nb氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Y氧化物、Sc氧化物、Sm氧化物、Ga氧化物和SrTi氧化物中的一个或其组合。
4、权利要求2的太阳能电池，其中过渡金属氧化物的纳米粒子平均颗粒直径为100nm或更小。
5、权利要求4的太阳能电池，其中过渡金属氧化物的纳米粒子平均颗粒直径为大约10到40nm。
6、权利要求1的太阳能电池，其中该多孔膜还包括导电粒子和/或光散射粒子。
7、权利要求1的太阳能电池，其中该缓冲层包括：
具有传导带能级比多孔膜的传导带能级低的第一层；和
设置在第一层和多孔膜之间，具有传导带能级比第一层的传导带能级高的第二层。
8、权利要求7的太阳能电池，其中该第一层的结构比多孔膜的结构致密。
9、权利要求7的太阳能电池，其中该第二层的结构比多孔膜的结构致密。
10、权利要求7的太阳能电池，其中该第一层包括W氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、SrTi氧化物、FeTi氧化物、MnTi氧化物、BaTi氧化物及其混合物中的至少一种。
11、权利要求10的太阳能电池，其中第二层包括Ti氧化物、W氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、SrTi氧化物、FeTi氧化物、MnTi氧化物、BaTi氧化物及其混合物中的至少一种。
12、权利要求1的太阳能电池，其中该第一电极包括InSn氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、S氧化物、F氧化物及其混合物中的至少一种。
13、权利要求1的太阳能电池，其中该第二电极包括InSn氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、S氧化物、F氧化物及其混合物中的至少一种。
14、权利要求13的太阳能电池，其中该第二电极包括Pt或贵金属。
15、权利要求2的太阳能电池，其中该染料吸收在过渡金属氧化物纳米粒子的表面。
16、权利要求1的太阳能电池，其中该染料包括含有Ru复合材料的可吸收可见光的材料。
17、一种制造太阳能电池的方法，该方法包括：
制备第一电极和第二电极；
在第一电极的表面形成具有至少两层的缓冲层；
在缓冲层上形成多孔膜；
在多孔膜上吸收染料；
在多孔膜上设置第二电极；
在多孔膜和第二膜之间的空隙内填充电极；和
密封第一电极和第二电极。
18、权利要求17的方法，其中形成缓冲层包括：
在第一电极表面上形成具有传导带能级比多孔膜的传导带能级低的第一层；和
在第一层表面上形成具有传导带能级比第一层的传导带能级高的第二层。
19、权利要求18的方法，其中第一层的结构比多孔膜的结构致密。
20、权利要求18的方法，其中第二层的结构比多孔膜的结构致密。
21、权利要求18的方法，其中该第一层包括W氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、SrTi氧化物、FeTi氧化物、MnTi氧化物、BaTi氧化物及其混合物中的至少一种。
22、权利要求21的方法，其中该第二层包括Ti氧化物、W氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、SrTi氧化物、FeTi氧化物、MnTi氧化物、BaTi氧化物及其混合物中的至少一种。
23、权利要求17的方法，其中该缓冲层通过溅射、化学汽相沉积、蒸发、热氧化或电化学阳极氧化而形成。
24、权利要求17的方法，其中在大致室温到400℃之间的温度下通过溅射沉积厚度大约1到400nm的该缓冲层。
25、权利要求17的方法，其中使用过渡金属氧化物纳米粒子形成多孔膜。
26、权利要求17的方法，其中多孔膜通过散布在缓冲层上形成多孔膜的粒子并干燥具有散布的粒子的多孔膜来形成该多孔膜。
27、权利要求17的方法，其中多孔膜包括Ti氧化物、Zr氧化物、Sr氧化物、Zn氧化物、In氧化物、Yr氧化物、La氧化物、V氧化物、Mo氧化物、W氧化物、Sn氧化物、Nb氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Y氧化物、Sc氧化物、Sm氧化物、Ga氧化物和SrTi氧化物中的一个或其组合。
28、权利要求26的方法，其中该多孔膜的形成还包括在散布在缓冲层的粒子上添加任意一种导电微粒，在散布在缓冲层的粒子上添加平均颗粒直径150nm或更大的光散射颗粒，或在散布在缓冲层的粒子上添加导电微粒和光散射颗粒。
29、权利要求25的方法，其中染料吸收在过渡金属氧化物纳米粒子的表面内。
30、权利要求17的方法，其中该染料的吸收包括在染料中添加包括Ru复合材料的能吸收可见光的材料。
31、权利要求17的方法，其中通过在透明塑料基片上涂敷导电膜制备第一电极，其中该导电膜包括InSn氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、S氧化物、F氧化物及其混合物中的至少一种，并且其中该透明塑料基片包括PET、PEN、PC、PP、PI或TAC，或玻璃基片。
32、权利要求17的太阳能电池，其中通过在透明塑料基片上涂敷第一导电膜并且在该第一导电膜上涂敷第二导电膜来制备第二电极，其中涂敷的第一导电膜包括选自InSn氧化物、In氧化物、Sn氧化物、Zn氧化物、S氧化物、F氧化物及其混合物组成的组中的至少一种，其中该透明塑料基片包括PET、PEN、PC、PP、PI或TAC，或玻璃基片，并且其中该第二导电膜包括Pt或贵金属。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101620939B (zh) * 2008-07-02 2011-09-28 比亚迪股份有限公司 一种半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池
CN101728092B (zh) * 2008-10-10 2012-07-04 比亚迪股份有限公司 一种半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池
CN101572189B (zh) * 2008-04-28 2012-09-05 比亚迪股份有限公司 染料敏化太阳能电池用半导体电极及其制备方法和电池

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100108118A1 (en) * 2008-06-02 2010-05-06 Daniel Luch Photovoltaic power farm structure and installation
US8664030B2 (en) 1999-03-30 2014-03-04 Daniel Luch Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
KR100759810B1 (ko) * 2005-12-08 2007-09-20 한국전자통신연구원 나노입자를 포함하는 전자소자용 광산란 박막 및 이를포함하는 박막 트랜지스터용 접합 구조와 이들의 제조 방법
US9865758B2 (en) 2006-04-13 2018-01-09 Daniel Luch Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
US9236512B2 (en) 2006-04-13 2016-01-12 Daniel Luch Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
US9006563B2 (en) 2006-04-13 2015-04-14 Solannex, Inc. Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
US8884155B2 (en) 2006-04-13 2014-11-11 Daniel Luch Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
US8822810B2 (en) 2006-04-13 2014-09-02 Daniel Luch Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
US8729385B2 (en) 2006-04-13 2014-05-20 Daniel Luch Collector grid and interconnect structures for photovoltaic arrays and modules
WO2008012079A1 (de) * 2006-07-26 2008-01-31 Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg Organische solarzelle
US20080099064A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-01 Richard Allen Hayes Solar cells which include the use of high modulus encapsulant sheets
US9172296B2 (en) * 2007-05-23 2015-10-27 Advanced Energy Industries, Inc. Common mode filter system and method for a solar power inverter
KR100911381B1 (ko) * 2007-07-31 2009-08-10 한국전자통신연구원 다공성 박막의 제조 방법, 이를 이용하는 염료감응태양전지 및 그 제조 방법
US8294296B2 (en) * 2007-08-03 2012-10-23 Advanced Energy Industries, Inc. System, method, and apparatus for remotely coupling photovoltaic arrays
US8203069B2 (en) * 2007-08-03 2012-06-19 Advanced Energy Industries, Inc System, method, and apparatus for coupling photovoltaic arrays
US20090078304A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Jack Arthur Gilmore Photovoltaic charge abatement device, system, and method
US20090217964A1 (en) * 2007-09-26 2009-09-03 Advanced Energy Industries, Inc. Device, system, and method for improving the efficiency of solar panels
KR100928941B1 (ko) * 2007-11-07 2009-11-30 한국과학기술연구원 염료감응 태양전지와 이의 제조방법
JP5288368B2 (ja) * 2007-11-30 2013-09-11 独立行政法人物質・材料研究機構 太陽電池
US7964837B2 (en) * 2007-12-31 2011-06-21 Advanced Energy Industries, Inc. Photovoltaic inverter interface device, system, and method
US20090283145A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-19 Kim Yun-Gi Semiconductor Solar Cells Having Front Surface Electrodes
US7619200B1 (en) * 2008-08-10 2009-11-17 Advanced Energy Industries, Inc. Device system and method for coupling multiple photovoltaic arrays
KR100997843B1 (ko) 2008-08-29 2010-12-01 주식회사 솔켐 전기방사법에 의해 제조된 고분자 전해질을 포함한 염료감응형 태양전지 소자 및 이의 제조방법
US8851012B2 (en) 2008-09-17 2014-10-07 Veeco Ald Inc. Vapor deposition reactor using plasma and method for forming thin film using the same
US8770142B2 (en) 2008-09-17 2014-07-08 Veeco Ald Inc. Electrode for generating plasma and plasma generator
US8362644B2 (en) * 2008-12-02 2013-01-29 Advanced Energy Industries, Inc. Device, system, and method for managing an application of power from photovoltaic arrays
