TW201818577A - 染料敏化太陽能電池及其製造方法 - Google Patents
染料敏化太陽能電池及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201818577A TW201818577A TW105135712A TW105135712A TW201818577A TW 201818577 A TW201818577 A TW 201818577A TW 105135712 A TW105135712 A TW 105135712A TW 105135712 A TW105135712 A TW 105135712A TW 201818577 A TW201818577 A TW 201818577A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- graphene
- dye
- sensitized solar
- solar cell
- counter electrode
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Y02E10/549—Organic PV 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
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
本發明提供一種染料敏化太陽能電池及其製造方法。本發明之染料敏化太陽能電池包含一複合對電極、一工作電極及一電解質,其中該複合對電極包含一鉑金層以及設置在該鉑金層之多孔隙石墨烯層。由於該多孔隙石墨烯層具有多孔隙,因此可增加電子傳遞,以提高染料敏化太陽能電池之轉換效率。
Description
本發明提供一種染料敏化太陽能電池及其製造方法,包含具有高傳導性之複合對電極,其具有多孔隙石墨烯層設置在鉑金層之上,以增加電子傳遞用之孔隙。
染料敏化太陽能電池具有環保、製造成本低、不受高溫環境影響、具有透明性及能作為可撓性電池之優勢,已被廣泛應用且係產業上積極發展的一項技術。
染料敏化太陽能電池主要結構包含工作電極、電解質及對電極依序設置在二透明導電基板之間。其中,光敏化劑(或稱光染料)係吸附於工作電極上,以吸收光能並轉變為電能。而如何能有效增加染料敏化太陽能電池的光電轉換效率及穩定性,基板、工作電極、電解質及對電極之材質及結構特性則為決定性的因素。
基本上,工作電極為半導體奈米材料,常見如二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)及氧化錫(SnO2)。由於光敏化劑分布於該半導體奈米材料之中,因此若該半導體奈米材料之表面積若越高,則吸附光的光敏化劑則越多;而若透明導電基板之穿透度越高,入射的光線越多,則可轉換的電能則越高。另外,常見對電極之材料包含有碳黑、鉑(Pt)及導電高分子, 例如PEDOT等材料可選擇。
目前,已有將石墨烯用於太陽能電池之技術領域。由於石墨烯為二維的碳材料,原子間相互連結形成蜂巢似的結構,並富含有電子,具有電子特性,可讓電子於層內自由遷移,因此具有良好的導電性。而將石墨烯用於染料敏化太陽能電池,便可有效提升光電轉換效率。
本發明者發現,石墨烯雖已被用於太陽能電池之領域,但石墨烯通常係以直接塗覆於太陽能電池之層間,形成一薄膜層,藉由其本身的孔洞進行電子傳輸。
然而,本發明者發現,若進一步將石墨烯以交疊方式形成於太陽能電池之層間,則不僅能藉由石墨烯本身的孔洞提供更高的反應表面積,提高光電流,更能藉由石墨烯交疊之間的接觸點形成完整電子通路,可加速電子傳輸,進而有效提升光電轉換效率。
即,本發明提供一種染料敏化太陽能電池,包含:一複合對電極,包含一鉑金層以及設置於該鉑金層上之多孔隙石墨烯層;一工作電極,其中該多孔隙石墨烯層位於該鉑金層與該工作電極之間;以及一電解質,位於該工作電極與該複合對電極之間。
於較佳實施例中,該黏著劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、纖維素或其等之混合物。
於較佳實施例中,該多孔隙石墨烯層內之孔隙大小為25~500nm。
於較佳實施例中,該複數個石墨烯之中空孔洞大小為之孔洞 為1nm~10μm。
於較佳實施例中,其中該工作電極係TiO2、SnO2及ZnO。
於較佳實施例中,其中該多孔隙石墨烯層之厚度為1~50μm。
本發明提供一種製備如上述之染料敏化太陽能電池用之複合對電極之方法,其包含:(a)提供一鉑金層;(b)將複數個石墨烯與一黏著劑混合得到石墨烯漿液;以及(c)將該石墨烯漿液塗覆至該鉑金層上後,烘乾該石墨烯漿液得到一多孔隙石墨烯層形成於該鉑金層上,形成該複合對電極。
於較佳實施例中,該複數個石墨烯與該黏著劑係透過超音波混合。
於較佳實施例中,該石墨烯漿液中,該複數個石墨烯之濃度為0.01~10wt%。
