TW200939484A - Conductive glass for dye sensitive solar cell and method of preparing the same - Google Patents

Description

200939484 六、發明說明：

技術領域 5 ❹ 10 15 ❹ 20 本發明係有關一用於染料敏化太陽能電池之導電性玻 璃及其製備方法，更特別有關一用於染料敏化太陽能電池 之導電性玻璃，其可降低導電性玻璃的電阻以改良其電性 性質，施加至一染料敏化太陽能電池以降低原料成本並便 利於製程設備的同軸式組成’且由於光電極中所包含的多 重金屬線造成之擴散來增高太陽能電池的日光吸收因而提 供高效率的染料敏化太陽能電池，以及其製備方法。 背景技藝 一般而言，對於供顯示器用的透明導電性膜、供太陽 能電池用的透明導電性膜等係使用一透明導電性塗層，且 市場日益擴大。一般藉由將導電性材料塗覆於一絕緣體玻 璃(裸玻璃，鹼石灰)上予以製備。 玻璃是一種在室溫具有1(T1G至10-11 (Qcm)-1導電度之電 性絕緣體。為了對於絕緣體玻璃提供導電度同時維持高的 光透射比(light transmittance)，將TCO(透明導電性氧化物) 膜或金屬塗覆於玻璃表面上以形成一透明導電性塗層。 然而，在TCO或金屬單獨使用的案例中，對於金屬而 言導電度取決於其厚度，對於TCO則取決於膜厚度及摻雜 濃度。並且’對於金屬，甚至在低溫亦產生自由電子，且 導電度將隨著溫度增高因為碰撞而減小；但對於TC〇，低 3 200939484 溫產生的自由電子及電洞係重組，因此隨著溫度增高將由 於自由電子及電洞增加而使導電度提高。並且，由TCO組 成的導電性玻璃若施加至染料敏化太陽能電池則可能由於 相對較高的電阻而減低效率。 為此，亟需發展出一用於染料敏化太陽能電池之導電 性玻璃’其具有經改良的電阻藉以適合染料敏化太陽能電 池並改良效率。 【發明内容3 揭示 10 技術問題 為了解決習知技術的上述問題，本發明之一目的係提 供一用於染料敏化太陽能電池之導電性玻璃，其可減低導 電性玻璃的電阻以改良其電性性質，可施加至一染料敏化 太陽能電池以降低原料成本並便利於製程設備的同轴式組 15 成’且由於光電極中所包含之多重金屬線造成的擴散，增 高太陽能電池的日光吸收（特別是光電極内側之經吸收日 光的效率）藉以提供高效率的染料敏化太陽能電池，以及其 製備方法。 技術解決方案 20 為了達成該目的，本發明提供一用於染料敏化太陽能 電池之導電性玻璃，包含：一玻璃基材；多數個金屬線， 其形成於玻璃基材上；及一透明導電性材料層，其形成於 玻璃基材及金屬線上。 本發明亦提供一染料敏化太陽能電池，包含：一第一 200939484 電極’其由一透明電極組成；一第二電極，其合併至透明 電極的底表面；及’一中間層，其包含第一電極與第二電 極之間的氧化物半導體、染料及電解質，其中第一電極或 第二電極包含本發明的導電性玻璃。 5 鲁 10 15 ❹ 20 本發明亦提供一製備用於染料敏化太陽能電池的導電 性玻璃之方法，其包含下列步驟：提供一玻璃基材；形成 多數個金屬線於玻璃基材上；形成一透明導電性材料層於 玻璃基材及金屬線上。 有利效應 根據本發明之用於染料敏化太陽能電池的導電性玻璃 及其裝備方法，可減低一導電性玻璃的電阻以改良電性性 質。並且’藉由將導電性玻璃基材施加至一染料敏化太陽 能電池係可降低原料成本’並便利於製程設備的同軸式組 成。並且，由於光電極巾所包含的多重金屬線造成之擴散， 可增高太陽能電池的日光吸收因此提供一高效率的染料敏 化太陽能電池。 圖式簡單說明 第旧為顯示根據本發明的-實施例之^於染料敏 化太陽能電池的導電性玻璃之橫剖面的橫剖視圖； 第2圖為顯示根據本發明的不同實施例之金屬線的不 同配置之平面圖， 第3圖示意地顯示根據本發明的—實施例之包含一導 電性玻璃的染料敏化太陽能電池之橫剖面； 第4圖示意地顯示根據本發明的—實施例之一用於染 5 200939484 料敏化太陽能電池的導電性玻璃之製備方法； 第5圖為放大顯示根據本發明的一實施例之一用於染 料敏化太陽能電池的導電性玻璃之照片。 t貧施方式3 5 發明模式 現在將參照圖式詳細地說明本發明。 本發明係有關一用於染料敏化太陽能電池的導電性玻 璃，其包含一玻璃基材（ίο)，多數個形成於玻璃基材（丨〇)上 之金屬線(20)，及一形成於玻璃基材（10)及金屬線(20)上之 〇 10 透明導電性材料層（30)。 確切來說，根據本發明之用於染料敏化太陽能電池的 導電性玻璃，不只TCO塗覆於玻璃基材上，且金屬線亦插 入透明導電性材料層與玻璃基材之間。