CN1719618A - 钝化的、染料敏化的氧化半导体电极、使用该电极的太阳能电池以及方法 - Google Patents
钝化的、染料敏化的氧化半导体电极、使用该电极的太阳能电池以及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1719618A CN1719618A CN200510082507.7A CN200510082507A CN1719618A CN 1719618 A CN1719618 A CN 1719618A CN 200510082507 A CN200510082507 A CN 200510082507A CN 1719618 A CN1719618 A CN 1719618A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- oxide semiconductor
- alkyl
- sup
- formula
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 34
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 28
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 18
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims description 58
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 58
- 238000002444 silanisation Methods 0.000 claims description 38
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 34
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 claims description 13
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 claims description 13
- NMEPHPOFYLLFTK-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(octyl)silane Chemical compound CCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC NMEPHPOFYLLFTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 10
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 8
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 7
- SCPWMSBAGXEGPW-UHFFFAOYSA-N dodecyl(trimethoxy)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC SCPWMSBAGXEGPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RSKGMYDENCAJEN-UHFFFAOYSA-N hexadecyl(trimethoxy)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC RSKGMYDENCAJEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 claims description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 3
- CZWLNMOIEMTDJY-UHFFFAOYSA-N hexyl(trimethoxy)silane Chemical group CCCCCC[Si](OC)(OC)OC CZWLNMOIEMTDJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M iodide Chemical compound [I-] XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229940006461 iodide ion Drugs 0.000 claims description 3
- SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N octadecyltrimethoxysilane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MSRJTTSHWYDFIU-UHFFFAOYSA-N octyltriethoxysilane Chemical class CCCCCCCC[Si](OCC)(OCC)OCC MSRJTTSHWYDFIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UWSYCPWEBZRZNJ-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(2,4,4-trimethylpentyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CC(C)CC(C)(C)C UWSYCPWEBZRZNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical compound CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- KQAHMVLQCSALSX-UHFFFAOYSA-N decyl(trimethoxy)silane Chemical compound CCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC KQAHMVLQCSALSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- AXNJHBYHBDPTQF-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(tetradecyl)silane Chemical class CCCCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC AXNJHBYHBDPTQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims 2
- LNXYOPZWRXTQOW-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(6-methylheptyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCCCC(C)C LNXYOPZWRXTQOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 33
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 12
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N trifluoromethane acid Natural products FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 9
- WIEPCLKFQFHUPU-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-propyl-2h-imidazole;hydroiodide Chemical compound I.CCCN1CN(C)C=C1 WIEPCLKFQFHUPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 8
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 8
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000004123 n-propyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 6
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 6
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- SKIIKRJAQOSWFT-UHFFFAOYSA-N 2-[3-[1-(2,2-difluoroethyl)piperidin-4-yl]oxy-4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]pyrazol-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound FC(CN1CCC(CC1)OC1=NN(C=C1C=1C=NC(=NC=1)NC1CC2=CC=CC=C2C1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2)F SKIIKRJAQOSWFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 125000001810 isothiocyanato group Chemical group *N=C=S 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 4
- YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N ruthenium(2+) Chemical compound [Ru+2] YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002168 alkylating agent Substances 0.000 description 3
- 229940100198 alkylating agent Drugs 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical compound Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SBMYBOVJMOVVQW-UHFFFAOYSA-N 2-[3-[[4-(2,2-difluoroethyl)piperazin-1-yl]methyl]-4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]pyrazol-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound FC(CN1CCN(CC1)CC1=NN(C=C1C=1C=NC(=NC=1)NC1CC2=CC=CC=C2C1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2)F SBMYBOVJMOVVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910001505 inorganic iodide Inorganic materials 0.000 description 2
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- PZRHRDRVRGEVNW-UHFFFAOYSA-N milrinone Chemical compound N1C(=O)C(C#N)=CC(C=2C=CN=CC=2)=C1C PZRHRDRVRGEVNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960003574 milrinone Drugs 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N monobenzene Natural products C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000094 2-phenylethyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 101100008050 Caenorhabditis elegans cut-6 gene Proteins 0.000 description 1
- PQMOXTJVIYEOQL-UHFFFAOYSA-N Cumarin Natural products CC(C)=CCC1=C(O)C(C(=O)C(C)CC)=C(O)C2=C1OC(=O)C=C2CCC PQMOXTJVIYEOQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FSOGIJPGPZWNGO-UHFFFAOYSA-N Meomammein Natural products CCC(C)C(=O)C1=C(O)C(CC=C(C)C)=C(O)C2=C1OC(=O)C=C2CCC FSOGIJPGPZWNGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000012327 Ruthenium complex Substances 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005073 adamantyl group Chemical group C12(CC3CC(CC(C1)C3)C2)* 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940107816 ammonium iodide Drugs 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 238000006701 autoxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- ZDZHCHYQNPQSGG-UHFFFAOYSA-N binaphthyl group Chemical group C1(=CC=CC2=CC=CC=C12)C1=CC=CC2=CC=CC=C12 ZDZHCHYQNPQSGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N coumarin Chemical compound C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 125000001995 cyclobutyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- ARUKYTASOALXFG-UHFFFAOYSA-N cycloheptylcycloheptane Chemical group C1CCCCCC1C1CCCCCC1 ARUKYTASOALXFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 125000002704 decyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- TZMFJUDUGYTVRY-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl diketone Natural products CCC(=O)C(C)=O TZMFJUDUGYTVRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006242 ethylene acrylic acid copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M merocyanine Chemical compound [Na+].O=C1N(CCCC)C(=O)N(CCCC)C(=O)C1=C\C=C\C=C/1N(CCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=CC=C2O\1 DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 125000000740 n-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001971 neopentyl group Chemical group [H]C([*])([H])C(C([H])([H])[H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001400 nonyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 description 1
- 125000000913 palmityl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 125000004344 phenylpropyl group Chemical group 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N pyridine Substances C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009666 routine test Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 125000004079 stearyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000005207 tetraalkylammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- ANRHNWWPFJCPAZ-UHFFFAOYSA-M thionine Chemical compound [Cl-].C1=CC(N)=CC2=[S+]C3=CC(N)=CC=C3N=C21 ANRHNWWPFJCPAZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003944 tolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002948 undecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
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
- 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
- H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
-
- 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
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
- H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