本發明提供一種染料敏化太陽能電池的製造方法,包含:(a)以本發明之方法製備一複合對電極;(b)提供一工作電極,其中該多孔性石墨烯層位於該鉑金層與該工作電極之間;以及(c)提供一電解質於該工作電極與該複合對電極之間。
1‧‧‧複合對電極
3‧‧‧多孔隙石墨烯層
5‧‧‧鉑金層
7‧‧‧石墨烯
9‧‧‧孔隙
11‧‧‧黏著劑
13‧‧‧石墨烯漿液
15‧‧‧導電基板
17‧‧‧工作電極
19‧‧‧電解質
圖1為本發明之染料敏化太陽能電池。
圖2為本發明之複合對電極。
圖3為本發明之製備染料敏化太陽能電池用之複合對電極之方法。
本發明提供一種染料敏化太陽能電池,包含:一複合對電極,包含一鉑金層以及設置於該鉑金層上之多孔隙石墨烯層;一工作電極,其中該多孔隙石墨烯層位於該鉑金層與該工作電極之間;以及一電解質,位於該工作電極與該複合對電極之間。如圖1所示,二導電基板15之間設有本發明之染料敏化太陽能電池,其包含複合對電極1、電解質19及工作電極17;其中,複合對電極1包含石墨烯層3及鉑金層5,且該石墨烯層3係具有多孔隙之特性。
上述之多孔隙石墨烯層3係透過黏著劑將複數個石墨烯彼此交疊黏附於該鉑金層5上。如圖2所示,複數個石墨烯7係彼此交疊黏附於該鉑金層5上,由黏著劑11所固定,複數個石墨烯7彼此之間有孔隙9,該孔隙9大小為25~500nm,例如25nm、30nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、或500nm;若該孔隙大小過小,則石墨烯7露出的催化活性中心過少而不佳;若石墨烯7孔隙果大,反而造成導電性低,因此石墨烯7之孔隙應以上述範圍為佳,才能提供較大的電解質吸附面積,並增加電子的傳遞效率,有效提升光電轉換效率。
上述之黏著劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、纖維素或其等之混合物。由於聚偏二氟乙烯(PVDF)及纖維素為用於製備多孔膜之材料,利於形成多孔隙的材質。此外,經發明人實驗發現,相較於使用其他聚合物,使用聚偏二氟乙烯(PVDF)及纖維素與石墨烯混合時,可製備出如上所定義 孔隙大小之石墨烯層,以利於電子傳遞。聚偏二氟乙烯(PVDF)及纖維素可混合搭配其他溶劑使用,例如水、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、甲基乙基酮、丙酮、四氫呋喃、四甲基脲、磷酸三甲酯、己烷、戊烷、苯、甲苯、甲醇、乙醇、四氯化碳、鄰-二氯苯、三氯乙烯、低分子量的聚乙二醇等脂肪族碳化氫、芳香族碳化氫、氯化碳化氫、或其他氯化有機液體等。
上述之複數個石墨烯之長度及寬度0.02~10μm,厚度約2~10nm,孔洞1nm~10μm及比表面積10m2/g~1000m2/g。該石墨烯之長度及寬度可例如0.02μm、1μm、3μm、5μm、7μm、或10μm。該石墨烯之厚度可例如2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm。該石墨烯上之孔洞可例如1nm、5nm、10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1.5μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm;比表面積可例如10m2/g、20m2/g、50m2/g、70m2/g、100m2/g、150m2/g、200m2/g、250m2/g、300m2/g、350m2/g、400m2/g、450m2/g、500m2/g、550m2/g、600m2/g、650m2/g、700m2/g、750m2/g、800m2/g、850m2/g、900m2/g、950m2/g或1000m2/g。
上述之工作電極可為TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3、CdS、ZnS、CdSe、GaP、CdTe、MoSe2、WO3、KTaO3、ZrO2、SrTiO3、WSe2、SiO2、CdS或其之组合,並以TiO2、SnO2及ZnO為佳。此外,該工作電極添加有光敏化劑,其包含有機金屬錯合物,例如有機釕金屬系列或紫質系列,或吲哚系列、香豆素系列、花青系列或羅丹明的有機染料。
上述之電解質可為通用的電解質,其包含液態電解質、膠態電解質或固態電解質。其中,電解質係使用氧化還原電解質,例如碘、鐵、錫、溴、鉻、蒽醌等氧化還原離子對霍奇等之組合,較佳為碘系及溴系電解質,例如碘化鉀、碘化二甲基丙基咪唑鎓、碘化鋰等或碘之混合物。本發明之電解液包含腈類、醯胺類、醚類、碳酸酯內酯、或其等之組合,例如乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈、苯甲腈、二乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、γ-丁內酯、或γ-戊內酯。另外,凝膠狀電解質係利用電解液中可添加凝膠化劑、聚合物等,呈現凝膠狀電解質;而固體電解質係使用氧化還原性的電解液搭配聚環氧乙烷衍生物等聚合物。
