TW201324796A - 染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法 - Google Patents

染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201324796A
TW201324796A TW100144241A TW100144241A TW201324796A TW 201324796 A TW201324796 A TW 201324796A TW 100144241 A TW100144241 A TW 100144241A TW 100144241 A TW100144241 A TW 100144241A TW 201324796 A TW201324796 A TW 201324796A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
dye
solar cell
light
sensitized solar
Prior art date
Application number
TW100144241A
Other languages
English (en)
Inventor
Jih-Jen Wu
wei-ting Jiang
Original Assignee
Of Energy Ministry Of Economic Affairs Bureau
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 Of Energy Ministry Of Economic Affairs Bureau filed Critical Of Energy Ministry Of Economic Affairs Bureau
Priority to TW100144241A priority Critical patent/TW201324796A/zh
Priority to EP12179418.4A priority patent/EP2600365A2/en
Publication of TW201324796A publication Critical patent/TW201324796A/zh

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
    • H01G9/209—Light trapping arrangements
    • 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
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/204—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising zinc oxides, e.g. ZnO
    • 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
    • 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
    • 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)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一種染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法，其包含下列步驟：由醋酸鋅、強鹼與水混合成一反應溶液；將一透明基板浸入該反應溶液中，其中該透明基板具有一奈米結構層；以及在室溫下以每分鐘500至1500轉之高速攪拌該反應溶液，以提供一高轉速流場使醋酸鋅與強鹼反應，並在該奈米結構層上成長出一層氧化鋅片狀結構，以做為一光散射層。藉此，本發明可提供簡單、快速且低成本的光散射層製作方法，並可提高染料敏化太陽能電池之光利用率。

Description

染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法
本發明係關於一種染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法，特別是關於一種以氧化鋅片狀結構做為光散射層之染料敏化太陽能電池以及該光散射層之製作方法。
太陽能電池(solar cell)，又稱為光伏電池(photovoltaic cell)，其是一種可將太陽光能轉換成電能之光電元件。若依電池的材料及運作原理來區分，可概分為矽晶圓太陽能電池、非晶矽太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池、鎘鍗薄膜太陽能電池、矽薄膜太陽能電池及染料敏化太陽能電池等，其中由於染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)具有製程簡易、可量產化及可使用低成本材料等優勢，因此其已被視為下一世代太陽能電池的重要選項之一，於是近年來學術界或產業界不斷的對其進行研究、開發與改良，以期提升其各種光電性能。目前，在1 cm2以下之小尺寸染料敏化太陽能電池上，其光電轉換效率已可發展達到10至11%左右，因此染料敏化太陽能電池在未來實用化及量產普及化方面確實已具備良好的發展基礎。
