TWI431786B - 反射式對電極及其染料敏化太陽能電池結構 - Google Patents

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    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Description

反射式對電極及其染料敏化太陽能電池結構
　　本發明係有關於一種電極及其電池結構，特別係有關於一種反射式對電極及其染料敏化太陽能電池結構。
　　如第1圖所示，習知染料敏化太陽能電池90係包含有一光電極91、一對電極92及一設置於該光電極91與該對電極92之間的電解質溶液93，該光電極91係由一透明基板911、一透明導電層912及一吸附染料(Dye)之多孔性半導體層913所構成，該多孔性半導體層913係由二氧化鈦(TiO2 )奈米粒子所組成。當太陽光照射於該光電極91時，染料會吸收太陽光，同時染料分子內的電子獲得足夠能量從基態躍遷到高能階的激發態(Dye*)，染料分子中處於高能階激發態的電子不穩定，故不穩定的電子易被緊鄰的TiO2 奈米粒子所吸引，而選擇注入到TiO2 奈米粒子的導帶內，獲得額外電子的TiO2 奈米粒子則形成n-型半導體，而失去電子的染料則轉為帶正電的離子而形成氧化態，此外，失去電子的染料會從該電解質溶液93中補充電子，以使染料恢復電荷平衡而回到基態，而進入TiO2 奈米粒子導帶的傳導電子則匯集於該透明導電層912，並透過外部迴路傳遞到該對電極92，其所產生流通的電流稱之為光電流。然而，習知該光電極91之該多孔性半導體層913的厚度只有數微米，其具有某種程度的透光性，因此，當太陽光照射於該光電極91時，會有一部分的光被染料吸收，而另有一部分光會依序穿透該多孔性半導體層913、該電解質溶液93及該對電極92而離開電池本體，該穿透光係無法被使用。
　　本發明之主要目的係在於提供一種反射式對電極及其染料敏化太陽能電池結構，該反射式對電極係包含一導電基板、一催化層以及一多孔性反光層，該導電基板係具有一導電表面，該催化層係形成於該導電基板之該導電表面，而該多孔性反光層係覆蓋該催化層。該染料敏化太陽能電池結構係包含一光電極、一反射式對電極以及一電解質溶液，該反射式對電極係與該光電極呈相對設置，且該反射式對電極係包含有一導電基板、一催化層以及一多孔性反光層，該導電基板係具有一導電表面，該催化層係形成於該導電基板之該導電表面，而該多孔性反光層係覆蓋該催化層，該電解質溶液係設置於該光電極與該反射式對電極之間，本發明係利用該反射式對電極之該多孔性反光層將穿透該多孔性半導體層之光反射回該多孔性半導體層，以使染料再吸收反射光，其功效上可提昇光電極之光吸收效率及提高染料敏化太陽能電池之光電轉換效率。
　　請參閱第2圖，其係本發明之一較佳實施例，一種反射式對電極10係包含有一導電基板11、一催化層12以及一多孔性反光層13，在本實施例中，該導電基板11係可為玻璃導電基板、可撓式導電基板或金屬導電基板，且該導電基板11係具有一導電表面11a，該催化層12係形成於該導電基板11之該導電表面11a，在本實施例中，該催化層12係可為鉑(Pt)層或碳層，該多孔性反光層13係覆蓋該催化層12，在本實施例中，該多孔性反光層13係包含有複數個金屬複合粒子M，各該金屬複合粒子M係由一金屬微粒M0及一包覆該金屬微粒M0之透明絕緣層M1所構成，在本實施例中，該些金屬微粒M0係為高反射率之金屬，其材質係可選自於由鋁、銅、鎳、鈦、金、銀及其合金所構成之群組中的其中一種，此外，該些金屬微粒M0之幾何形狀係可為圓球形或薄片形，較佳地，該些金屬微粒M0係為薄片形，因其具有較佳之光遮蔽性，該些透明絕緣層M1主要用以保護該些金屬微粒M0免於受到電解質溶液之腐蝕，因此，該些透明絕緣層M1之材質須具備高透明度、低消光係數及耐化學性佳等特點，在本實施例中，該些透明絕緣層M1之材質係可選用二氧化矽(SiO2 )，且為避免影響透光性，該些透明絕緣層M1之厚度須控制在介於1奈米至100奈米之間。又，在本實施例中，為避免因使用該多孔性反光層13而導致電池內阻增加，該多孔性反光層13之厚度亦須控制得當，較佳地，該多孔性反光層13之厚度係介於1微米至15微米之間。
　　請參閱第3圖，其係本發明之一種染料敏化太陽能電池結構係包含有一光電極20、一反射式對電極10以及一電解質溶液30，該光電極20係包含有一透明基板21、一透明導電層22以及一多孔性半導體層23，在本實施例中，該透明基板21係可為玻璃基板或可撓式基板，且該透明基板21係具有一表面21a，該透明導電層22係形成於該透明基板21之該表面21a，而該透明導電層22之材質係可選自於由SnO2 :F (FTO)、In2 O3 :Sn (ITO)、ZnO:Al (AZO)、SnO2 :Sb (ATO)及ZnO:Ga (GZO)所構成之群組中的其中一種，該多孔性半導體層23係形成於該透明導電層22上，且該多孔性半導體層23係包含有複數個吸附染料之金屬氧化物半導體奈米粒子23a，在本實施例中，該些金屬氧化物半導體奈米粒子23a係為二氧化鈦(TiO2 )奈米粒子。請再參閱第3圖，該反射式對電極10係與該光電極20呈相對設置，且該反射式對電極10係包含有一導電基板11、一催化層12以及一多孔性反光層13，在本實施例中，該導電基板11係可為玻璃導電基板、可撓式導電基板或金屬導電基板，且該導電基板11係具有一導電表面11a，該催化層12係形成於該導電基板11之該導電表面11a，在本實施例中，該催化層12係可為鉑(Pt)層或碳層，該多孔性反光層13係覆蓋該催化層12，在本實施例中，該多孔性反光層13係包含有複數個金屬複合粒子M，各該金屬複合粒子M係由一金屬微粒M0及一包覆該金屬微粒M0之透明絕緣層M1所構成，在本實施例中，該些金屬微粒M0係為高反射率之金屬，其材質係可選自於由鋁、銅、鎳、鈦、金、銀及其合金所構成之群組中的其中一種，此外，該些金屬微粒M0之幾何形狀係可為圓球形或薄片形，較佳地，該些金屬微粒M0係為薄片形，因其具有較佳之光遮蔽性，該些透明絕緣層M1主要用以保護該些金屬微粒M0免於受到電解質溶液之腐蝕，因此，該些透明絕緣層M1之材質須具備高透明度、低消光係數及耐化學性佳等特點，在本實施例中，該些透明絕緣層M1之材質係可選用二氧化矽(SiO2 )，且為避免影響透光性，該些透明絕緣層M1之厚度須控制在介於1奈米至100奈米之間。又，在本實施例中，為避免因使用該多孔性反光層13而導致電池內阻增加，該多孔性反光層13之厚度亦須控制得當，較佳地，該多孔性反光層13之厚度係介於1微米至15微米之間。
　　又，請再參閱第3圖，在本實施例中，其係可利用一密封間隔材40接合該反射式對電極10與該光電極20，而該電解質溶液30係設置於該反射式對電極10與該光電極20之間，其中該密封間隔材40係可防止該電解質溶液30發生洩漏。本發明係利用該反射式對電極10之該多孔性反光層13將穿透該多孔性半導體層23之光反射回該多孔性半導體層23，以使染料再吸收反射光，其功效上可提昇光電極之光吸收效率及提高染料敏化太陽能電池之光電轉換效率。
　　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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
10‧‧‧反射式對電極
11‧‧‧導電基板
11a‧‧‧導電表面
12‧‧‧催化層
13‧‧‧多孔性反光層
20‧‧‧光電極
21‧‧‧透明基板
21a‧‧‧表面
22‧‧‧透明導電層
23‧‧‧多孔性半導體層
23a‧‧‧金屬氧化物半導體奈米粒子
30‧‧‧電解質溶液
40‧‧‧密封間隔材
90‧‧‧習知染料敏化太陽能電池
91‧‧‧光電極
911‧‧‧透明基板
912‧‧‧透明導電層
913‧‧‧多孔性半導體層
92‧‧‧對電極
93‧‧‧電解質溶液
M‧‧‧金屬複合粒子
M0‧‧‧金屬微粒
M1‧‧‧透明絕緣層
第1圖：習知染料敏化太陽能電池結構示意圖。
第2圖：依據本發明之一較佳實施例，一種反射式對電極結構圖。
第3圖：依據本發明之一較佳實施例，一種染料敏化太陽能電池結構圖。
10‧‧‧反射式對電極
11‧‧‧導電基板
11a‧‧‧導電表面
12‧‧‧催化層
13‧‧‧多孔性反光層
M‧‧‧金屬複合粒子
M0‧‧‧金屬微粒
M1‧‧‧透明絕緣層

Claims (8)

  1. 一種反射式對電極，係包含：一導電基板，其係具有一導電表面；一催化層，其係形成於該導電基板之該導電表面；以及一多孔性反光層，其係覆蓋該催化層，該多孔性反光層係包含有複數個金屬複合粒子，各該金屬複合粒子係由一金屬微粒及一包覆該金屬微粒之透明絕緣層所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之反射式對電極，其中該些金屬微粒之材質係可選自於由鋁、銅、鎳、鈦、金、銀及其合金所構成之群組中的其中一種。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之反射式對電極，其中該些透明絕緣層之厚度係介於1奈米至100奈米之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之反射式對電極，其中該多孔性反光層之厚度係介於1微米至15微米之間。
  5. 一種染料敏化太陽能電池結構，係包含：一光電極；一反射式對電極，係與該光電極呈相對設置，其包含：一導電基板，其係具有一導電表面；一催化層，其係形成於該導電基板之該導電表面；以及一多孔性反光層，其係覆蓋該催化層，該多孔性反光層係包含有複數個金屬複合粒子，各該金屬複合粒子係由一金屬微粒及一包覆該金屬微粒之透明絕緣層所構成；以及一電解質溶液，其係設置於該光電極與該反射式對電極之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之染料敏化太陽能電池結構， 其中該些透明絕緣層之厚度係介於1奈米至100奈米之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之染料敏化太陽能電池結構，其中該多孔性反光層之厚度係介於1微米至15微米之間。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之染料敏化太陽能電池結構，其中該光電極係具有一多孔性半導體層，該多孔性半導體層之厚度係介於1微米至20微米之間。
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