上述之該多孔隙石墨烯層之厚度為1~50μm,例如1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm。當該多孔隙石墨烯層之厚度低於10nm,無法有效產生孔隙,無法幫助電子傳輸,而高於200nm,由於石墨烯層過厚,則會降低電子傳輸,二者都會降低轉換效率。
本發明之製備上述之染料敏化太陽能電池用之複合對電極之方法,其包含:(a)提供一鉑金層;(b)將複數個石墨烯與一黏著劑混合得到石墨烯漿液;以及(c)將該石墨烯漿液塗覆至該鉑金層上後,烘乾該石墨烯漿液得到一多孔隙石墨烯層形成於該鉑金層上,形成該複合對電極。如圖3所示,複數個石墨烯7置入於黏著劑11混合形成石墨烯漿液13,該石墨烯漿液13經塗覆至鉑金層5,烘乾形成石墨烯層3。
上述之步驟(b)中,該石墨烯漿液之混合方式可使用超音波 混合或攪拌機,以超音波混合為較佳。
上述之步驟(c)中,該石墨烯漿液之塗覆方式包含旋轉塗覆法、棒狀塗覆法或刮刀塗覆法等方法,以旋轉塗覆法為佳。而烘乾該石墨烯漿液之溫度為100~500℃及時間10~60分鐘,例如100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃;10分、20分、30分、40分、50分或60分。
上述之石墨烯漿液中,該複數個石墨烯之濃度為0.01~10wt%,例如0.01wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、或10wt%。當石墨烯漿液中,石墨烯濃度低於0.01wt%,由於缺少石墨烯,石墨烯之密度過低,因此難以產生交疊,進而難以產生孔隙;而當高於10wt%,石墨烯彼此交疊的密度過高,則可能會使石墨烯產生堆疊現象,亦難以產生孔隙,此二種情況都會降低染料敏化太陽能電池之轉換效率。
一種染料敏化太陽能電池的製造方法,包含:(a)以上述之製備方法製備一複合對電極;(b)提供一工作電極,其中該多孔隙石墨烯層位於該鉑金層與該工作電極之間;以及(c)提供一電解質於該工作電極與該複合對電極之間。其中,該製造方法中之工作電極及電解質之種類同上所述之工作電極及電解質。
本發明之染料敏化太陽能電池由於具有多孔隙石墨烯之複合對電極,因此可加速電子傳遞,提升光電轉換效率。
在下文中,將利用具體實施例特別描寫本發明所揭示之內容。然而,本發明所揭示之內容不限制於下列範例。
將複數個石墨烯(長度及寬度約5μm;厚度約2~10nm;比表面積20~40m2/g)置入聚偏二氟乙烯(PVDF)中,形成石墨烯漿液,使石墨烯之濃度為0.05wt%。利用超音波震盪均勻混合60分鐘後,利用旋轉塗覆機將該石墨烯漿液塗覆至厚度約100μm鉑金層之上,形成厚度約10μm石墨烯層,於溫度100℃ 60分鐘下烘乾,形成複合對電極1。
製備複合對電極2,其製造方法同實施利1,差異在於所配置之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為1.00wt%。
製備複合對電極3,其製造方法同實施利1,差異在於所配置之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為5.00wt%。
製備複合對電極4,其製造方法同實施利1,差異在於所配置之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為7.00wt%。
製備複合對電極5,其製造方法同實施利1,差異在於所配置之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為10.00wt%。
製備複合對電極6,其製造方法同實施利1,差異在於所配置 之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為0.005wt%。
製備複合對電極7,其製造方法同實施利1,差異在於所配置之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為20wt%。
將複數個石墨烯(長度及寬度約5μm;厚度約2~10nm;比表面積20~40m2/g)置入異丙醇中,形成石墨烯漿液,其石墨烯之濃度為0.05wt%。利用超音波震盪均勻混合60分鐘後,利用旋轉塗覆機將該石墨烯漿液塗覆至厚度約100μm鉑金層之上,形成厚度約25μm石墨烯層,於溫度100℃ 60分鐘烘乾,形成複合對電極6。
製備複合對電極9,其製造方法同比較製備例1,差異在於所配置之石墨烯漿液中,石墨烯之濃度為5wt%。
分別使用實施例6至10之對電極與工作電極(健鼎科技Tripod tech)之間設置封裝膜,經過熱壓封裝後,將電解液(永光化學,膠態電解液EL-300)注入,形成染料敏化太陽能電池1至5,其等之效能測試結果分別如表1所示。