US20100163102A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Taiwan Textile Research Institute Solar cell and the method of manufacturing thereof
US8871628B2 (en) 2009-01-21 2014-10-28 Veeco Ald Inc. Electrode structure, device comprising the same and method for forming electrode structure
WO2010095901A2 (en) 2009-02-23 2010-08-26 Synos Technology, Inc. Method for forming thin film using radicals generated by plasma
KR100928009B1 (ko) * 2009-05-29 2009-11-24 주식회사 티지에너지 염료감응 태양전지의 중간체 및 그로부터 염료감응 태양전지를 제조하는 방법
US8758512B2 (en) 2009-06-08 2014-06-24 Veeco Ald Inc. Vapor deposition reactor and method for forming thin film
KR101220452B1 (ko) * 2009-06-17 2013-01-18 한국전자통신연구원 내구성이 향상된 염료감응형 태양전지
KR101107069B1 (ko) * 2009-07-10 2012-01-20 삼성에스디아이 주식회사 염료 감응 태양 전지용 염료 및 이를 이용하여 제조된 염료 감응 태양 전지
KR101333783B1 (ko) * 2009-11-10 2013-11-29 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법
KR101097252B1 (ko) * 2009-11-17 2011-12-21 삼성에스디아이 주식회사 광전변환소자
KR101386578B1 (ko) * 2009-12-24 2014-04-21 엘지디스플레이 주식회사 염료감응 태양전지
KR101127609B1 (ko) * 2010-03-23 2012-03-22 삼성에스디아이 주식회사 실링재, 이를 구비한 염료 감응형 태양전지, 및 염료 감응형 태양전지 제조 방법
WO2012023957A1 (en) * 2010-08-19 2012-02-23 Lehigh University Microlens array for solar cells
US8771791B2 (en) 2010-10-18 2014-07-08 Veeco Ald Inc. Deposition of layer using depositing apparatus with reciprocating susceptor
KR101066511B1 (ko) * 2010-11-08 2011-09-21 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101140731B1 (ko) * 2010-11-22 2012-05-03 한국철강 주식회사 3차원 광결정 구조를 포함한 투광형 광기전력 모듈, 이의 제조방법, 및 이를 포함한 복층유리
US8877300B2 (en) 2011-02-16 2014-11-04 Veeco Ald Inc. Atomic layer deposition using radicals of gas mixture
US9163310B2 (en) 2011-02-18 2015-10-20 Veeco Ald Inc. Enhanced deposition of layer on substrate using radicals
US20120216854A1 (en) * 2011-02-25 2012-08-30 Chidsey Christopher E D Surface-Passivated Regenerative Photovoltaic and Hybrid Regenerative Photovoltaic/Photosynthetic Electrochemical Cell
KR101380552B1 (ko) * 2011-11-15 2014-04-03 현대하이스코 주식회사 기능성 코팅층을 구비한 기판을 이용한 염료감응 태양전지
KR20150057242A (ko) * 2013-11-19 2015-05-28 주식회사 동진쎄미켐 염료감응 태양전지
JP6572015B2 (ja) * 2015-06-25 2019-09-04 株式会社日本マイクロニクス 二次電池の製造方法
JP2018107177A (ja) * 2016-12-22 2018-07-05 太陽誘電株式会社 光電変換素子及びそれを有する電子部品

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5221854A (en) * 1991-11-18 1993-06-22 United Solar Systems Corporation Protective layer for the back reflector of a photovoltaic device
JP3792281B2 (ja) * 1995-01-09 2006-07-05 株式会社半導体エネルギー研究所 太陽電池
JP2967724B2 (ja) * 1995-07-25 1999-10-25 富士ゼロックス株式会社 電子写真感光体及び電子写真装置
WO1997021252A1 (fr) * 1995-12-07 1997-06-12 Japan Energy Corporation Procede de fabrication d'un dispositif photoelectrique de conversion
US6169246B1 (en) * 1998-09-08 2001-01-02 Midwest Research Institute Photovoltaic devices comprising zinc stannate buffer layer and method for making
US6132881A (en) * 1997-09-16 2000-10-17 Guardian Industries Corp. High light transmission, low-E sputter coated layer systems and insulated glass units made therefrom