因此，可顯著地減 小玻璃基材的電阻並盡量減小進入太陽能電池的入射光之 15 透射比降幅。此外，由於具有優良反射性質的多重金屬線 所造成之入射日光的擴散，可增高太陽能電池的日光吸 收。第1至3圖顯示其實施例。 © 第1圖顯示根據本發明的一實施例之一用於染料敏化 太陽旎電池的導電性玻璃之橫剖面，其中金屬線(20)形成於 20 一玻璃基材（10)上，而一透明導電性材料層（30)塗覆於其整 體表面上。 金屬線(20)有助於增高玻璃基材的導電度且因此金 屬線較佳彼此交叉、彼此平行、或構成—網目形式，其實 施例顯示於第2圖。確料說，第2圖為從上方觀看之玻璃 6 200939484 基材的平面圖，其中（a)顯示彼此平行配置之金屬線，⑼顯 示具有-網目形式之金屬線，而（c)顯示彼此交又之金屬 線。然而，這只供示範，且在具有網目形式或彼此交叉的 金屬線之案例中，角度應未必為直角。可使用該技藝已知 5的不同金屬作為金屬線，且金屬線較佳由具有優良導電度 的Ag製成，因為其可降低電阻。 可使用該技藝已知的不同Tc〇作為透明導電性材料， 且就製程穩定性及容易度來說偏好採用IT(WT〇。 在金屬線具有-網目形式之案例中，其較佳為格構形 H)狀，因為其就製造方便性及電性性f的均勻度來說為有 利。就製造及電性性質來說，較佳地，各格構具有（刚至 3_m)x(刚至細㈣的尺寸，且線的寬度為随％卿。 更佳地，各格構具有27〇μιη><27〇μηι尺寸，且線寬度為 22μηι。並且，線的厚度較佳為1〇μηι、更佳為知爪，藉以確 15 保膜厚度的均勻度。 本發明亦提供一包含如上文說明的導電性玻璃之染料 敏化太陽能電池，該導電性玻璃係包含一第一電極（1〇〇)， 其由透明電極組成；一第二電極(2〇〇)，其被合併至透明電 極(100)的底表面；及，一中間層，其包含第一電極(剛)與 20 第一電極(200)之間的氧化物半導體、染料(300)及電解質 (400)’其中第一電極（100)或第二電極(200)包含上文說明的 導電性玻螭。 本發明的染料敏化太陽能電池之一實施例係顯示於第 3圖中參照第3圖，第一電極及第二電極皆由根據本發明 7 200939484 之用於染料敏化的導電性玻璃構成。然而，只有第一電極 或第—電極可由本發明的導電性玻璃構成。 一般而言，一染料敏化太陽能電池係由一第一電極 (100)、-第三電極(細）、__包含氧化物半導體粒子及染料 5之層（3〇〇)、及一置於其底下的電解質層（400)構成。此外， 可進一步包含一擴散層（350)。其中第一電極可由本發明之 用於染料敏化太陽能電池的導電性玻璃構成；或第二電極 可由本發明的導電性玻璃構成，且在此例中，汛可塗覆於 其上以進一步包含Pt塗覆層（500)。 1〇 因此，由於如第3圖所示之入射光的擴散，可增高太陽 能電池的日光吸收。 本發明亦提供一製備如上文說明之用於染料敏化太陽 能電池的導電性玻璃之方法，其包含下列步驟：提供一玻 璃基材，形成多數個金屬線於玻璃基材上，及形成一透明 15 導電性材料層於玻璃基材及金屬線上。 如第2圖所示，金屬線(20)可彼此交又、彼此平行、或 構成一網目形式。可使用該技藝已知的不同金屬作為金屬 線’且較佳地，金屬線由Ag製成。 在金屬線由Ag製成的案例中，Ag膏較佳藉由葛瑞維亞 2〇 列印（Gravia printing)製作成彼此交叉、彼此平行、或構成 一網目形式的線。第4圖顯示其實施例。確切來說，導電膏、 較佳為Ag膏係被施加至一具有一圖案的葛瑞維亞(Gravia) 輥、被轉移至一毯輥、並被謄寫於玻璃基材上。然後，在 形成一透明導電性氧化物（TCO)層之前執行鍛燒（譬如， 200939484 550〜600°C，歷時10〜is分鐘），且加熱經形成的TC〇層。tc〇 形成後的加熱作用係使T C Ο結晶藉以增加其硬度。 為了形成-透明導電性材料層，可藉由該技藝已知的 不同塗覆方法來塗覆該技藝已知的不同導電性材料。較佳 5使用0氣相沉積諸如CVD ’ W濺鍍，或出)濕沉積諸如旋塗 等。可使用不同的TCO作為導電性塗覆材料，且較佳使用 ITO或FTO。透明導電性材料層因為用來作為導電性保護 層，所以其較佳形成為100至200人的厚度。 © 具有如第5圖所示網目形式（顯示鍛燒後的網目形式）的 10 Ag金屬線係如上文說明利用Ag膏藉由葛瑞維亞（Gravia)列 印形成，且FTO在其上形成為1〇〇至2〇〇人的厚度，且藉由將 4點探針施加至42吋玻璃基材來測量玻璃基材的薄片電 阻。結果，獲得如下表1所示的薄片電阻，且平均值為近似 0.30至0.36 Ω/sq，其遠低於只施MFT〇時所獲得的1〇 Ω/叫 15 薄片電阻。