分別將比較製備例1至4之對電極、鉑金層與一工作電極(健鼎科技Tripod tech)之間設置封裝膜,經過熱壓封裝後,將電解液(永光化學,膠態電解液EL-300)注入,形成染料敏化太陽能電池6至10,其等之效 能測試結果分別如表1所示。
如表1所示,比較例1及2與實施例1至5比較可得知,當石墨烯濃度為0.05~10wt%之間時,染料敏化太陽能電池之轉換效率較佳。比較例3及4與實施例1至5比較可得知,當使用異丙醇做為黏著劑時,石墨烯層之孔隙則無法達到10~500nm之間,致使染料敏化太陽能電池之轉換效率不佳。比較例10與實施例1至5比較可得知,當鉑金層不具有石墨烯層之時,染料敏化太陽能電池之轉換效率則較低。
Claims (10)
- 一種染料敏化太陽能電池,包含:一複合對電極,包含一鉑金層以及設置於該鉑金層上之多孔隙石墨烯層;一工作電極,其中該多孔隙石墨烯層位於該鉑金層與該工作電極之間;以及一電解質,位於該工作電極與該複合對電極之間。
- 如請求項2之染料敏化太陽能電池,其中該黏著劑係聚偏二氟乙烯(PVDF)、纖維素或其等之混合物。
- 如請求項1之染料敏化太陽能電池,其中該多孔隙石墨烯層係由複數個石墨烯彼此交疊而成,並具有孔隙大小為25~500nm。
- 如請求項3之染料敏化太陽能電池,其中該複數個石墨烯之中空孔洞大小為1nm~10μm。
- 如請求項1之染料敏化太陽能電池,其中該工作電極係TiO 2、SnO 2及ZnO。
- 如請求項1之染料敏化太陽能電池,其中該多孔隙石墨烯層之厚度為1~50μm。
- 一種製備如請求項1之染料敏化太陽能電池用之複合對電極之方法,其包含:(a)提供一鉑金層;(b)將複數個石墨烯與一黏著劑混合得到石墨烯漿液;以及(c)將該石墨烯漿液塗覆至該鉑金層上後,烘乾該石墨烯漿液得到一多孔隙石墨烯層形成於該鉑金層上,形成該複合對電極。
- 如請求項7之方法,其中該複數個石墨烯與該黏著劑係透過超音波混合。
- 如請求項7之方法,其中該石墨烯漿液中,該複數個石墨烯之濃度為0.01~10wt%。
- 一種染料敏化太陽能電池的製造方法,包含:(a)以請求項7之方法製備一複合對電極;(b)提供一工作電極,其中該多孔隙石墨烯層位於該鉑金層與該工作電極之間;以及(c)提供一電解質於該工作電極與該複合對電極之間。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW105135712A TWI594472B (zh) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | 染料敏化太陽能電池及其製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW105135712A TWI594472B (zh) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | 染料敏化太陽能電池及其製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TWI594472B TWI594472B (zh) | 2017-08-01 |
TW201818577A true TW201818577A (zh) | 2018-05-16 |
Family
ID=60189200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW105135712A TWI594472B (zh) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | 染料敏化太陽能電池及其製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TWI594472B (zh) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120043648A (ko) * | 2010-10-26 | 2012-05-04 | 주식회사 동진쎄미켐 | 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 |
CN102148099B (zh) * | 2010-12-20 | 2012-09-12 | 电子科技大学 | 石墨烯染料敏化太阳能电池及其生产方法 |
JP6159228B2 (ja) * | 2012-11-07 | 2017-07-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 非水系二次電池用正極の製造方法 |
ES2748174T3 (es) * | 2013-05-17 | 2020-03-13 | Exeger Operations Ab | Una célula solar sensibilizada por colorante y un método para fabricar la célula solar |