披露一种染料敏化的氧化物半导体电极，其包括导电底层、在所述的导电底层表面上配备的氧化物半导体薄膜、以及吸附于所述薄膜上的敏化染料，其中氧化物半导体薄膜用至少一种包含部分结构R1－Si－R2，其中R1和R2各自独立为烷基、或者R1为烷基且R2为氢或芳基的硅烷化剂，进一步处理过。也披露包含所述电极的太阳能电池和一种提高太阳能电池效率的方法。与没有钝化电极的类似电池相比较，本发明的太阳能电池显示出提高的效率和其他的优越性能。
Description
发明背景
本发明涉及具有钝化表面的染料敏化的氧化物半导体电极。本发明还涉及包含这样的电极的高效太阳能电池。在一具体的实施方案中，本发明涉及包含具有硅烷化表面的染料敏化的电极的高效太阳能电池。
有一类大家都知道的太阳能电池，其包含像氧化钛或氧化锌的氧化半导体的电极。大家也知道，将能够吸收可见光或近红外区域光的敏化染料吸附于这样的电极上，以提高它的光能吸收效率。通常，这样的染料敏化太阳能电池(DSSC)包含在带有吸附于氧化半导体上的染料单层的透明导电氧化膜上一高表面积氧化半导体层的电极。光吸收激发了染料的激发态，将电子注入氧化半导体电极中，留下氧化后的染料阳离子。通过从像碘离子的还原核素的电子转移，该氧化后的染料被减少，导致了从适当的导电电极上获得电子的三碘化物(或其他氧化性物质)的形成，从而封闭电路并从光生成电能。
为了生产出低成本的电力，太阳能电池就必须高效率运行。对效率的一个主要限制因素是自氧化半导体和下面的导电氧化层到电解液中碘和三碘化物(或其他氧化性物质)的电子的缺失；这被叫作电荷再结合。对该再结合的有利因素之一是电子通过氧化半导体传播到下面的导电氧化层的时间长度。这样的传播典型地需要大约10毫秒，有充分的时间来发生在结合的事件。
对电池效率另一个重要的限制作用是在导电电极和表面的吸附染料层之间离子传送(例如，三碘化物)的速率。当电解液混合物中使用高沸点或粘性的溶剂时，在充分的太阳照射下，该问题可能尤其严重。通常这样的溶剂用来保证电池的寿命，尤其是把电池装配在聚合物底层上时候，由于这样的底层易于使低沸点非粘性溶剂随着时间而散发出。一个避免固离子传播所出现限制作用的措施是利用电荷跳跃机理(例如，Grotthus机理)，这在活性核素高浓度时表现最有效。这样，例如，高三碘化物浓度(举例说，0.5M)的电解液传播没有局限。但是，在氧化剂高浓度时，电子再结合的速率增加并且变得有限。这样一来，不断需要减少在DSSC表面氧化半导体处电荷再结合的速率的方法。另外，不断需要提高DSSC效率的方法。
Gregg等在Journal of Physical Chemistry B(2001)，105卷，1422-1429页中报道了一种降低染料敏化的太阳能电池中电荷再结合速率的方法。该方法要求用甲氯硅烷蒸汽将电极表面钝化。甲苯溶液中的氯硅烷和相对于氯硅烷反应性低的硅烷，对钝化不起作用。另外，电极表面的钝化作用实际上导致具有碘电解质的太阳能电池效率的下降。
发明简述
本发明发现一新的具有钝化表面的染料敏化的氧化物半导体电极。由此，在一个实施方案中，本发明是染料敏化的氧化物半导体电极，其包含导电底层、在所述导电底层表面上配备的氧化物半导体薄膜、以及吸附在所述的薄膜上的敏化染料，其中氧化物半导体薄膜进一步用至少一种包含部分结构R1-Si-R2，其中R1和R2各自独立为烷基、或者R1为烷基且R2为氢或芳基的硅烷化剂处理过。本发明也披露了包含所述的电极的太阳能电池以及提高太阳能电池效率的方法。相对于没有钝化过电极的类似电池，该太阳能电池表现出提高的效率和其他好的性能。根据下面的描述和附的权利要求书，本发明各种其他的特征、方面以及优点变得更加显然。
发明详述
在下列的详述和接着的权利要求中，大量的术语被定义为下列含义。除非内容明确指示，否则，单数格形式“一”、“一个”以及“那”包括复数指示。“任选的”或“任选地”是指接着要描述的事情或情况可能出现或不出现，而且说明书包括事情出现的例子和事情不出现的例子。
本发明的太阳能电池包含染料敏化的氧化物半导体电极、反电极以及布于上述电极之间的电解质溶液(有时指氧化还原电解液)。通过将含有氧化物半导体的细粉的分散液或浆液施于导电底层上形成半导体层来制得氧化物半导体电极。通常地，氧化物半导体粉末的直径尽可能地小。一般地，氧化物半导体颗粒的粒径不大于大约5000纳米(nm)并优选不大于50nm。在一实施方案中，应用包含有着至少两种不同粒径的氧化物半导体颗粒的混合或双层体系更有益。在一具体的说明性实施方案中，应用15-20nm的氧化物半导体颗粒以获得高表面积和200-400nm的颗粒以散光。半导体颗粒通常有至少大约5平方米每克(m2/g)的比表面积，优选至少大约10m2/g，并且更优选在大约50-150m2/g范围。可用任意的溶剂来将半导体颗粒分散于其中。可使用水、有机溶剂或其混合物。合适的有机溶剂的说明性例子包括如甲醇和乙醇的醇、如丙酮、甲基乙基酮和乙酰基丙酮的酮，以及如己烷和环己烷的烃。可以向分散体中加入添加剂，如表面活性剂和/或增稠剂(举例说如聚乙二醇的聚醚)。通常，分散体中氧化物半导体颗粒的含量在0.1-70％重量的范围，优选0.1-30％重量。
氧化物半导体电极可以使用任意的常规使用的氧化物半导体颗粒。合适的氧化物半导体典型地为宽带隙材料，包括但不限于带隙至少大约1.7电子伏特(eV)并且通常至少大约3eV的那些。氧化物半导体例子包括金属如Ti、Nb、Zn、Sn、Zr、Y、La、Ta、W、Hf、Sr、In、V、Cr以及Mo的氧化物；以及如SrTiO3和CaTiO3的钙钛矿氧化物。也可以应用氧化物半导体的混合物。本发明的某些实施方案中，使用了涂层过的氧化物半导体电极。合适的涂层材料典型地为金属氧化物，其传导带能高于氧化物半导体的传导带而且高于敏化染料的激发态氧化电势。合适的涂层材料包括氧化铝、硅、氧化锆(ZrO2)或者氧化铌(Nb2O3)。在一具体实施方案中，可使用氧化铝涂布的二氧化钛电极。例如，Palomares等Journal of the Amercian ChemistrySociety(2003)，125卷，475-482页以及Ichinose等Chemistry ofMaterials(1997)，9卷，1296-1298页所述的合适的涂层电极。
在将氧化物半导体颗粒的分散体施在底层表面上后，涂层典型地在空气或惰性气体中干燥和煅烧形成氧化物半导体层。为实现本发明目的，可以合适地使用任何已知的导电底层。由此，例如，底层可以为如玻璃板的耐火板，在它上面层压上包含像In2O3或SnO2的材料的导电层，或者导电金属箔或板、或者导电聚合物。底层的厚度没有具体限制，但通常在大约0.3-5mm范围内。底层可以为不透明、透明或者半透明的。
将敏化染料施于电极表面以吸附染料在其上。在本发明上下文中术语“电极表面”包含氧化物半导体表面以及可以任选地在氧化物半导体上存在的任何涂层。合适的敏化染料包括现有技术中已知的那些。在合适的染料中，激发态氧化电势典型地高于半导体的传导带能。有些例证性的合适的染料包括但不限于包含香豆素、花青、部花青、聚甲炔、苝、斯夸苷、卟啉或酞菁，任选地还包含金属的那些。染料以在液体中的溶液或者胶状悬浮液形式被施用。吸附的染料层优选为单分子层。如果需要的话，可以合并使用两或多种敏化染料，来使染料敏化的电极所吸收的光波长范围加宽。为了吸附多种敏化染料，可使用含所有敏化染料的共同溶液。作为选择，也可使用含各自染料的多个溶液。可使用任何合适的溶剂来溶解敏化染料。合适的溶剂的例证性实例包括甲醇、乙醇、叔丁醇、乙腈、二甲基甲酰胺和二氧杂环己烷。染料溶液的浓度适于根据染料的种类来确定。敏化染料通常以1-10,000毫克(mg)、优选10-500mg每100毫升(ml)溶剂的量溶解于溶剂中。在一些实施方案中，合适的染料的实例包括金属络合物，如钌或锇的络合物。合适染料的有些具体的、非限制性的的实例包括钌络合物，如顺-二(异硫氰酸根合)(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸根合)(4，4’-正壬基-2，2’-联吡啶)钌(II)；顺-二(异硫氰酸根合)二(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸根合)钌(II)等，以及如美国专利6,639,073所描述的那些钌络合物。
用染料处理电极表面之后，将电极表面暴露于硅烷化剂。尽管本发明不由任何操作理论所决定，相信硅烷化剂键合到染料不能覆盖的电极表面部分。硅烷化剂可能与电极表面上的羟基或其它的反应性杂原子点反应而生成电绝缘薄膜，其不传导电子也未涂布表面。这样，硅烷化有效地抑制电子的再结合并显著地增加DSSC的效率。
适于本发明使用的硅烷化剂包括包含部分结构断R1-Si-R2，其中R1和R2各自独立为烷基、或者R1为烷基且R2为氢或芳基的那些。合适的硅烷化剂的例证性实施例，包括但不限于式R1 nSi(OR2)4-n的烷基硅烷；式R1(Si(OR2)3)2的双(甲硅烷基)烷烃；式R1(Si(OR2)3)3的三(甲硅烷基)烷烃；式R1(Si(OR2)3)4的四(甲硅烷基)烷烃；其中，参数n具有1-3并包括1和3的数值，并且每种情况下R1和R2各自独立为烷基、或者R1为烷基且R2为氢或芳基。合适的硅烷化剂也包括但不限于具有带电荷基团的官能化甲硅烷烃，例如式(R2O)3Si(CH2)mPO3 -X+所示的那些，其中R2为氢、烷基或芳基，抗衡离子X包括但不限于四烷基铵，以及参数m具有2-16并包括2和16的数值；或者式(R2O)3Si(CH2)mNR3 3 +Y-所示的那些，其中R2为氢、烷基或芳基，R3为烷基，抗衡离子Y包括但不限于碘离子，以及参数m具有2-16并包括2和16的数值；以及如分子式(I)的那些硅烷化聚乙烯：
(I)---[CH2CH2]p--[CH2CH(SiR1 n(OR2)3-n)]x---
其中，R1和R2各自独立为氢、烷基或芳基，参数n具有1-3并包括1和3的数值，参数p和x各自独立具有约4-100的数值。
本发明各实施方案中所用的术语“烷基”，是指含有碳和氢原子的直链烷基、支链烷基、芳烷基、环烷基、双环烷基、三环烷基以及多环烷基基团，和任选地含碳和氢外的原子，例如选自元素周期表15、16和17族的原子。烷基上取代基的例证性实例包括但不限于醚、烷氧基、酯和卤素。在某些具体的实施例中，烷基可能为部分地氟代或全氟代。在另一具体实施例中烷基可能包含3，3，3-三氟丙基或甲氧基丙基。在特殊的实施方案中烷基被饱和。术语“烷基”还包括烷氧基的烷基。在各实施方案中，普通的或支链的烷基基团为那些包含1-约16个碳原子的烷基，以及作为非限制性实施例包括C1-C16烷基(任选地被一个或多个选自C1-C16烷基、C3-C15环烷基或芳基的基团所取代)；以及任选地被一个或多个选自C1-C16烷基的基团所取代的C3-C15环烷基。一些具体的例证性实施例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十六烷基、十八烷基。一些环烷基和双环烷基的例证性非限制实施例包括环丁基、环戊基、环己基、甲基环己基、环庚基、双环庚基以及金刚烷基。在各实施例中，芳烷基是指那些含自7-14碳原子的基团；这些包括但不限于苯甲基，苯丁基、苯丙基以及苯乙基。本发明各实施方案中所使用的术语“芳基”是指含6到20环原子的取代的或未取代的芳族基团。一些这些芳基的例证性非限制性实施例包括任选地被一个或多个选自C1-C32烷基、C3-C15环烷基或芳基的基团取代的C6-C20芳基。芳基的一些具体例证性例子包括取代的或未取代的苯基、联苯基、甲苯基、萘基和联萘基。
一些合适的硅烷化剂的例证性、非限制性实例包括但不限于正己基三甲氧基甲硅烷、正辛基三甲氧基甲硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、2，4，4-三甲基戊基三甲氧基甲硅烷、十八烷基三甲氧基甲硅烷、十六烷基三甲氧基甲硅烷、十二烷基三甲氧基甲硅烷、1，8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷、1，10-双(三甲氧基甲硅烷基)癸烷、1，12-双(三甲氧基甲硅烷基)十二烷、1，14-双(三甲氧基甲硅烷基)十四烷、1，16-双(三甲氧基甲硅烷基)十六烷以及2-(全氟己基乙基)三甲氧基甲硅烷。此外，合适的硅烷化剂包括但不限于美国专利3,722,181和3,793,313中所披露类型的官能化硅烷。最适宜的硅烷化剂取决于如R基团的空间的和导电的性能的一类因素，在太阳能电池中所用的染料特性，电极表面的形态学、硅烷化过程的变量(例如，但不限于温度、时间、溶剂以及浓度)，以及本领域中熟练技术人员不用过多试验就易于确定的一类因素。
通过任何适宜的方法便可完成氧化物半导体电极表面的硅烷化来形成钝化电极。在一实施方案中，该方法包括用纯的硅烷化剂处理电极表面一段合适的时间的步骤。在一优选的实施方案中，该方法包括用硅烷化剂在合适溶剂中所形成的溶液或悬浮液处理电极表面的步骤。优选的溶剂是那些惰性并且基本上溶解硅烷化剂的溶剂。在一些实施方案中，合适的溶剂包括芳香烃。该方法还包括附加步骤，其包括但不限于洗涤电极表面以去除过量的硅烷化剂、过量的溶剂、或这二者；以及例如在惰性气体流中干燥电极。
任何导电物质可被用作反电极。在具体实施方案中，使电极中氧化剂还原的任何合适的已知反电极可被用作反电极。合适的反电极的例证性例子包括铂电极、含铂电极、铂涂层传导电极、铑电极、钌电极以及碳电极。
任何合适的已知的氧化还原电解质可用于本发明的目的。例证性氧化还原对包括I-/I3 -、Br-/Br3 -以及醌/氢醌对。这样的氧化还原电解质体系可通过任何已知的方法制得。例如，制备I-/I3 -型氧化还原电解质可通过混合如无机碘化物和碘，或者有机碘化物和碘的配对，其中例证性的无机碘化物包括碘化钠和碘化钾，以及例证性有机碘化物包括咪唑鎓碘化物、1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物、四烷基碘化铵、以及四正丙基碘化铵。作为电解质的溶剂，可使用能够大量溶解电解质的电化学上惰性溶剂，例如，但不限于，乙腈、碳酸亚丙酯或碳酸亚乙酯。电解质为液态或固态。通过将电解质分散于聚合材料中或者使用凝胶体使电解质填充在聚合基质的孔中而获得固体电解质。其它的孔传导固相，如包括但不限于CuI或CuSCN的多晶铜盐、或由脂肪族胺或导电聚合物组成的无定型有机玻璃，可被用作电解液。合适的电解质混合物也可包括如三氟甲烷磺酰亚氨基化咪唑鎓盐、三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓、N-甲基苯并咪唑；烷基吡啶以及4-叔丁基吡啶。
不需进一步的详尽的细节，相信本领域熟练技术人员，通过其中的说明，能将本发明运用到最大程度。下列的实施例是为本领域熟练技术人员进行本发明提供额外的指导。所提供的实施例仅仅是本发明实施所进行的作业的代表。因此，这些实施例并不意味着以任何方式限制后面权利要求所定义的发明范围
染料敏化的太阳能电池(DSCC)板装置包括被两玻璃板压缩的材料叠层，一玻璃板包括二氧化钛电极而另一玻璃片包括铂电极。当被密封一起时，该DSSC板装置装入6个分开并单独的太阳能电池。该构造工序用了6个步骤，包括：(i)氧化锡玻璃制备和对二氧化钛电极和铂电极进行银条印刷；(ii)二氧化钛电极的二氧化钛沉积、煅烧以及染料吸附；(iii)二氧化钛电极的钝化和漂洗；(iv)铂电极的铂沉积和煅烧；(v)电极安装、填充，以及装置的最后密封；以及(vi)装置的测试。
步骤(i)中，掺杂氟化物的氧化锡(FTO)涂布的玻璃板，Tec 8型号，从Hartford Glass Company购买到。各玻璃板尺寸是7.6厘米(cm)×10.2cm，具有8欧姆/平方的表面电阻欧姆比值。一些玻璃板上切的槽，用作TiO2或二氧化钛电极，以越过玻璃板切断导电涂层并得到单独的隔室，用于6个太阳能电池(各为5毫米(mm)×50mm)。此外，板上钻的用来填充电解质的孔用作铂电极。用丝网印刷积淀的方法和银糊团(#7713型，购自Dupont)在板两边加上银条。然后将板在525℃下烧30分钟。
步骤(ii)中，用丝网印刷技术将购自ECN(新西兰能源研究中心，Petten，新西兰)的二氧化钛糊团加到合适的板上。该步骤中，6个电池每个被限定成包含5mm×50mm的大小，大约10微米厚，毫微二氧化钛晶体的条。然后将二氧化钛电极板放在乙醇气氛中，以促使糊团松弛，接着在氧气氛中在450℃下煅烧30分钟。煅烧之后，将二氧化钛电极板浸入染料溶液中使浸泡至少一夜。由自Solaronrix(Aubonne，瑞士)获得的染料制成染料溶液，并包括溶于1∶1乙腈和无水叔丁醇混合溶剂中的0.3毫摩尔(mM)钌520-DN型(顺-二(异硫氰酸根合)(2，2’-联吡啶基-4，4’-二甲酸根合)(4，4’-正壬基-2，2’-联吡啶)钌(II))染料；或者溶于无水乙醇中的0.3mM钌535型(顺-二(异硫氰酸根合)二(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸根合)钌(II))染料。然后从染料溶液中取出板，用无水溶剂冲洗，在氮气流中干燥。
步骤(iii)中，在无水环境中，在密闭盒中，将包含染过的二氧化钛电极的板浸泡于硅烷化剂的溶液中，例如10体积％在无水甲苯中的硅烷化剂溶液。板浸泡4-72小时，通常过夜。将板在无水甲苯溶液中浸泡2次，每次1小时，最后在无水乙腈中浸泡1小时。冲洗之后，在无水氮气流中干燥板。
步骤(iv)中，用医生-叶片技术，将大约1毫升的六氯铂酸(5mM，在异丙醇中)涂层溶液自玻璃注射器注入到用于铂电极的各板(每个电池3-4滴)上均衡地分配。让板干燥，然后在氮气氛中在385℃下煅烧15分钟。
在制得二氧化钛和铂电极之后，准备组装板。通常将两个电极和电解质装在一个盒中，或者用树脂装成胶囊，这样该染料敏化的氧化物半导体电极能够用光照射。在一具体实施方案中，一按规格裁剪的垫圈，其40毫米厚并由PRIMACOR 5980I(一种乙烯丙烯酸共聚物，其熔体指数为每10分钟300克，丙烯酸水平20.5％)组成，被排列在二氧化钛电极板的顶部。在这垫圈上切6个近似矩形的槽。每个槽比原先印刷的5mm×50mm钛条要大并装在其上面。然后将铂电极板装在垫圈和钛电极板的上部。然后将这叠层插入预热至90℃的热压机中，并压该装置45秒。待该装置放冷之后，将电解质加到垫圈中的由槽所限定的六个独立的空间内，每个空间包括一个印刷的二氧化钛条带，注射器插入到位于铂电极板的孔中。在相对于铂电极板的孔系上真空线以助于充入电解质。当完成电解质充入时，从孔中取出注射器和真空线，用热压机和另一片PRIMACOR物质和玻璃带将孔密封。所有步骤是在无水环境下戴手套在氮气箱中完成的，只在最后密封之后取出板。
步骤(vi)涉及检测该装置设备。将设备放在检测仪器中，其与各电池单独接触。然后照明每个电池，并用ThermoOriel日光模拟器和得自Keithley Instruments的源-测量仪器在1日光条件(每平方厘米光强度AM1.5，100毫瓦)下检测。
实施例1-6和对比实施例1-6
制备包括钌535型染料和各种离子液体电解质的板装置。在实施例1-6中，二氧化钛电极用正辛基三甲氧基甲硅烷(10体积％，在无水甲苯中)硅烷化。在对比实施例1-6中，二氧化钛电极不硅烷化。表1显示了在实施例(Ex.)1-6和相应的对比实施例(C.Ex.)1-6中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物中各成分的摩尔浓度(M).电解质成分是(i)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑碘化物)；(ii)碘(I2)；以及(iii)4-叔丁基吡啶。一些电解质是在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓的离子液体盐溶剂中。
表1
| Ex.或C.Ex. | 咪唑鎓碘化物(M) | I2(M) | 叔丁基吡啶(M) |
| 1* | 1.93 | 0.16 | 0.5 |
| 2* | 1.93 | 0.50 | 0.5 |
| 3 | 4.78 | 0.16 | 0.5 |
| 4 | 4.78 | 0.50 | 0.5 |
| 5* | 2.88 | 0.27 | 0.5 |
| 6* | 3.83 | 0.39 | 0.5 |
*在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓溶剂中的摩尔浓度。
表2显示实施例和对比实施例的照射后板装置的物理性能。测得的性能包括以毫伏为单位的开放电路电压(Voc)，以每平方厘米毫安培为单位封闭电路电流密度(J-短路电路或Jsc)，充电参数(fillfactor)(FF)，以及功率系数(Eff)。数据表明，通过每一电解质硅烷化，提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致所有情况中功率系数被提高。
表2
| Ex.或C.Ex. | Voc | Jsc | FF | Eff |
| C.Ex.1 | 471.3 | 8.3 | 0.37 | 1.44％ |
| Ex.1 | 530.9 | 9.5 | 0.33 | 1.66％ |
| C.Ex.2 | 472.6 | 6.0 | 0.46 | 1.31％ |
| Ex.2 | 511.4 | 7.2 | 0.44 | 1.60％ |
| C.Ex.3 | 521.4 | 8.8 | 0.30 | 1.36％ |
| Ex.3 | 560.2 | 9.5 | 0.28 | 1.48％ |
| C.Ex.4 | 510.7 | 6.9 | 0.46 | 1.61％ |
| Ex.4 | 561.9 | 7.8 | 0.48 | 2.09％ |
| C.Ex.5 | 527.1 | 7.6 | 0.45 | 1.78％ |
| Ex.5 | 548.3 | 8.4 | 0.44 | 2.04％ |
| C.Ex.6 | 510.3 | 7.1 | 0.45 | 1.61％ |
| Ex.6 | 543.4 | 8.5 | 0.45 | 2.10％ |
实施例7-9和对比实施例7-9
制备包括钌535型染料和各种离子液体电解质的板装置。在实施例7-9中，二氧化钛电极用正辛基三甲氧基甲硅烷(10体积％，在无水甲苯中)在不同条件下硅烷化。在对比实施例7-9中，二氧化钛电极不硅烷化。表3显示了在实施例(Ex.)7-9和相应的对比实施例(C.Ex.)7-9中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物中各成分的摩尔浓度(M)。电解质成分是(i)四正丙基碘化铵(n-Pr4NI)；(ii)碘化锂；(iii)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑鎓碘化物)；(iv)碘(I2)，以及(v)4-叔丁基吡啶。一些电解质是在乙腈溶剂中，其它电解质是在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓的离子液体盐溶剂中。
表3
| Ex.或C.Ex. | n-Pr4NI(M) | LiI(M) | 咪唑鎓碘化物(M) | I2(M) | 叔丁基吡啶(M) |
| 7* | 0.5 | 0.1 | -- | 0.05 | 0.5 |
| 8** | -- | -- | 3.06 | 0.275 | 0.225 |
| 9** | -- | -- | 3.06 | 0.275 | 0.45 |
*在乙腈溶剂中的摩尔浓度。
**在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓溶剂中的摩尔浓度。
表4显示实施例和对比实施例的照射后板装置的物理性能。数据表明，通过每一电解质硅烷化，提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致所有情况中功率系数被提高。
表4
| Ex.或C.Ex. | Voc | Jsc | FF | Eff |
| 未硅烷化电池 | ||||
| C.Ex.7 | 668 | 10.86 | 0.61 | 4.42％ |
| C.Ex.8 | 547 | 8.04 | 0.49 | 2.16％ |
| C.Ex.9 | 519 | 8.05 | 0.46 | 1.91％ |
| 在甲苯中过夜浸泡的未硅烷化电池 | ||||
| C.Ex.7 | 680 | 11.57 | 0.57 | 4.50％ |
| C.Ex.8 | 550 | 7.94 | 0.48 | 2.08％ |
| C.Ex.9 | 532 | 8.16 | 0.47 | 2.04％ |
| 硅烷化4小时的电池 | ||||
| Ex.7 | 711 | 11.97 | 0.63 | 5.36％ |
| Ex.8 | 574 | 8.91 | 0.52 | 2.83％ |
| Ex.9 | 589 | 9.20 | 0.47 | 2.57％ |
| 过夜硅烷化的电池 | ||||
| Ex.7 | 697 | 12.12 | 0.63 | 5.32％ |
| Ex.8 | 610 | 8.92 | 0.49 | 2.65％ |
| Ex.9 | 572 | 8.74 | 0.46 | 2.34％ |
实施例10-21
制备包括钌535型染料和各种离子液体电解质的板装置。在实施例10-21中，二氧化钛电极用不同的硅烷化剂(所有为0.39M，在无水甲苯中)硅烷化。表5显示了在实施例10-21中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物中各成分的摩尔浓度(M)。电解质成分是(i)四正丙基碘化铵(n-Pr4NI)；(ii)碘化锂；(iii)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑鎓碘化物)；(iv)碘(I2)，以及(v)4-叔丁基吡啶。一些电解液是在乙腈溶剂中，其它电解质在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓的离子液体盐溶剂中。
表5
| 电解质类型 | n-Pr4NI(M) | LiI(M) | 咪唑鎓碘化物(M) | I2(M) | 叔丁基吡啶(M) |
| A* | 0.5 | 0.1 | -- | 0.05 | 0.5 |
| B** | -- | -- | 3.06 | 0.275 | 0.225 |
*在乙腈溶剂中的摩尔浓度。
**在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓溶剂中的摩尔浓度。
所用的硅烷化剂为正辛基三甲氧基甲硅烷(C8)、己基三甲氧基甲硅烷(C6)、2，4，4-三甲基戊基三甲氧基甲硅烷(iC8)、十八烷基三甲氧基甲硅烷(C18)、十六烷基三甲氧基甲硅烷(C16)以及十二烷基三甲氧基甲硅烷(C12)。表6示实施例和对比实施例的照射后板装置的物理性能。数据按各电解质类型效率值减少的顺序排列。相对于未硅烷化的也包括A型电解质的对比实施例7，实施例10-15的数据表明通过硅烷化提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了除C18和iC8硅烷化剂外所有情况下功率系数被提高。相对于未硅烷化的也包括B型电解质的对比实施例8，实施例16-21的数据表明通过硅烷化提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了除C18和iC8硅烷化剂外所有情况下功率系数被提高。
表6
| 实施例 | 硅烷化剂 | 电解质类型 | Voc | Jsc | FF | Eff |
| 10 | C8 | A | 709 | 12.4 | 0.63 | 5.5％ |
| 11 | C6 | A | 702 | 12.2 | 0.59 | 5.0％ |
| 12 | C12 | A | 707 | 12.0 | 0.58 | 5.0％ |
| 13 | C16 | A | 707 | 11.5 | 0.54 | 4.4％ |
| 14 | C18 | A | 624 | 11.6 | 0.56 | 4.0％ |
| 15 | iC8 | A | 660 | 10.5 | 0.57 | 4.0％ |
| 16 | C8 | B | 594 | 9.1 | 0.46 | 2.5％ |
| 17 | C16 | B | 606 | 8.9 | 0.45 | 2.4％ |
| 18 | C6 | B | 593 | 8.8 | 0.44 | 2.3％ |
| 19 | C12 | B | 587 | 8.7 | 0.44 | 2.2％ |
| 20 | C18 | B | 530 | 7.2 | 0.37 | 1.4％ |
| 21 | iC8 | B | 550 | 6.4 | 0.40 | 1.4％ |
实施例22-23和对比实施例10-11
制备包括钌520-DN型染料和各种离子液体电解质的板装置。在实施例22-23中，二氧化钛电极用正辛基三甲氧基甲硅烷(10体积％，在无水甲苯中)硅烷化。在对比实施例10-11中，二氧化钛电极不硅烷化。表7显示了在实施例22-23和相应的对比实施例10-11中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物中各成分的摩尔浓度(M)。电解质成分是(i)碘(I2)，(ii)N-甲基苯并咪唑(NMB)；以及(iii)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑鎓碘化物)。一种电解质混合物是在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓的离子液体盐溶剂中。
表7
| Ex./C.Ex. | I2(M) | NMB(M) | 咪唑鎓碘化物(M) |
| 22/10 | 0.5 | 0.45 | 5.61 |
| 23*/11* | 0.275 | 0.45 | 3 |
*在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓溶剂中的摩尔浓度。
表8示实施例和对比实施例的照射后板装置的物理性能。数据表明，通过每一电解质硅烷化，提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致两种情况下功率系数被提高。
表8
| Ex.或C.Ex. | Voc | Jsc | FF | Eff |
| C.Ex.10 | 583.2 | 8.63 | 0.47 | 2.38％ |
| Ex.22 | 617.3 | 10.30 | 0.47 | 3.01％ |
| C.Ex.11 | 559.8 | 9.36 | 0.45 | 2.33％ |
| Ex.23 | 592.3 | 10.88 | 0.45 | 2.89％ |
实施例24-27和对比实施例12-13
制备包括钌520-DN型染料和各种离子液体电解质的板装置。在实施例24-27中，二氧化钛电极用不同硅烷化剂(所有为10体积％，在无水甲苯中)硅烷化。在对比实施例10-11中，二氧化钛电极不硅烷化。表9显示了在实施例24-27和相应的对比实施例12-13中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物中各成分的摩尔浓度(M)。电解液成分是(i)四正丙基碘化铵(n-Pr4NI)；，(ii)碘化锂；(iii)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑鎓碘化物)；(iv)碘(I2)；(v)4-叔丁基吡啶；以及(vi)一种电解质混合物是在乙腈溶剂中。
表9
| 电解质类型 | n-Pr4NI(M) | LiI(M) | 咪唑鎓碘化物(M) | NMB(M) | I2(M) | 叔丁基吡啶(M) |
| A* | 0.5 | 0.1 | -- | -- | 0.05 | 0.5 |
| B | -- | 0.1 | 5.61 | 0.45 | 0.5 | -- |
*在乙腈溶剂中的摩尔浓度。
所用的硅烷化剂为正辛基三甲氧基甲硅烷(C8)以及1，8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷(BTESO)。表10显示了实施例和对比实施例的照射后板装置的物理性能。相对于未硅烷化的也包括B型电解质的对比实施例12，实施例24-25的数据表明通过硅烷化提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了所有情况下功率系数被提高。相对于未硅烷化的也包括A型电解质的对比实施例13，实施例26-27的数据表明通过硅烷化提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了实施例27和29中功率系数被提高。
表10
| Ex.或C.Ex. | 电解质 | 硅烷化剂 | Voc | Jsc | FF | Eff |
| 24 | B | BTESO | 633 | 9.62 | 0.43 | 2.62 |
| 25 | B | C8 | 642 | 9.85 | 0.45 | 2.85 |
| C.Ex.12 | B | 无 | 595 | 8.48 | 0.38 | 1.93 |
| 26 | A | BTESO | 671 | 13.82 | 0.63 | 5.87 |
| 27 | A | C8 | 675 | 13.73 | 0.58 | 5.39 |
| C.Ex.13 | A | 无 | 635 | 12.82 | 0.63 | 5.17 |
实施例28-31
制备包括钌520-DN型染料和各种离子液体电解质的板装置。将板浸入染料溶液中并浸泡24小时。在实施例28-31中，二氧化钛电极用不同硅烷化剂(所有为0.39M，在无水甲苯中)硅烷化。表11显示了在实施例28-31中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物组分中各成分的摩尔浓度(M)。电解液成分是(i)碘化锂，(ii)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑鎓碘化物)，(iii)N-甲基苯并咪唑(NMB)，以及(iv)碘(I2)。
表11
| 电解质类型 | LiI(M) | 咪唑鎓碘化物(M) | NMB(M) | I2(M) |
| A | -- | 5.61 | 0.45 | 0.5 |
| B | 0.1 | 5.61 | 0.45 | 0.5 |
所用的硅烷化剂为正辛基三甲氧基甲硅烷(C8)，以及2-(全氟代己基乙基)三甲氧基甲硅烷(C6F13CH2CH2Si(OMe)3，称作“C6F13”)。表12显示照射后这些实施例的板装置的物理性能。相对于上述的未硅烷化的也包括A型电解质的对比实施例10，实施例28-29的数据表明通过硅烷化提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了功率系数被提高。相对于上述的未硅烷化的也包括B型电解质的对比实施例13，实施例30-31的数据表明通过硅烷化提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了功率系数被提高。
表12
| Ex. | 电解质 | 硅烷化剂 | Voc | Jsc | FF | Eff |
| 28 | A | C8 | 628.2 | 9.37 | 0.46 | 2.70％ |
| 29 | A | C6F13 | 630.3 | 9.66 | 0.44 | 2.68％ |
| 30 | B | C8 | 685.7 | 9.58 | 0.51 | 3.36％ |
| 31 | B | C6F13 | 684.9 | 9.81 | 0.50 | 3.36％ |
实施例32-35和对比实施例14-17
制备包括钌520-DN型染料和各种离子液体电解质的板装置。一些板装置也包括氧化铝涂层的二氧化钛电极。为制得氧化铝涂层的二氧化钛电极，将新煅烧的二氧化钛电极在60℃下浸于0.1M的三仲丁醇铝的无水异丙醇溶液中20分钟，在无水异丙醇中漂洗两次，浸入80℃水中，并最后在450℃煅烧20分钟(称作处理1)。将氧化铝涂层和未涂层的二氧化钛电极以常规方式浸没于染料中过夜。这些二氧化钛电极(氧化铝涂层和未涂层的)中有一些接着用正辛基三甲氧基甲硅烷(C8)(10体积％，在无水甲苯中)硅烷化，随后在无水甲苯中浸泡2次，每次1小时，然后在无水乙腈中浸泡1小时并在氮气流中干燥(称作处理2)。表13显示了在实施例32-35中，在不同板装置中所用的混合电解质组合物中各成分的摩尔浓度(M)。电解液成分是(i)1-甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(咪唑鎓碘化物)；(ii)N-甲基苯并咪唑(NMB)；以及(iii)碘(I2)。一种电解质混合物是在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓的离子液体盐溶剂中。
表13
| 电解质类型 | 咪唑鎓碘化物(M) | NMB(M) | I2(M) |
| A | 5.61 | 0.45 | 0.5 |
| B* | 3.0 | 0.45 | 0.275 |
*在三氟甲烷磺酰亚氨基化1-甲基-3-丙基-咪唑鎓溶剂中的摩尔浓度。
表14显示实施例和对比实施例的照射后板装置的物理性能。数据表明通过各电解质硅烷化(处理2)提高了开放电路电压(Voc)和封闭电路电流密度(Jsc)，导致了所有情况下功率系数被提高。尽管用氧化铝涂层的二氧化钛电极(仅处理1)在各电解质情况中没有提高效率，然而用氧化铝处理和硅烷化电极(处理1+2)都导致其物理性能几乎等同于没有氧化铝涂层的硅烷化二氧化钛电极的实施例。
表14
| Ex.或C.Ex. | 电解质 | 处理 | Voc | Jsc | FF | Eff |
| C.Ex.14 | A | 无 | 583.2 | 8.63 | 0.47 | 2.38％ |
| 32 | A | 2 | 617.3 | 10.30 | 0.47 | 3.01％ |
| C.Ex.15 | A | 1 | 575.8 | 8.28 | 0.45 | 2.12％ |
| 33 | A | 1+2 | 616.5 | 9.71 | 0.49 | 2.92％ |
| C.Ex.16 | B | 无 | 559.8 | 9.36 | 0.45 | 2.33％ |
| 34 | B | 2 | 592.3 | 10.88 | 0.45 | 2.89％ |
| C.Ex.17 | B | 1 | 553.8 | 8.87 | 0.45 | 2.20％ |
| 35 | B | 1+2 | 603.5 | 10.20 | 0.43 | 2.63％ |
尽管本发明用典型的实施方式进行说明，这并非是要将其限定在所列的详述范围之内，因为在不脱离本发明实质的情况下可以作出各种改进和替代。同样地，本领域熟练人员只是用常规试验可以作出本发明中所揭露的进一步改进或等同方案，所有这样的改进和等同方案被认为是在下列权利要求所定义的发明实质和范围之内。其中所引证的所有专利和已出版的文章合在当中以供参考。
Claims (10)
1.一种染料敏化的氧化物半导体电极，其包括导电底层、在所述的导电底层表面上配备的氧化物半导体薄膜、以及吸附于所述薄膜上的敏化染料，其中氧化物半导体薄膜用至少一种包含部分结构R1-Si-R2，其中R1和R2各自独立为烷基、或者R1为烷基且R2为氢或芳基的硅烷化剂，进一步处理过。
2.权利要求1的电极，其中，导电底层包括上面压有包含In2O3或SnO2的导电层的玻璃板，或者导电金属箔或板，或导电陶瓷材料，或涂有电导体的陶瓷材料，或导电聚合物。
3.权利要求1的电极，其中氧化物半导体包括选自Ti、Nb、Zn、Sn、Zr、Y、La、Ta、W、Hf、Sr、In、V、Cr以及Mo的金属的氧化物；选自SrTiO3和CaTiO3的钙钛矿氧化物；以及它们的混合物。
4.权利要求3的电极，其中氧化物半导体包括二氧化钛。
5.权利要求3的电极，其中氧化物半导体包括金属氧化物涂层。
6.权利要求5的电极，其中氧化物半导体包括具有氧化铝涂层的二氧化钛。
7.权利要求1的电极，其中染料包括至少一种钌或锇的络合物。
8.权利要求1的电极，其中的硅烷化剂选自：
式R1 nSi(OR2)4-n的烷基硅烷；式R1(Si(OR2)3)2的双(三甲硅烷基)烷烃；式R1(Si(OR2)3)3的三(三甲硅烷基)烷烃；式R1(Si(OR2)3)4的四(三甲硅烷基)烷烃；其中，参数n具有1-3并且包括1和3的数值，并且R1和R2各自独立为烷基，或者R1为烷基且R2为氢或芳基；
式(R2O)3Si(CH2)mPO3 -X+的具有带电荷基团的官能化甲硅烷基烷烃，其中R2为氢、烷基或芳基，抗衡离子X包括四烷基铵，以及参数m具有2-16并包括2和16的数值；或者式(R2O)3Si(CH2)mNR3 3 +Y-的具有带电荷基团的官能化甲硅烷基烷烃，其中R2为氢、烷基或芳基，R3为烷基，抗衡离子Y包括碘离子，以及参数m具有2-16并包括2和16的数值；以及式(I)的那些硅烷化聚乙烯：
(I)---[CH2CH2]p--[CH2CH(SiR1 n(OR2)3-n)]x---
其中，R1和R2各自独立为氢、烷基或芳基，参数n具有1-3并包括1和3的数值，参数p和x各自独立具有约4-100的数值。
9.权利要求8的电极，其中硅烷化剂选自正己基三甲氧基甲硅烷、正辛基三甲氧基甲硅烷、异辛基三甲氧基甲硅烷、2，4，4-三甲基戊基三甲氧基甲硅烷、十八烷基三甲氧基甲硅烷、十六烷基三甲氧基甲硅烷、十二烷基三甲氧基甲硅烷、1，8-双(三乙氧基甲硅烷基)辛烷、1，10-双(三甲氧基甲硅烷基)癸烷、1，12-双(三甲氧基甲硅烷基)十二烷、1，14-双(三甲氧基甲硅烷基)十四烷、1，16-双(三甲氧基甲硅烷基)十六烷以及2-(全氟己基乙基)三甲氧基甲硅烷。
10.一种太阳能电池，其包括权利要求1的染料敏化的氧化物半导体电极、反电极、以及与所述的染料敏化的氧化物半导体电极和所述的反电极接触的氧化还原电解质。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/884,028 US20060005877A1 (en) | 2004-07-06 | 2004-07-06 | Passivated, dye-sensitized oxide semiconductor electrode, solar cell using same, and method |
| US10/884028 | 2004-07-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1719618A true CN1719618A (zh) | 2006-01-11 |
| CN100481520C CN100481520C (zh) | 2009-04-22 |
Family
ID=35540065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100825077A Expired - Fee Related CN100481520C (zh) | 2004-07-06 | 2005-07-06 | 钝化的、染料敏化的氧化物半导体电极和使用其的太阳能电池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20060005877A1 (zh) |
| JP (1) | JP2006024565A (zh) |
| CN (1) | CN100481520C (zh) |
| DE (1) | DE102005031680B4 (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101373670B (zh) * | 2008-10-09 | 2011-01-05 | 彩虹集团公司 | 一种太阳能电池的多孔铂电极的制备方法 |
| CN101510470B (zh) * | 2008-12-26 | 2011-04-20 | 上海拓引数码技术有限公司 | 一种非晶硅太阳能电池与染料敏化电池叠层结构 |
| CN102382483A (zh) * | 2011-08-29 | 2012-03-21 | 上海大学 | 含有钌535染料的有机/无机复合层状化合物及其制备方法 |
| CN108028137A (zh) * | 2015-09-17 | 2018-05-11 | 富士胶片株式会社 | 光电转换元件、染料敏化太阳能电池、色素组合物及氧化物半导体电极 |
| CN113394303A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-09-14 | 无锡爱尔华光电科技有限公司 | 一种太阳能电池电极制造方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080000520A1 (en) * | 2004-12-21 | 2008-01-03 | Satoshi Uchida | Photovoltaic Device, Manufacturing Method of Titanium Dioxide Particle Used for Making Thereof, and Dye-Sensitized Solar Cell Using Thereof |
| EP1819005A1 (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-15 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Ionic liquid electrolyte |
| US8997901B2 (en) * | 2006-05-11 | 2015-04-07 | Ford Global Technologies, Llc | Vehicular body panel energy generator system |
| FR2904319B1 (fr) * | 2006-07-27 | 2009-10-30 | Commissariat Energie Atomique | Sels de diazonium polymerisables, procede de fabrication et utilisations de ceux-ci |
| KR100825731B1 (ko) * | 2006-09-29 | 2008-04-29 | 한국전자통신연구원 | 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법 |
| DE102007039164A1 (de) * | 2007-08-20 | 2009-02-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mit einer staub- und aerosolabweisenden Beschichtung versehene Substrate, Verfahren zur Herstellung derselben und Materialien dafür |
| US20100275391A1 (en) * | 2007-11-14 | 2010-11-04 | Sony Corporation | Preparation of high-quality sensitizer dye for dye-sensitized solar cells |
| KR100943173B1 (ko) * | 2007-11-19 | 2010-02-19 | 한국전자통신연구원 | 다공성 전도층을 사용하는 전극을 포함하는 염료감응태양전지 |
| KR100996445B1 (ko) | 2009-02-24 | 2010-11-25 | 조선대학교산학협력단 | 고효율 염료감응 태양전지용 광전극 및 이의 제조방법 |
| KR101129965B1 (ko) | 2010-06-28 | 2012-03-26 | 현대하이스코 주식회사 | 차단층을 포함하는 광전극 제조 방법 및 상기 광전극을 이용한 염료감응 태양전지의 제조 방법 |
| US20130081686A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | The University Of Chicago | Cavity mode enhancement in dye-sensitized solar cells |
| JP5881431B2 (ja) * | 2012-01-19 | 2016-03-09 | 大阪瓦斯株式会社 | 電解液及び光電変換素子 |
| KR101624094B1 (ko) | 2013-03-11 | 2016-05-24 | 사우디 베이식 인더스트리즈 코포레이션 | Ⅲ 족 금속의 아릴옥시-프탈로시아닌 |
| CN105051049A (zh) | 2013-03-11 | 2015-11-11 | 沙特基础工业公司 | 用在太阳能电池中的第iv族金属的芳氧基酞菁 |
| KR102116834B1 (ko) * | 2013-04-03 | 2020-05-29 | 주식회사 동진쎄미켐 | 비스-타입 실란화합물을 포함하는 코팅 조성물 |
| FR3008980B1 (fr) * | 2013-07-23 | 2016-09-30 | Bostik Sa | Polymeres hydrocarbones a deux groupements terminaux alcoxysilanes |
| TWI556460B (zh) * | 2014-09-17 | 2016-11-01 | 國立臺灣大學 | 鈣鈦礦結構基太陽能電池 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3722181A (en) * | 1970-05-22 | 1973-03-27 | Du Pont | Chromatographic packing with chemically bonded organic stationary phases |
| US3795313A (en) * | 1970-05-22 | 1974-03-05 | Du Pont | Chromatographic packing with chemically bonded organic stationary phases |
| JP3598828B2 (ja) * | 1998-07-03 | 2004-12-08 | 株式会社豊田中央研究所 | 酸化物半導体電極の製造方法 |
| EP1119068B1 (en) * | 1999-06-30 | 2012-11-28 | JGC Catalysts and Chemicals Ltd. | Photoelectric cell |
| JP4026285B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2007-12-26 | 富士ゼロックス株式会社 | 半導体電極、その製造方法、及び、光電変換素子 |
| JP2001345124A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 化学修飾半導体電極、並びに、その製造方法及びそれを用いた光電池 |
| JP4071428B2 (ja) * | 2000-09-22 | 2008-04-02 | 住友大阪セメント株式会社 | 色素増感型太陽電池及びその製造方法 |
| 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 |
| JP2002184477A (ja) * | 2000-12-14 | 2002-06-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 光半導体電極、その製造方法、及びそれを用いた光電変換素子 |
| JP2002184478A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 電解質、光電変換素子、光電気化学電池および電解質の製造方法 |
| JP2002298935A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Fuji Xerox Co Ltd | 電解質、及び光電気化学電池 |
| DE10123950A1 (de) * | 2001-05-17 | 2002-11-28 | Degussa | Granulate auf Basis von mittels Aerosol mit Aluminiumoxid dotiertem, pyrogen hergestelltem Siliziumdioxid, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung |
| JP3985040B2 (ja) * | 2002-01-22 | 2007-10-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 増感剤として有用なルテニウム錯体、酸化物半導体電極及びそれを用いた太陽電池 |
| JP3984137B2 (ja) * | 2002-09-27 | 2007-10-03 | 株式会社東芝 | 色素増感型太陽電池及びその製造方法 |
-
2004
- 2004-07-06 US US10/884,028 patent/US20060005877A1/en not_active Abandoned
-
2005
- 2005-07-05 JP JP2005195937A patent/JP2006024565A/ja active Pending
- 2005-07-05 DE DE102005031680A patent/DE102005031680B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2005-07-06 CN CNB2005100825077A patent/CN100481520C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101373670B (zh) * | 2008-10-09 | 2011-01-05 | 彩虹集团公司 | 一种太阳能电池的多孔铂电极的制备方法 |
| CN101510470B (zh) * | 2008-12-26 | 2011-04-20 | 上海拓引数码技术有限公司 | 一种非晶硅太阳能电池与染料敏化电池叠层结构 |
| CN102382483A (zh) * | 2011-08-29 | 2012-03-21 | 上海大学 | 含有钌535染料的有机/无机复合层状化合物及其制备方法 |
| CN108028137A (zh) * | 2015-09-17 | 2018-05-11 | 富士胶片株式会社 | 光电转换元件、染料敏化太阳能电池、色素组合物及氧化物半导体电极 |
| CN108028137B (zh) * | 2015-09-17 | 2020-02-21 | 富士胶片株式会社 | 光电转换元件、染料敏化太阳能电池、色素组合物及氧化物半导体电极 |
| CN113394303A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-09-14 | 无锡爱尔华光电科技有限公司 | 一种太阳能电池电极制造方法 |
| CN113394303B (zh) * | 2021-05-20 | 2024-02-06 | 无锡爱尔华光电科技有限公司 | 一种太阳能电池电极制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006024565A (ja) | 2006-01-26 |
| CN100481520C (zh) | 2009-04-22 |
| DE102005031680A1 (de) | 2006-02-16 |
| US20060005877A1 (en) | 2006-01-12 |
| DE102005031680B4 (de) | 2013-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100481520C (zh) | 钝化的、染料敏化的氧化物半导体电极和使用其的太阳能电池 | |
| Hara et al. | Design of new coumarin dyes having thiophene moieties for highly efficient organic-dye-sensitized solar cells | |
| CN102396101B (zh) | 染料敏化太阳能电池和染料敏化太阳能电池模块 | |
| KR101245006B1 (ko) | 색소증감 광전변환 소자 및 그 제조 방법 및 전자장치 및그 제조 방법 및 전자기기 | |
| JP4360569B2 (ja) | 光電変換素子および光電気化学電池 | |
| Zhang et al. | Graphene enabled all-weather solar cells for electricity harvest from sun and rain | |
| EP2442401A1 (en) | Dye-sensitized photoelectric converter, manufacturing method thereof, and electronic device | |
| Perera et al. | Introducing manganese complexes as redox mediators for dye-sensitized solar cells | |
| EP1981047A2 (en) | Photoelectric conversion device | |
| JP2004234988A (ja) | 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに半導体層およびその製造方法 | |
| Ozawa et al. | Effects of cation composition in the electrolyte on the efficiency improvement of black dye-based dye-sensitized solar cells | |
| JP4925605B2 (ja) | 光電変換装置およびそれを用いた光発電装置 | |
| KR20100027476A (ko) | 고효율의 플렉시블 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Chiang et al. | Titania aerogels as a superior mesoporous structure for photoanodes of dye-sensitized solar cells | |
| US20100300537A1 (en) | Dye-sensitized solar cell and organic solvent-free electrolyte for dye-sensitized solar cell | |
| KR20120040666A (ko) | 고효율 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| JP5606754B2 (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
| Rong et al. | Monolithic all-solid-state dye-sensitized solar cells | |
| KR20100115629A (ko) | 극소수성 화합물이 도입된 금속산화물 반도체 전극. 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| JP4320869B2 (ja) | 光電変換素子の製造方法 | |
| TW201547038A (zh) | 承載方法、承載體及光電轉換元件 | |
| WO2012138036A1 (ko) | 다공성 박막이 형성된 금속 산화물 반도체 전극 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| JP4931402B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| JP2000251532A (ja) | 電解質、光電変換素子および光電気化学電池 | |
| JP5167531B2 (ja) | 色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法及び酸化物半導体電極 |
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 | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090422 Termination date: 20130706 |