基材 點1 點2 #1 0.37 0.34 #2 0.23 0.33 #3 0.27 0.36 #4 0.33 0.38 #5 0.32 0.39

本發明不限於上述範例及附圖，且一般熟習該技藝者 可作出不同修改或更改而不脫離如申請專利範圍所描述之 本發明的態樣與範圍。 產業利用性 9 20 200939484 根據本發明之用於染料敏化太陽能電池的導電性玻璃 及其製備方法，可減低導電性玻璃的電阻以改良電性性 質。並且，藉由將導電性玻璃基材施加至一染料敏化太陽 能電池係可降低原料成本，並便利於製程設備的同軸式組 5 成。並且’由於光電極中所包含的多重金屬線造成之擴散， 可增高太陽能電池的日光吸收藉以提供一高效率的染料敏 化太陽能電池。 【圖式簡單說明3

第1圖為顯示根據本發明的一實施例之一用於染料敏 10 化太陽能電池的導電性玻璃之橫剖面的橫剖視圖； 第2圖為顯示根據本發明的不同實施例之金屬線的不 同配置之平面圖； 第3圖示意地顯示根據本發明的一實施例之包含一導 電性玻璃的染料敏化太陽能電池之橫剖面； 15 第4圖示意地顯示根據本發明的一實施例之一用於染 料敏化太陽能電池的導電性玻璃之製備方法； 〇 第5圖為放大顯示根據本發明的一實施例之一用於染 料敏化太陽能電池的導電性玻璃之照片。 【主要元件符號說明】 300…氧化物半導體及染料 350…擴散層 400···電解質 500…Pt塗覆層 10…玻璃基材 20…金屬線 30…透明導電性材料層 100…第一電極 200…第二電極 10

Claims (1)

1. 200939484 七、申請專利範圍： 1- 一種用於染料敏化太陽能電池之導電性玻璃，包含： 一玻璃基材； 多數個金屬線，其形成於該玻璃基材上；及 5 一透明導電性材料層，其形成於該玻璃基材及該等 金屬線上。 2.如申請專利範圍第丨項之用於染料敏化太陽能電池的導 電性玻璃，其中該等金屬線由Ag製成，其彼此交叉、彼 此平行、或構成一網目形式。 ίο 3·如申請專利範圍第1項之用於染料敏化太陽能電池的導 電性玻璃’其中該透明導電性材料為ITO或FTO。 4. 如申請專利範圍第2項之用於染料敏化太陽能電池的導 電性玻璃，其中該網目形式為格構形狀，其中各格構為 (100至300μηι)χ(100至300帅)尺寸，該線的寬度為1〇至 15 30μιη，且該線的最大值厚度為ΙΟμηι。 5. —種染料敏化太陽能電池，包含： 一第〆電極，其由一透明電極組成； -第二電極，其合併JL該透明電極的底表面；及 一中間層，其包含該第—電極與該第二電極之間的 20 氧化物半導體、染料及電解質， 其中該第-電極或該第二電極包含根據申請專利 範圍第1炱4項中任一項之導電性玻璃。 6· -種用於製備-用於染料敏化太陽能電池的導電性玻 璃之方法’該方法包含下列步驟： 200939484 提供一玻璃基材； 形成多數個金屬線於該玻璃基材上；及 形成一透明導電性材料層於該玻璃基材及該等金 屬線上。 5 7.如申請專利範圍第6項之方法，其中該等金屬線由Ag(銀） 製成，其彼此交叉、彼此平行、或構成一網目形式。 8.如申請專利範圍第7項之方法，其中該Ag(銀)係藉由Ag 膏的葛瑞維亞列印（Gravia Printing)製成彼此交叉、彼此 平行、或構成一網目形式之線。 β 10 9.如申請專利範圍第6項之方法，其中該透明導電性材料 為 ΙΤΟ 或 FTO。 10.如申請專利範圍第9項之方法，其中該透明導電性材料 層由下列形成：i)氣相沉積，ii)濺鍍，或iii)濕沉積諸如 旋塗。 15 〇 12