US6154311A (en) * 1998-04-20 2000-11-28 Simtek Hardcoatings, Inc. UV reflective photocatalytic dielectric combiner having indices of refraction greater than 2.0
JP2001156321A (ja) * 1999-03-09 2001-06-08 Fuji Xerox Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
EP1054454A3 (en) * 1999-05-18 2004-04-21 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Glass sheet with conductive film, method of manufacturing the same, and photoelectric conversion device using the same
EP1075005B1 (en) * 1999-08-04 2006-04-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Electrolyte composition, and photo-electro-chemical cell
DE60123714T2 (de) * 2000-08-15 2007-10-04 FUJI PHOTO FILM CO., LTD., Minamiashigara Photoelektrische Zelle und Herstellungsmethode
JP4278080B2 (ja) * 2000-09-27 2009-06-10 富士フイルム株式会社 高感度受光素子及びイメージセンサー
JP4100863B2 (ja) 2000-10-23 2008-06-11 触媒化成工業株式会社 光電気セル
JP4461656B2 (ja) * 2000-12-07 2010-05-12 セイコーエプソン株式会社 光電変換素子
US6657271B2 (en) * 2001-05-01 2003-12-02 Nidek Company, Limited Transparent substrate with multilayer antireflection film having electrical conductivity
JP2003060217A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Nippon Sheet Glass Co Ltd 導電膜付きガラス板
DE60132450T2 (de) 2001-09-04 2008-04-17 Sony Deutschland Gmbh Solarzelle und Herstellungsmethode
JP2003123859A (ja) 2001-10-19 2003-04-25 Bridgestone Corp 有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池
EP1462541B1 (en) * 2001-12-03 2015-03-04 Nippon Sheet Glass Company, Limited Method for forming thin film.
JP4251552B2 (ja) * 2001-12-28 2009-04-08 日本板硝子株式会社 ガラス板、光電変換装置用ガラス板およびガラス板の製造方法
KR100433630B1 (ko) 2002-03-11 2004-05-31 한국전자통신연구원 나노 입자 산화물의 반도체 전극을 가지는 염료감응태양전지 및 그 제조방법
JP4187984B2 (ja) 2002-03-12 2008-11-26 独立行政法人科学技術振興機構 完全固体型色素増感太陽電池
JP4177172B2 (ja) 2002-05-29 2008-11-05 株式会社豊田中央研究所 色素増感型太陽電池
US20070026171A1 (en) * 2002-09-03 2007-02-01 Extrand Charles W High temperature, high strength, colorable materials for use with electronics processing applications
CN1195328C (zh) 2002-12-26 2005-03-30 中国科学院等离子体物理研究所 染料敏化纳米薄膜太阳电池电极的制备方法
JP4438381B2 (ja) 2003-11-05 2010-03-24 株式会社ブリヂストン 結晶性ｉｔｏ膜、ｉｔｏ膜の結晶化方法、透明導電性フィルム、タッチパネル及び色素増感型太陽電池
US7608294B2 (en) * 2003-11-18 2009-10-27 Nippon Sheet Glass Company, Limited Transparent substrate with transparent conductive film, method of manufacturing the same, and photoelectric conversion element including the substrate

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101572189B (zh) * 2008-04-28 2012-09-05 比亚迪股份有限公司 染料敏化太阳能电池用半导体电极及其制备方法和电池
CN101620939B (zh) * 2008-07-02 2011-09-28 比亚迪股份有限公司 一种半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池
CN101728092B (zh) * 2008-10-10 2012-07-04 比亚迪股份有限公司 一种半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池

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JP2005347245A (ja) 2005-12-15
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KR101042959B1 (ko) 2011-06-20
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US20050279402A1 (en) 2005-12-22

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