請參照第1圖所示，其概要揭示一種現有染料敏化太陽能電池之分層結構示意圖，其中該分層結構由下而上依序包含：一第一基板11、一第一透明導電膜12、一層二氧化鈦顆粒薄膜13、一電解液層14、一白金鍍膜15、一第二透明導電膜16及一第二基板17，且其周圍係利用二樹脂間隔件18加以密封、支撐及間隔。再者，該分層結構使用的單分子染料會以其酸基吸附在該二氧化鈦顆粒薄膜13上，以提供染料光電轉化效應，由染料吸收光子而激發出電子，並經由該二氧化鈦顆粒薄膜13傳導至該第一透明導電膜12，同時該二氧化鈦顆粒薄膜13則接受該電解液層14中的電子達成平衡穩定的狀態。因此，該第一基板11上之第一透明導電膜12可做為陰極，及該第二基板17上之白金鍍膜15與第二透明導電膜16可做為陽極。
另外，就該二氧化鈦顆粒薄膜13或其他奈米結構薄膜來說，二氧化鈦或其他具有寬能帶的半導體材料之主要功能為提供光感染料的載體與電荷傳輸的功能。為了延長光線在該二氧化鈦顆粒薄膜13內傳遞的路徑長度，也可以另外在該二氧化鈦顆粒薄膜13上再塗佈一層光散射層(light scattering layer)，以便使入射光可以不規則散射到二氧化鈦顆粒晶體之間，以增加染料對光的吸收量，同時也可增加染料在二氧化鈦上的填充與吸附效果。例如，可以製作一層大粒徑的二氧化鈦顆粒(粒徑約100-450 nm)，以增加光散射效應與染料可吸附之比表面積，並提供大孔隙特性。
然而，要如同上述般將較大粒徑之二氧化鈦顆粒或其他奈米顆粒塗佈於電子傳輸層(二氧化鈦顆粒薄膜13)之上，現行做法大多是經商業上取得或以自行合成的方式來製做奈米顆粒，但其合成步驟繁瑣，而且塗佈完成後仍需高溫燒結方可增進彼此間與電子傳輸層間之附著性，使得整體製程時間過長及製造成本不易降低。
故，有必要提供一種改良之染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法，其係使氧化鋅之前驅物(如醋酸鋅)及強鹼之反應溶液藉由室溫化學浴法及特定的高轉速流場作用下於奈米結構基材上成長出片狀結構，氧化鋅之片狀結構有別於奈米結構層之晶體結構(如氧化鋅奈米線陣列層或二氧化鈦奈米顆粒薄膜層)並可做為光散射層，因此本發明可提供製程簡單、快速且低成本的光散射層製作方法，並為染料敏化太陽能電池之光電極(奈米結構層與其吸附之染料分子)提供更高之光利用率。本發明不需價格昂貴之設備，也不需高耗能之製程。相較於傳統製備光散射層之製程，可大幅降低製程所需時間及經費。以本發明製備之氧化鋅片狀結構做為光散射層，確實可提升傳統僅以奈米結構層為光電極所得較低之光電轉換效率。
為達上述之目的，本發明提供一種染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其包含步驟：由醋酸鋅、強鹼與水混合成一反應溶液；將一透明基板浸入該反應溶液中，其中該透明基板具有一奈米結構層；以及在室溫下以每分鐘500至1500轉(即500-1500 RPM)之高速攪拌該反應溶液，以提供一高轉速流場使醋酸鋅與強鹼反應，並在該奈米結構層上成長出一層氧化鋅片狀結構，以做為一光散射層。
在本發明之一實施例中，在由醋酸鋅、強鹼與水混合成該反應溶液的步驟中，係包含：將醋酸鋅與強鹼加入水中，混合成為一原溶液；對該原溶液進行冰浴備用；以及將該原溶液加水稀釋成該反應溶液。
在本發明之一實施例中，該原溶液係在4毫升之水中包含0.4至0.6 M(莫耳濃度)的醋酸鋅及3至5 M的強鹼。
在本發明之一實施例中，該原溶液係加水稀釋10倍而成為該反應溶液。
在本發明之一實施例中，強鹼選自氫氧化鈉或氫氧化鉀。
在本發明之一實施例中，該透明基板為一透明導電氧化物(TCO)玻璃或一透明導電氧化物高分子薄膜。
在本發明之一實施例中，該奈米結構層為氧化鋅奈米線陣列層或二氧化鈦奈米顆粒薄膜層。
在本發明之一實施例中，該奈米結構層係一奈米線陣列層，該奈米線陣列層排列有數根奈米線，且至少一部份之該奈米線的表面上成長有氧化鋅片狀結構。
在本發明之一實施例中，該奈米結構層之厚度介於3至10微米(μm)之間；及該光散射層之厚度介於300奈米(nm)至1微米之間。
再者，為達上述之目的，本發明另提供一種染料敏化太陽能電池，其包含：一透明基板，具有一透明導電膜；一奈米結構層，成長在該透明基板之透明導電膜上；以及一光散射層，成長在該奈米結構層上，該光散射層為一層氧化鋅片狀結構。
在本發明之一實施例中，該透明基板為一透明導電氧化物玻璃或一透明導電氧化物高分子薄膜。
在本發明之一實施例中，該奈米結構層為氧化鋅奈米線陣列層或二氧化鈦奈米顆粒薄膜層。
在本發明之一實施例中，該奈米結構層係一奈米線陣列層，該奈米線陣列層排列有數根奈米線，且至少一部份之該奈米線的表面上成長有氧化鋅片狀結構。
在本發明之一實施例中，該奈米結構層之厚度介於3至10微米之間；及該光散射層之厚度介於300奈米至1微米之間。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」或「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參照第2A、2B、2C及3圖所示，本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法主要包含下列步驟：(S01)、由醋酸鋅、強鹼與水混合成一反應溶液23；(S02)、將一透明基板30浸入該反應溶液23中，其中該透明基板30具有一奈米結構層31；以及(S03)、在室溫下以每分鐘500至1500轉之高速攪拌該反應溶液23，以提供一高轉速流場使醋酸鋅與強鹼反應，並在該奈米結構層31上成長出一層氧化鋅片狀結構321，以做為一光散射層32。本發明將於下文利用第2A至3圖逐一詳細說明較佳實施例之上述各步驟的實施細節及其原理。
請參照第2A、2B及2C圖所示，本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法之步驟(S01)係：由醋酸鋅、強鹼與水混合成一反應溶液23。在本步驟中，本發明係可先將醋酸鋅(Zn(CH3COO)2)與強鹼加入水中，混合成為一濃度較高之原溶液21；接著，將裝有該原溶液21之容器置入一冰浴槽22中，以對該原溶液21進行冰浴，如此可以暫時保存該原溶液21備用；等到需要進行後續步驟時，再將該原溶液21加水稀釋成該反應溶液23。例如，上述強鹼可選自氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)。該原溶液21例如係可在4毫升(ml)之水中包含0.4至0.6 M(莫耳濃度)的醋酸鋅及3至5 M的強鹼(如氫氧化鈉)。在需要使用時，則使該原溶液21加水稀釋10倍至40 ml，因而稀釋成為該反應溶液23。
請參照第2C圖所示，本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法之步驟(S02)係：將一透明基板30浸入該反應溶液23中，其中該透明基板30具有一奈米結構層31。在本步驟中，該透明基板30可以選自一透明導電氧化物(TCO)玻璃或一透明導電氧化物高分子薄膜，若為後者，則高分子薄膜可以是各種可撓式塑料基板，例如聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚奈二甲酸二乙醇酯(PEN)或聚亞醯胺(polyimide)板。該透明基板30上預先形成有一透明導電膜301，接著再於該透明導電膜301上形成適當形態之奈米結構層31，例如為氧化鋅(ZnO)奈米線陣列層或二氧化鈦(TiO2)奈米顆粒薄膜層。
在本實施例中，本發明係以氧化鋅奈米線陣列層做為奈米結構層31，其包含許多規則或不規則排列之長直線形的氧化鋅奈米線311，同時該奈米結構層31之厚度(即該氧化鋅奈米線311之高度)大致介於3至10微米(μm)之間，及該氧化鋅奈米線311之直徑大約介於50至100奈米之間。在將該透明基板30浸入該反應溶液23之前，也可以利用鐵氟龍(PTFE)膠帶將不需進行下述反應之基板區域貼上，以免形成過大面積且不必要之氧化鋅片狀結構。
請參照第2C及3圖所示，本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法之步驟(S03)係：在室溫下以每分鐘500至1500轉之高速攪拌該反應溶液23，以提供一高轉速流場使醋酸鋅與強鹼反應，並在該奈米結構層31上成長出一層氧化鋅片狀結構321，以做為一光散射層32。在本步驟中，為了使醋酸鋅與強鹼反應後不會產生氧化鋅之奈米柱、奈米線或奈米針等非片狀結構，本發明必需使醋酸鋅與強鹼在500至1500 RPM之高轉速流場下進行反應，如此方能確保兩者在反應後成長出一層許多規則或不規則排列之氧化鋅片狀結構321，其中成長後之所述氧化鋅片狀結構321可用以做為一光散射層32，其厚度較佳介於300奈米至1微米之間。
再者，本發明可以在該反應溶液23之容器中置入一磁性攪拌子24，並將該反應溶液23之容器放置在一內部有磁性轉盤之攪拌裝置上，如此即可利用該攪拌裝置帶動該磁性攪拌子24進行高速轉動攪拌，以便提供每分鐘500至1500轉之高轉速流場，例如為1000 RPM。另外，上述反應可以直接在室溫下進行，其中本發明所指之室溫係指在25℃左右之常溫，例如在15至35℃之間的溫度。在反應完成後，可在該奈米結構層31上成長出一層氧化鋅片狀結構321，以做為該光散射層32。接著，具有該奈米結構層31及氧化鋅片狀結構32之透明基板30即可進一步用於製作染料敏化太陽能電池所需之其他疊層結構，以便完成染料敏化太陽能電池產品之製作。值得注意的是，當該奈米結構層31係一奈米線陣列層，該奈米線陣列層排列有數根奈米線(如氧化鋅奈米線311)，且至少一部份之該奈米線的晶柱表面上可能同時伴隨成長有隨機散佈排列之少量的氧化鋅片狀結構321。
請參照第3圖所示，本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之整體分層結構大致包含：一透明基板30、一透明導電膜301、一奈米結構層31、一光散射層32、一電解液層33、一白金鍍膜34、另一透明導電膜35及另一透明基板36，且該分層結構之周圍係利用二樹脂間隔件37加以密封、支撐及間隔。該透明基板30可以選自一透明導電氧化物(TCO)玻璃或一透明導電氧化物高分子薄膜。該透明導電膜301即為形成在該透明基板30上之透明電極層，且是做為陽極使用。該奈米結構層31成長在該透明基板30之透明導電膜301上，在此例如可以為一層氧化鋅奈米線陣列層，其包含許多長直線形的氧化鋅奈米線311。該光散射層32成長在該奈米結構層31上，該光散射層32為一層由許多氧化鋅片狀結構321散佈排列而成之薄膜，且至少一部份之該氧化鋅奈米線311的晶柱表面上可能也同時成長有隨機散佈排列之少量的氧化鋅片狀結構321，也就是可以將該奈米結構層31視為是氧化鋅奈米線311及氧化鋅片狀結構321之複合結構層。
再者，該電解液層33內例如包含參與氧化還原反應所需之碘離子電解液。同時，在該電解液層33及奈米結構層31之間具有染料敏化太陽能電池常用的染料分子(未繪示)，該些染料分子會填充在該奈米結構層31之氧化鋅奈米線311或該光散射層32之氧化鋅片狀結構321的晶體之間的空隙內，並附著於兩者晶體的表面上。該白金鍍膜34具有高催化活性及高反光效果，可以促使三碘錯離子(I3 -)還原為碘離子(I-)，並可反射太陽光。該透明導電膜35及透明基板36的構造及作用則相似於該透明基板30及透明導電膜301，但該透明導電膜35是做為陰極使用。
請參照第4A及4B圖所示，其揭示本發明於奈米結構層上製作光散射層製作之前在上視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖，其中第4A及4B圖之透明基板30(即對照組NW2)上僅具有該奈米結構層31，該奈米結構層31具有規則或不規則排列之長直線形的氧化鋅奈米線311，其厚度(高度)約為3.0至3.2微米(μm)，及其直徑大約介於50至100奈米之間。
請參照第4C及4D圖所示，其揭示本發明於奈米結構層上製作光散射層製作之前在上視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖，其中第4C及4D圖之透明基板30(即實驗組NW1-S)上則具有該奈米結構層31及光散射層32，該奈米結構層31之尺寸同上；該光散射層32即為一層許多規則或不視則排列之氧化鋅片狀結構321之厚度則約為1微米，同時至少一部份之該氧化鋅奈米線311的晶柱表面上也成長有隨機散佈排列之少量的氧化鋅片狀結構321。
請參照第5圖所示，其揭示本發明於奈米結構層上製作光散射層製作之前(NW-1、NW-2)及之後(NW1-S)之漫反射率(diffuse reflectance)曲線圖，其中對照組NW-1為實驗組NW1-S在成長該光散射層32之前所量測取得的曲線數值；對照組NW-2為僅具有該奈米結構層31之透明基板30(實質相同於NW-1)所量測取得的另一曲線數值；及實驗組NW1-S為在成長該光散射層32之後所量測取得的曲線數值。由比較第5圖之漫反射率曲線可知，實驗組NW1-S在成長該光散射層32之後，其對於400nm以上波長的光線有顯著的漫反射率提升。
請參照第6圖所示，其揭示本發明量測不具光散射層(NW-2)及具有光散射層(NW1-S)之染料敏化太陽能電池樣本取得之光電轉換效率曲線圖，其係將上述對照組NW-2及實驗組NW1-S之透明基板30進一步製做成如第3圖所示之完整染料敏化太陽能電池分層結構後，再對其進行光電轉換效率之量測。由比對第6圖之光電轉換效率曲線及下表1之相關數值可知，實驗組NW1-S在成長該光散射層32之後，其對於光電轉換效率也有顯著的提升。
請參照第7圖所示，其揭示本發明量測不具光散射層(NW-2)及具有光散射層(NW1-S)之染料敏化太陽能電池樣本取得之外部量子效率(IPCE)曲線圖，其中由比對第7圖之外部量子效率曲線可知，實驗組NW1-S在成長該光散射層32之後，其對於外部量子效率也有顯著的提升。
另一方面，為了確認在室溫下以多少轉速攪拌該反應溶液23可以在該奈米結構層31上成長出適當之氧化鋅片狀結構321，因此如第8A及8B圖所示，其係為本發明使用500RPM之高轉速流場於該奈米結構層31上製作該光散射層32之後在俯視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖；以及如第9A及9B圖所示，其係為本發明使用1500RPM之高轉速流場於該奈米結構層31上製作該光散射層32之後在俯視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖，由第8A至9B圖可知，本發明在室溫下以每分鐘500至1500轉之高速攪拌該反應溶液23，皆可順利成長出一層氧化鋅片狀結構321，以做為一光散射層32。同時，該轉速範圍能避免成長出氧化鋅之奈米柱、奈米線或奈米針等非片狀結構。再者，至少一部份之該氧化鋅奈米線311的晶柱表面上可能也同時成長有隨機散佈排列之少量的氧化鋅片狀結構321。
在本發明之另一實施方式中，請參照第10A及10B圖所示，該透明導電膜301上之奈米結構層31也可以預先選自二氧化鈦(TiO2)之奈米顆粒薄膜層41。接著，該奈米顆粒薄膜層41同樣可以如第2C圖般在將其透明基板浸入該反應溶液23之後，利用在室溫下以每分鐘500至1500轉之高速攪拌該反應溶液23之方式，在該奈米顆粒薄膜層41上順利成長出一層氧化鋅片狀結構，以做為一光散射層42。該奈米顆粒薄膜層41包含許多之規則或不規則排列之二氧化鈦奈米顆粒，且其薄膜厚度(高度)約為3.0至3.5微米(μm)，由於二氧化鈦奈米顆粒排列的較為緻密，因此基本上並沒有在該奈米顆粒薄膜層41成長出氧化鋅片狀結構。
如上所述，相較於現有以大粒徑二氧化鈦顆粒塗佈於電子傳輸層之上存在合成步驟繁瑣且塗佈完成後仍需高溫燒結而使整體製程時間過長及製造成本不易降低等缺點，第2A至10B圖之本發明係使氧化鋅之前驅物(如醋酸鋅)及強鹼之反應溶液藉由室溫化學浴法及特定的高轉速流場作用下於奈米結構基材上成長出片狀結構，氧化鋅之片狀結構有別於奈米結構層之晶體結構(如氧化鋅奈米線陣列層或二氧化鈦奈米顆粒薄膜層)並可做為光散射層，因此本發明可提供製程簡單、快速且低成本的光散射層製作方法，並為染料敏化太陽能電池之光電極(奈米結構層與其吸附之染料分子)提供更高之光利用率。本發明不需價格昂貴之設備，也不需高耗能之製程。相較於傳統製備光散射層之製程，可大幅降低製程所需時間及經費。以本發明製備之氧化鋅片狀結構做為光散射層，確實可提升傳統僅以奈米結構層為光電極所得較低之光電轉換效率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
11．．．第一基板
12．．．第一透明導電膜
13．．．二氧化鈦顆粒薄膜
14．．．電解液層
15．．．白金鍍膜
16．．．第二透明導電膜
17．．．第二基板
18．．．樹脂間隔件
21．．．原溶液
22．．．冰浴槽
23．．．反應溶液
30．．．透明基板
301．．．透明導電膜
31．．．奈米結構層
311．．．氧化鋅奈米線
32．．．光散射層
321．．．氧化鋅片狀結構
33．．．電解液層
34．．．白金鍍膜
35．．．透明導電膜
36．．．透明基板
37．．．樹脂間隔件
41．．．奈米顆粒薄膜層
42．．．光散射層
第1圖：一種現有染料敏化太陽能電池之分層結構示意圖。
第2A、2B及2C圖：本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法之流程示意圖。
第3圖：本發明較佳實施例之染料敏化太陽能電池之分層結構示意圖。
第4A及4B圖：本發明於奈米結構層上製作光散射層製作之前在上視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖。
第4C及4D圖：本發明於奈米結構層上製作光散射層製作(轉速1000RPM)之後在俯視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖。
第5圖：本發明於奈米結構層上製作光散射層製作之前(NW-1、NW-2)及之後(NW1-S)之漫反射率曲線圖。
第6圖：本發明量測不具光散射層(NW-2)及具有光散射層(NW1-S)之染料敏化太陽能電池樣本取得之光電轉換效率曲線圖。
第7圖：本發明量測不具光散射層(NW-2)及具有光散射層(NW1-S)之染料敏化太陽能電池樣本取得之外部量子效率曲線圖。
第8A及8B圖：本發明使用500RPM之高轉速流場於奈米結構層上製作光散射層製作之後在俯視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖。
第9A及9B圖：本發明使用1500RPM之高轉速流場於奈米結構層上製作光散射層製作之後在俯視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖。
第10A及10B圖：本發明於另一種奈米結構層上製作光散射層製作之後在俯視及側視角度上之掃描式電子顯微照相圖。
30．．．透明基板
301．．．透明導電膜
31．．．奈米結構層
311．．．氧化鋅奈米線
32．．．光散射層
321．．．氧化鋅片狀結構
33．．．電解液層
34．．．白金鍍膜
35．．．透明導電膜
36．．．透明基板
37．．．樹脂間隔件

Claims (14)

  1. 一種染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其包含步驟：由醋酸鋅、強鹼與水混合成一反應溶液；將一透明基板浸入該反應溶液中，其中該透明基板具有一奈米結構層；以及在室溫下以每分鐘500至1500轉之高速攪拌該反應溶液，以提供一高轉速流場使醋酸鋅與強鹼反應，並在該奈米結構層上成長出一層氧化鋅片狀結構，以做為一光散射層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中在由醋酸鋅、強鹼與水混合成該反應溶液的步驟中，係包含：將醋酸鋅與強鹼加入水中，混合成為一原溶液；對該原溶液進行冰浴備用；以及將該原溶液加水稀釋成該反應溶液。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中該原溶液係在4毫升之水中包含0.4至0.6 M的醋酸鋅及3至5 M的強鹼。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中該原溶液係加水稀釋10倍而成為該反應溶液。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中強鹼選自氫氧化鈉或氫氧化鉀。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中該透明基板為一透明導電氧化物玻璃或一透明導電氧化物高分子薄膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中該奈米結構層為氧化鋅奈米線陣列層或二氧化鈦奈米顆粒薄膜層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中該奈米結構層係一奈米線陣列層，該奈米線陣列層排列有數根奈米線，且至少一部份之該奈米線的表面上成長有氧化鋅片狀結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之染料敏化太陽能電池之光散射層製作方法，其中該奈米結構層之厚度介於3至10微米之間；及該光散射層之厚度介於300奈米至1微米之間。
  10. 一種染料敏化太陽能電池，其包含：一透明基板；一奈米結構層，成長在該透明基板上；以及一光散射層，成長在該奈米結構層上，該光散射層為一層氧化鋅片狀結構。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之染料敏化太陽能電池，其中該透明基板為一透明導電氧化物玻璃或一透明導電氧化物高分子薄膜。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之染料敏化太陽能電池，其中該奈米結構層為氧化鋅奈米線陣列層或二氧化鈦奈米顆粒薄膜層。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之染料敏化太陽能電池，其中該奈米結構層係一奈米線陣列層，該奈米線陣列層排列有數根奈米線，且至少一部份之該奈米線的表面上成長有氧化鋅片狀結構。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之染料敏化太陽能電池，其中該奈米結構層之厚度介於3至10微米之間；及該光散射層之厚度介於300奈米至1微米之間。
TW100144241A 2011-12-01 2011-12-01 染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法 TW201324796A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100144241A TW201324796A (zh) 2011-12-01 2011-12-01 染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法
EP12179418.4A EP2600365A2 (en) 2011-12-01 2012-08-06 Dye-sensitized solar cell and method for forming light-scattering layer thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100144241A TW201324796A (zh) 2011-12-01 2011-12-01 染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201324796A true TW201324796A (zh) 2013-06-16

Family

ID=46924225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100144241A TW201324796A (zh) 2011-12-01 2011-12-01 染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2600365A2 (zh)
TW (1) TW201324796A (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9214288B2 (en) * 2013-09-05 2015-12-15 National Cheng Kung University Flexible photo-anode of dye-sensitized solar cell and manufacturing method thereof
KR101493477B1 (ko) * 2013-12-23 2015-02-16 전남대학교산학협력단 광 산란층을 갖는 광전극 및 이의 원－포트 합성법
CN105428072A (zh) * 2015-11-24 2016-03-23 吉林大学 中空球结构的多孔ZnO纳米晶薄膜、制备方法及应用
CN110491680B (zh) * 2019-08-11 2021-07-27 五邑大学 一种三维氮化钛纳米线材料的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
EP2600365A2 (en) 2013-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yuan et al. Polymer-mediated self-assembly of TiO2@ Cu2O core–shell nanowire array for highly efficient photoelectrochemical water oxidation
Pan et al. The photovoltaic conversion enhancement of NiO/Tm: CeO2/SnO2 transparent pn junction device with dual-functional Tm: CeO2 quantum dots
Oh et al. TiO2 branched nanostructure electrodes synthesized by seeding method for dye-sensitized solar cells
Wang et al. Hierarchical SnO2 nanostructures: recent advances in design, synthesis, and applications
Zheng et al. Nearly monodisperse CuInS2 hierarchical microarchitectures for photocatalytic H2 evolution under visible light
Wang et al. Microwave-assisted synthesis of SnO2 nanosheets photoanodes for dye-sensitized solar cells
Guo et al. Hierarchical TiO 2–CuInS 2 core–shell nanoarrays for photoelectrochemical water splitting
Liu et al. Performance of ZnO dye-sensitized solar cells with various nanostructures as anodes
Zhu et al. A facile approach to construct multiple structured ZnO crystals by trisodium citrate-assisted hydrothermal growth toward performance enhancement of dye-sensitized solar cells
Zhu et al. Crack-free hematite inverse opal photo-anodes for enhancing photo-electrochemical water splitting
Liu et al. Preparation and photovoltaic properties of dye-sensitized solar cells based on zinc titanium mixed metal oxides
Wang et al. Facile fabrication of hierarchical SnO2 microspheres film on transparent FTO glass
US20130284257A1 (en) Microlens array for solar cells
Cui et al. Preparation of anatase TiO2 microspheres with high exposure (001) facets as the light-scattering layer for improving performance of dye-sensitized solar cells
Tu et al. Study on the fabrication and photovoltaic property of TiO2 mesoporous microspheres
Li et al. Nanostructured SnO 2 photoanode-based dye-sensitized solar cells
TW201324796A (zh) 染料敏化太陽能電池及其光散射層製作方法
Shin et al. Highly transparent dual-sensitized titanium dioxide nanotube arrays for spontaneous solar water splitting tandem configuration
TWI448432B (zh) 介孔洞二氧化鈦球珠及其製備方法
Cao et al. Microwave-enhanced synthesis of Cu3Se2 nanoplates and assembly of photovoltaic CdTe− Cu3Se2 clusters
Wang et al. Solvothermal growth of Zn 2 SnO 4 for efficient dye-sensitized solar cells
CN104282440A (zh) 一种硫族量子点敏化氧化物半导体光阳极的制备方法
Sarvari et al. Influence of photoanode architecture on light scattering mechanism and device performance of dye-sensitized solar cells using TiO2 hollow cubes and nanoparticles
CN101293742B (zh) 一种金红石纳米棒阵列膜的制备方法
TWI443847B (zh) 光電極及其製備方法