TWI518929B (zh) * | 2013-12-24 | 2016-01-21 | 財團法人工業技術研究院 | 染料敏化太陽能電池及其製造方法 |
TWM485505U (zh) * | 2014-03-21 | 2014-09-01 | Univ Hsiuping Sci & Tech | 太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構 |
-
2016
- 2016-11-03 TW TW105135712A patent/TWI594472B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI594472B (zh) | 2017-08-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5191647B2 (ja) | 酸化チタン膜、酸化チタン膜電極膜構造および色素増感太陽電池 | |
Zhang et al. | Recent applications of graphene in dye-sensitized solar cells | |
JP5324558B2 (ja) | 対極及び該対極を備えた光電変換素子 | |
Wu et al. | BaCO3 modification of TiO2 electrodes in quasi-solid-state dye-sensitized solar cells: performance improvement and possible mechanism | |
JP2004074609A (ja) | 積層体及びその製造方法並びにそれを用いた製品 | |
Prabakaran et al. | Solid state metal-free eosin-Y dye sensitized solar cell based on PVdF-HFP electrolytes: combined effect of surface modified TiO 2 and plasticizer on electrochemical and photovoltaic properties | |
JP6082007B2 (ja) | 光電変換層用組成物および光電変換素子 | |
JP4665426B2 (ja) | 色素増感太陽電池及びその製造方法 | |
Lee et al. | Enhanced light harvesting in dye-sensitized solar cells with highly reflective TCO-and Pt-less counter electrodes | |
JP2009238571A (ja) | 色素増感型太陽電池用電解質 | |
JP2005336573A (ja) | 金属酸化物膜およびその製造方法 | |
TWI577073B (zh) | 光電轉換層用組成物及光電轉換元件 | |
Bavir et al. | An investigation and simulation of the graphene performance in dye-sensitized solar cell | |
JP2012204418A (ja) | 光充電可能な電気二重層キャパシタ | |
Du Pasquier | An approach to laminated flexible Dye sensitized solar cells | |
TWI594472B (zh) | 染料敏化太陽能電池及其製造方法 | |
CN206726965U (zh) | 染料敏化太阳能电池 | |
JP7219078B2 (ja) | セパレータ用組成物ならびにセパレータおよびその製造方法と用途 | |
TW201606827A (zh) | 光電轉換層及具備其之光電轉換元件 | |
JP2006012517A (ja) | 金属酸化物構造体及び色素増感太陽電池 | |
TWI644449B (zh) | 染料敏化太陽能電池及其製造方法 | |
JP5191631B2 (ja) | 対極の製造方法及び光電変換素子の製造方法 | |
JP2011076935A (ja) | 色素増感型太陽電池、電解質層形成用液、及び太陽電池モジュール | |
JP2007220602A (ja) | 対極及びその製造方法並びに光電変換素子及びその製造方法 | |
JP2007066788A (ja) | 電極及びその製造方法、並びに光電変換素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |