TWI476937B - 包含電紡絲法製造的聚合物奈米纖維之電解質及利用彼之高功效染料敏化太陽能電池裝置 - Google Patents

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Description

包含電紡絲法製造的聚合物奈米纖維之電解質及利用彼之高功效染料敏化太陽能電池裝置
本發明涉及一種太陽能電池裝置，並且更具體地說涉及包括具有奈米級直徑的一聚合物纖維的聚合物電解質，其中該聚合物纖維係藉由電紡絲PVDF-HFP聚合物而製造的。本發明還涉及使用它的一高性能的染料敏化太陽能電池裝置。
由於化石燃料的持續性使用存在如全球變暖的環境問題。此外，鈾的使用引起了如放射性污染以及需要用於處理放射性廢物的裝備的問題。因此，存在對可替代的能量的強烈需求並且已經對其進行了不同的研究。替代能量的一代表類型係太陽能。
太陽能電池裝置係一裝置，當光照射時它藉由使用一光吸收材料產生電子以及空穴來產生電。在1839年，名為Becquerel的法國物理學家首次發現了光電子運動力，其中光誘導的化學反應產生了一電流。類似的現象還發現於固體(如硒)的情況下。之後，不斷地進行對與無機矽酮相關的太陽能電池的眾多研究。這是因為，在1954年具有約6%效率的基於矽酮的太陽能電池在Bell研究中心首次被開發出來。
此類無機太陽能電池裝置係由p-n結無機半導體如矽酮構成。用於太陽能電池的矽酮可以歸類為結晶矽酮(如單晶或多晶矽酮)以及非晶態矽酮。當將太陽能轉換成電能時與非晶態矽酮相比結晶矽酮具有更好的能量轉換效率。然而，由於生長晶體所使用的時間以及能量，它具有較差的生產率。非晶態矽酮具有優越的光吸收，允許簡單的擴大並且與單晶矽酮相比具有良好的生產率。但是，就設備而言它係低效的，因為例如需要真空處理機等。具體來說，在無機太陽能電池裝置的情況下，由於它們難於處理和模製而存在一些問題。這是因為生產成本很高並且該裝置係在真空條件下製造的。
由於此類問題，已經嘗試了對使用有機材料(而不是矽酮)的光電現象的太陽能電池裝置進行的不同研究。有機材料的光電現象係指一種現象，其中當光照射到有機材料上時，該有機材料吸收光子以產生電子-空穴對，所述對彼此分開並且分別被轉移到陽極和陰極，其中然後藉由這種電荷的流動產生了電流。換言之，典型地在有機太陽能電池中，當光照射在電子供體以及電子受體材料的結上時，該電子-空穴對在電子供體中形成並且電子然後被轉移到電子受體以產生電子-空穴的分離。此類方法稱為“光的載流子激勵”或“光誘導的電荷傳遞(PICT)”並且由光產生的載體被分離成電子-空穴並且產生通過外部電路的電能。
當考慮物理原理時，在包括太陽能電池的所有太陽能發電中所產生的輸出功率被認為是起因於藉由光所產生的光誘導的激發子的流動和驅動力的一結果。在太陽能電池中，該流動與電流相關而驅動力直接與電壓相關。一般來說，太陽能電池的電壓由所使用的電極材料確定，太陽能轉換效率係輸出電壓除以輸入太陽能所獲得的值，而總的輸出電流係由所吸收的光子的數目確定。
如以上所描述的藉由使用有機材料的光抽運現象所製備的有機太陽能電池可以歸類為在透明電極和金屬電極之間引入了電子供體以及電子受體層的多層太陽能電池裝置以及引入了電子供體以及電子受體的摻合物的單層太陽能電池裝置。
然而，使用典型的有機材料的太陽能電池具有能量轉換效率以及耐久性方面的問題。在這一方面，1991年瑞士的Gratzel(Gr)研究小組藉由使用染料作為一光敏劑開發了一種染料敏化太陽能電池，它係一光電化學太陽能電池。由Gratzel等人提出的光電化學太陽能電池使用了一氧化物半導體，該半導體包括奈米顆粒的氧化鈦以及光敏染料分子。換言之，染料敏化太陽能電池係藉由將電解質引入無機氧化物層(如氧化鈦)中而製備的一太陽能電池，其中染料被吸收在透明電極和金屬電極之間，並且經受了一光電化學反應。總體來說，染料敏化太陽能電池包括兩種類型的電極(光電極以及對電極)、無機氧化物、染料以及電解質。該染料敏化太陽能電池係環境友好的，因為它使用了對環境無害的材料並且具有約10%的高的能量轉換效率，這僅次於所存在的無機太陽能電池的非晶態矽酮太陽能電池的值。此外，其製造成本係矽酮太陽能電池成本的約20%。因此，報告了其商業化的高度可能性。
藉由使用以上光化學反應而製造的染料敏化太陽能電池係一多層電池裝置，其中引入了無機氧化物層，其中吸收光的染料被吸收在陰極和陽極之間並且其中電解質層減少了電子。以下簡述了常規的染料敏感太陽能電池裝置。
常規的多層類型的染料敏化太陽能電池可以包括，例如氧化鈦層/電解質/電極，其中吸收了基板/電極/染料。更確切地說，將下基板、陽極、氧化鈦層(其中吸收了染料)、電解質層、陰極、以及上基板從下層依次進行層疊。此時，上基板以及下基板總體上係使用玻璃或塑膠製備的，陽極上塗覆有ITO(銦錫氧化物)或FTO(氟摻雜的氧化錫)，並且陰極上塗覆有鉑。
就如以上構成的常規的光敏太陽能電池裝置的工作原理而言，染料吸收光子(電子-空穴對)以形成激發子。當光線照射到吸收了染料的氧化鈦層上時，激發子從基態遷移到激發態。照這樣，電子-空穴對彼此分離，電子被注入到氧化鈦層，而空穴轉移到電解質層。如果外電路係根據以上所述而建立，則電子從陽極經由氧化鈦層通過導線移動到陰極而產生電流。陰極的電子通過電解質而減少，並且激發的電子不斷地轉移到所產生的電流中。
然而，一般的染料敏化太陽能電池裝置具有一高的能量轉換效率，但會受安全問題的困擾，例如由於溶液蒸發引起的特性降低、電解質洩露等。此類問題構成了商業化的很大阻礙。已經進行了不同的研究來阻止此類電解質洩露。尤其是，已經開發出了使用半固體或固體電解質的染料敏化太陽能電池以便增強太陽能電池的穩定性和耐久性。
例如，公開號KR2003-65957披露了一染料敏化太陽能電池，該太陽能電池包括溶解在一溶劑(如N-甲基-2-吡咯烷酮或3-甲氧基丙腈)中的聚偏氟乙烯。藉由此種方法製備的凝膠型聚合物電解質具有一高的室溫下的離子電導率，它類似於液體電解質，但是使得電池的製備工藝很困難，因為它具有低的機械特性並且具有更低的聚合物電解質液體保留特性。
使用電紡絲作為製備此類聚合物電解質隔膜的一項技術的研究在努力地進行。電紡絲由Formhals(一名德國工程師)作為一項專利申請在1934年提交。電紡絲的科學基礎在1882年從Raleigh的觀點得到了發展，即當液體落下時，靜電力可以克服液體的表面張力。藉由電紡絲製備的聚合物纖維包括在超精細奈米技術中並且其全世界的市場規模在2100年接近約萬億美元。總的來說，奈米纖維被定義為具有20nm到1μm的直徑並且藉由電紡絲法製備的一種纖維，電紡絲法係藉由靜電力將低黏度狀態的聚合物一瞬間內紡織成一種纖維。能夠進行大量生產以便具有多種應用，如奈米顆粒以及過濾器、用於燃料電池的電解質、醫學應用等。預期其應用係不斷增長的。
奈米纖維的最大優點係與常規的纖維相比它們具有更大的表面積。此優點允許將奈米纖維用作一有效的過濾器材料。電紡絲成的奈米纖維還可以用於一防護服、一抗生素傷口敷料、藥物遞送材料等。然而，此類奈米纖維可以僅藉由一電紡絲法來製備並且該纖維係不規則地形成的。因此，難以控制纖維的形成。為了克服此類問題，考慮了一種方法，該方法在一側藉由將旋轉的聚焦板的端變尖來聚集電場。還考慮了另一種方法，該方法藉由使用一有空隙的聚焦板在處理過程中在一個方向上安排奈米纖維。藉由聚焦板附近的電場以及纖維的靜電荷形成相互間的空隙。因此，製備出了所產生的纖維。近來，奈米纖維被認為是一生物學可植入的材料，因為它具有高的孔隙率以及大的表面積。因此，此種特徵可以有助於細胞的黏附、生長、增殖等。然而，藉由電紡絲製造的奈米纖維具有較差的物理特性因為強度的增強幾乎不能藉由聚合物本身的分子安排而獲得。為了克服此類問題，在針對奈米纖維的製備的多項研究中使用了不同的工藝參數。
Akron大學的Reneker報告了不同聚合物材料的奈米纖維的製備以及藉由電紡絲調節影響因數的方法。此外，Drexel大學已經藉由電紡絲法補足碳奈米管而製備了具有改進的機械特性的一奈米複合材料。Deitzel報告了隨著聚合物濃度的增加，奈米纖維的直徑以及纖維的直徑易於藉由增加濃度而根據冪律關係增加。Doshi和Reneker報告了如果聚合物溶液的表面張力變小，則纖維中的珠粒可以減小。
已經對電紡絲方法以及與生物應用有關的產品開發以及經受電紡絲的聚合物材料進行了持續性的研究。Commonwealth大學取得了技術上的成功，其中製造了原本在血液中存在的奈米大小的精細纖維素以藉由電紡絲技術生成法蘭絨形狀的繃帶。Ethicon公司使用對二噁烷酮(p-dioxanon)作為一原料製備了PDO單絲形式的一縫線(PDS)。Woodward等人(1985)提出因為藉由電紡絲製備的非紡織物的結晶度顯著地低於進行電紡絲之前的聚合物的結晶度，所以需要熱處理。Ignatious證明，藉由使用經受了電紡絲的奈米纖維可以在任何時間即時地給藥。MIT材料處理中心進行了一項有關用於人造器官的支架(scaffold)的研究並且Harvard大學使用非組織進行了奈米纖維的研究。MIT ISN(軍用奈米科技研究所)的Rutledge藉由使用具有0.5-10μm大小的PCL奈米纖維並且經受電紡絲法而製造出了PCL支架，並且開發了用於治療受損的關節軟骨的一種奈米纖維。以色列的Yarin(2004)提出了一種新的方法，其中將聚合物溶液放置在一下面的部分上並且然後藉由使用鐵磁懸浮系統代替常規的紡絲法將其紡絲到上側。
不同的國立大學以及研究所已針對使用電紡絲製造的奈米纖維進行了研究。然而，它們主要依賴於實驗，並且研究的主要課題一直是當改變工藝參數時如在實驗中觀察到的奈米纖維的特徵以及形貌。
在使用固體電解質的太陽能電池的情況下，將溶劑從電解質溶液中移除來補償由溶劑引起的降低的效率。然後，通過陽極電極進入的電子，藉由使用固相中的空穴導體材料而容易地減少，其中對染料進行了氧化以使電流通過。
與使用無溶劑的固體聚合物電解質的太陽能電池有關的研究由巴西的De Paoli小組在2001年首次進行了嘗試。該小組製備了包括聚(環氧氯丙烷-共-氧化乙烯)/NaI/I2 的一聚合物電解質，並且據報告它在100mW/cm2 時具有約1.6%的能量轉換效率。之後，Flaras小組在2002年進行了一項研究，藉由向高結晶度的聚氧化乙烯中加入氧化鈦奈米顆粒以減少聚合物的結晶度來改進I- /I3 - 移動性。KIST易化運輸隔膜中心(The Center for Facilitated Transport Membrane of KIST)在2004年進行了一項研究，使用氫鍵有效地將低分子量的聚乙二醇(PEG)應用到染料敏化太陽能電池中，並且報告了所產生的能量轉換效率係大約3.5%。
近來，Flavia Nogueira小組使用聚(氧化乙烯-共-環氧氯丙烷)生產出了TiO2 奈米管形式的一固體染料敏化太陽能電池，它係在2007年用以84:16比例的氧化乙烯以及環氧氯丙烷作為一聚合物電解質進行合成的，並且報告了4.03%的能量轉化效率。
在現有技術中對於開發固體染料敏化太陽能電池裝置以便克服上述問題而不減少離子電導率以及破壞固體形式還存在很強的需要。
發明目的
本發明適合於克服上述常規的問題。作為本發明的一目的，電紡絲的奈米級聚合物纖維被加入聚合物薄膜電解質的電解質中以產生一高性能的染料敏化太陽能電池。
本發明的另一目的係藉由在製備電解質層時使用具有高比表面積的聚合物奈米纖維(以便有效地誘導在染料敏化太陽能電池中的光電流的增加)來提供一高性能的染料敏化太陽能電池。本發明還針對製備以上物質的一種方法。
本發明還有另一目的係提供一染料敏化太陽能電池以及用於製備它的一種方法，該電池藉由引入阻止來自無機氧化物材料層的反向電流的一功能化的層而具有增強的光電流。
本發明仍有另一目的係提供一染料敏化太陽能電池，它藉由在無機層的頂部上引入一光散射層而具有增強的光電流，這樣通過該無機氧化物層的光經受了光散射效應。這樣便可以吸收大量的光。本發明還針對製備以上物質的一種方法。
有待解決的技術問題
為了實現以上目的，本發明提供了染料敏化太陽能電池，包括：彼此相對安排的一第一基板以及一第二基板；插入該第一基板以及第二基板之間的一第一電極，其中該第一電極包括一無機氧化物層以及一染料層，該染料層以化學方式吸收進該無機氧化物層以提供受激發的電子；一與該第一電極相對放置的第二電極，其中該第二電極插入該第一以及第二基板之間，由此允許一電流通過；一第一介面結合層，該第一介面結合層協助該介面在該無機氧化物層的頂部上黏合到該無機氧化物層上；一第二介面結合層，該第二介面結合層阻止在該第一介面結合層頂部上的一反向電流；插入該第一以及第二介面結合層之間的一光散射層，其中所述光散射層增加了光吸收；以及插入該第一以及第二電極之間的多種固體電解質，其中該等固體電解質包括藉由一電紡絲法製造的聚合物奈米纖維並且可以藉由一氧化還原反應向該染料層來提供電子。
為了實現以上目的，本發明提供了一種製備染料敏化太陽能電池的方法，包括：製備一第一基板；在該第一基板的一表面上形成一無機氧化物層並且形成一第一電極；形成一第一介面結合層，該第一介面結合層協助該介面在該無機氧化物層的頂部上黏合到該無機氧化物層上；在該第一介面結合層的頂部上形成一光散射層以便增加光吸收；在該光散射層的頂部上形成一第二介面結合層以便防止一反向電流；在該第二介面結合層的頂部上吸收一染料層；在吸收染料層的該第二介面結合層的頂部上形成了用一電紡絲裝置藉由將一聚合物溶液進行電紡絲所製造的奈米纖維，向該聚合物奈米纖維上施加一電解質溶液並且然後蒸發所施加的溶液以便形成多種固體電解質；並且在該固體電解質的頂部上形成一第二電極以及一第二基板。
發明效果
當常規的液體電解質以及半固體電解質用於染料敏化太陽能電池時，存在著洩露問題、長期穩定性問題以及藉由電解質蒸發引起的電極與對電極之間相接觸所引發的問題。
本發明適合於藉由向電解質層中引入聚合物奈米纖維來克服此類問題。如在操作實例中所示，藉由使用此原理製備了染料敏化太陽能電池，這樣以上的問題可以藉由在不同條件下製備聚合物奈米纖維而加以克服。
似乎主要發生在無機氧化物層以及電解質層的接觸面上的反向電流也可以藉由引入一介面結合層而加以阻止。光電流的量藉由引入一光散射層而增加以使光的重吸收更容易。此外，藉由向電解質層中引入奈米級聚合物纖維所獲得的優點如下。
首先，聚合物奈米纖維具有一高的比表面積以及多個孔，這樣它可以有效地包含並且注射電解質離子。因此，與藉由旋塗法製備的聚合物薄膜相比，提供了一更好的短路電流以及光電效率。
其次，聚合物奈米纖維防止了在使用液體電解質的染料敏化太陽能電池中藉由液體電解質的洩露而使工作電極和對電極之間相接觸引起的短路。因此，它可以解決在常規的液體或半固體染料敏化太陽能電池中的長期穩定性問題。因此可以保持耐久性。
第三，藉由在無機氧化物層上引入的一功能層以及一光散射層阻止了反向電流。所透入的光可以在光散射層中被重吸收以增加光電流。因此，染料敏化太陽能電池的整體效率可以得到改進。
最後，與常規的聚合物薄膜相比，電紡絲的聚合物奈米纖維具有優越的光電效率。這證明了開發所述固體類型的染料敏化太陽能電池的可能性。
實施本發明的最優模式
具有含溶劑而非聚合物的電解質的一般的液體染料敏化太陽能電池裝置具有電解質洩露以及長期穩定性的問題。由此產生的第一電極與第二電極之間的接觸也降低了裝置的壽命。此外，在結合了聚合物電解質的固體染料敏化太陽能電池裝置的情況下，聚合物係處於隨意混合的狀態。照這樣，本發明的發明人已製備了一染料敏化太陽能電池裝置，它可以藉由電紡絲聚合物製造聚合物奈米纖維並且然後將奈米纖維結合到電解質中來解決上述問題。
本發明提供了用於染料敏化太陽能電池的電解質薄膜，該薄膜包括藉由電紡絲一特定的化學物質而製成的奈米纖維。
圖1係一染料敏化太陽能電池裝置的截面圖，該裝置係根據本發明的較佳的實施方式藉由採取電解質中結合電紡絲的奈米纖維來製備的。如圖1所展示，根據本發明較佳的實施方式製備的染料敏化太陽能電池裝置係處於一多層薄膜的形式，它包括：一第一電極1002以及一第二電極1009，它們係彼此相對放置的並且被插入兩個透明的基板之間，一第一基板1001以及一第二基板1010；以及一無機氧化物層1003，介面結合層I和II(1004和1006)，一散射層1005，一染料層1007以及一聚合物電解質層1008，該電解質層被插入第一電極1002以及第二電極1009之間。
所述第一基板1001可以由透明材料製成，例如玻璃或塑膠，包括例如PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二酸乙二酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚醯胺)、TAC(三乙醯纖維素)以及類似物。它較佳的是由玻璃製成。
所述第一電極1002係在所述第一基板1001的一側由透明材料形成的一電極。所述第一電極1002係作為一陽極。對於所述第一電極1002而言，可以使用具有比所述第二電極1009更低的一功函數、透明度以及傳導性的任何材料。在本發明中，所述第一電極1002可以藉由濺射或旋塗法施加到或膜施加於所述第一基板1001的背面。
可以用作第一電極1002的物質包括ITO(銦錫氧化物)、FTO(氟摻雜的氧化錫)、ZnO-(Ga2 O3 或Al2 O3 )、SnO2 -Sb2 O3 等中的任一種。最佳的是使用ITO或FTO。
無機氧化物層1003較佳的是處於奈米顆粒形式的一過渡金屬氧化物，它包括過渡金屬氧化物類，例如氧化鈦、氧化鈧、氧化釩、氧化鋅、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鈮、氧化鉬、氧化銦、氧化錫、鑭系氧化物、氧化鎢、以及氧化銥；鹼土金屬氧化物類，例如氧化鎂以及氧化鍶；以及鋁的氧化物類等。所有以上物質中，奈米顆粒形式的氧化鈦係最佳的。
藉由熱處理將無機氧化物層1003施用在第一電極1002上，隨後在所述第一電極1002的一側上進行塗覆處理。總體上，使用一刮刀法或一篩網印刷法將含無機氧化物的一糊劑以約5至30μm、較佳的是10至15μm的厚度塗覆在該第一電極1002的背面。還可以使用旋塗法、噴霧法以及濕塗覆的方法。
在構成根據本發明的一染料敏化太陽能電池裝置的無機氧化物層1003的頂部可以在吸收染料之前引入具有多個功能的一功能層。在該無機氧化物層1003頂部上，可以在引入一光散射層1005之前形成一針對容易進行介面黏合的一第一介面結合層1004。
該第一介面結合層1004的表面應該具有較佳的是均勻分佈的奈米顆粒以及高度的光滑性，連同比無機氧化物層1003更精細的結構。該第一介面結合層I可以藉由在本領域常規使用的任何已知方法形成。然而，總體上使用一旋塗法或一浸塗法來將包括無機氧化物的一糊劑以約2-100nm、較佳的是約10-100nm、並且更佳的是30-50nm的厚度塗覆到該無機氧化物層1003的背面。可替代地，在使用旋塗法、噴霧法或一濕塗覆法之後進行熱處理。該等層總體上包括至少無機氧化物，較佳的是過渡金屬氧化物，鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物，並且更佳的是半導體氧化物。所述介面結合層I的構成元素可以是與無機氧化物層1003的構成元素相同或不同的。介面結合層I包括，例如過渡金屬氧化物，例如氧化鈦、氧化鈧、氧化釩、氧化鋅、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鈮、氧化鉬、氧化銦、氧化錫，鑭系氧化物類、氧化鎢以及氧化銥；鹼土金屬氧化類，例如氧化鈣、氧化鎂以及氧化鍶；氧化鋁、氧化鈉、氧化鈰、氧化鎳、鈦酸鈉、鈮酸鉀、鈦酸鋇、鈦酸鍶、以及所述氧化物中至少兩種的一混合物。在一特別的實施方式中，該介面結合層I或者是由無機氧化物層1003的構成元素形成或者是由包括無機氧化物層1003的構成元素的一化合物形成。例如，該介面結合層I可以由氧化鈦、氧化鎢以及鈦-鎢混合的氧化物中的至少一種形成。更佳的是，使用氧化鈦，因為它具有用於電子傳遞的最佳的HOMO(最高佔有分子軌道)以及LUMO(最低空餘分子軌道)值。
在一較佳的實施方式中，介面結合層I係由奈米顆粒形式的無機氧化物形成，其中該等顆粒具有1至50nm、較佳的是2至30nm、更佳的是5至20nm的平均直徑。如果平均顆粒直徑小於1nm，則顆粒之間會發生團聚現象，這樣難以製備具有均勻厚度的一薄膜。更進一步說，在介面結合層中的增加的阻力會導致填充因數(FF)的減少。反之，如果平均顆粒直徑大於50nm，則介面結合層的厚度以及孔隙率增加並且因此在電子傳遞過程中電子損失的量增加，由此導致光電流值和FF的減少。在本發明中的平均顆粒直徑是指如藉由掃面顯微鏡圖像所測量的500的顆粒直徑平均值。
在第一介面結合層1004頂部上引入了一光散射層1005，該層起增加光的吸收量的作用。該等層總體上包括至少無機氧化物，較佳的是過渡金屬氧化物，鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物，並且更佳的是半導體氧化物。所述光散射層的構成元素可以是與無機氧化物層1003或介面結合層的元素相同或不同的。光散射層包括，例如過渡金屬氧化物，例如氧化鈦、氧化鈧、氧化釩、氧化鋅、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鈮、氧化鉬、氧化銦、氧化錫，鑭系氧化物類、氧化鎢、氧化銥；鹼土金屬氧化類，例如氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶；氧化鋁、氧化鈉、氧化鈰、氧化鎳、鈦酸鈉、鈮酸鉀、鈦酸鋇、鈦酸鍶、以及所述氧化物中至少兩種的一混合物。在一特別的實施方式中，該光散射層或者是由無機氧化物層1003的構成元素形成或者是由包括無機氧化物層1003的構成元素的一化合物形成。例如，該光散射層可以由氧化鈦、氧化鎢以及鈦-鎢混合的氧化物中的至少一種形成。更佳的是，使用氧化鈦，這是因為它具有對於電子傳遞而言最佳的HOMO和LUMO值。
在一較佳的實施方式中，光反射層係由精細顆粒形式的無機氧化物形成，其中該等顆粒具有20nm至1μm、較佳的是5至600nm、更佳的是100至500nm的平均直徑。如果顆粒直徑小於20nm，則會透射大部分的光，這樣不能獲得所希望的光散射層。反之，如果平均顆粒直徑大於1μm，則介面結合層的厚度和孔隙率增加並且因此在電子傳遞過程中電子損失的量增加，由此導致光電流值和FF的減少，從而產生低的效率。此外，無機氧化物在顆粒大小上的增加減小了透光度。因此，照這樣製備的染料敏化太陽能電池裝置被製成不透明的並且其應用受到限制。光散射層可以藉由在本領域常規使用的任何已知方法形成。然而，總體而言，使用一刮刀法或一篩網印刷法將包括無機氧化物的一糊劑以約500nm-50μm、較佳的是約1-30μm、更佳的是3-25μm、並且最佳的是5-20μm的厚度塗覆到施用了第一介面結合層1004的無機氧化物層1003的背面。可替代地，在使用旋塗法、噴霧法、浸漬法或一濕塗覆法之後進行熱處理。
在該光散射層1005頂部上引入一第二介面結合層1006用於阻止一反向電流。第二介面結合層能以與第一介面結合層1004相同的方式形成。在較佳的實施方式中，兩個介面結合層具有相同的組分，顆粒大小等。反向電流經常在染料敏化太陽能電池內的電子傳輸過程中發生。首先，它可能發生在當從染料層傳輸到無機氧化物層的電子不能被傳輸到一透明電極而是相反地傳輸到電解質層時，由此在透明電極上收集到的電子的量減少。這主要是由於在無機氧化物層與無機氧化物層的未完全塗覆部分中的電解質層之間的直接接觸，這可以藉由將該無機氧化物層用介面結合層等進行保護而加以阻止。此外，當在透明電極上收集的電子藉由無機氧化物層流回到電解質層時可以發生反向電流，由此光電流的值減小。這還在施用無機氧化物層所產生的孔內發生，這可以藉由在將一無機氧化物層施用到透明電極之前施用一稠密的無機氧化物層，即，一介面結合層來阻止。
因此，日光照射之後，光子被吸收到一染料層1007中，該染料層被吸收到無機氧化物層上，在該無機氧化物層中引入了光散射層以及功能層，以將染料電運送到激發態，由此形成電子-空穴對。受激發的電子被注入到無機氧化物層中的導帶中而被注入的電子通過一外電路被傳輸到第一電極1002以及然後到第二電極1009。所述傳輸的電子藉由包含在電解質層1008中電解質組合物的氧化以及還原反應被傳輸到一電解質層1008。
同時，染料在將電子傳輸到無機氧化物層之後被氧化但是由於從電解質層1008中所傳輸的電子而被還原。這樣，電解質層1008充當電子從一第二電極1009到一染料的傳輸體的作用。
化學地吸收到根據本發明的無機氧化物層1003中的光敏染料包括一染料(如釕複合材料)作為能夠吸收紫外線和可見光區的光的材料。吸收到無機氧化物層1003中的光敏材料包括含有釕錯合物的光敏材料，例如釕535染料，釕535雙-TBA染料，釕620-1H3TB染料等。較佳的是使用釕535染料。此外，化學地吸收到根據本發明的無機氧化物層1003中的光敏染料可以是能夠分離電荷的任何染料，它除基於釕的染料之外包括基於呫噸的染料，基於花青的染料，基於卟啉的染料以及基於蒽醌的染料。
為了將染料吸收到無機氧化物層1003上，可以使用常規的方法。然而，一較佳的方法係將一染料溶解到一溶劑中，例如醇、腈、鹵代烴、醚、醯胺、酯、酮、N-甲基吡咯烷酮等，並且然後將一塗覆了無機氧化物層1003的光電極浸漬到該溶液中。
同時，電解質層1008使用多種電解質，其中將包括在常規的太陽能電池裝置中的電解質層的電解質組合物與本發明的電紡絲的聚合物奈米纖維進行混合。在電紡絲中較佳的是使用PVDF、PVDF-HFP、PAN、PEO、PMMA、PVA，並且更佳的是PVDF-HFP。
將經由電紡絲法製備的聚合物奈米纖維以基於該電解質層1008的總量的5至95重量百分比、較佳的是20至80重量百分比、更佳的是40至60重量百分比進行混合。
圖2示出了電紡絲裝置的示意圖。該電紡絲裝置包括一電壓源2001以便向奈米纖維施加一電壓；一溶液運輸體2002以便規則地噴灑該聚合物溶液；一電紡絲機2003以從聚合物溶液中產生聚合物奈米纖維，該聚合物溶液藉由使用由該電壓源施加的一電壓從該溶液運輸體進行運輸；以及一收集器2004用於收集來自該電紡絲機的所紡出的奈米纖維。
對於在電解質層1008中所添加的聚合物奈米纖維將進行詳細描述。首先，在聚合物奈米纖維係藉由電紡絲方法製備的情況下，將所使用的聚合物在一溶劑中以5至19的重量百分比、11至17的重量百分比進行混合。作為在此所使用的溶劑，例如二甲基乙醯胺以及丙酮，可以按3至7的重量比存在。
同時，本發明的固體電解質可以進一步包括奈米大小的金屬添加劑(例如，Ag)或無機奈米填充劑。作為無機奈米填充劑，儘管不受以下所限制，但是Al2 O3 或BaTiO3 係較佳的。
當將金屬添加劑引入聚合物奈米纖維中後，它們可以在一溶劑中相對於在電紡絲中所使用的溶液的聚合物濃度按0.1至30的重量百分比、並且較佳的是1至20的重量百分比進行混合。當將無機奈米填充劑添加劑引入聚合物奈米纖維中時，它們可以在一溶劑中相對於在電紡絲中所使用的溶液的聚合物濃度按1至50的重量百分比、並且較佳的是10至40的重量百分比進行混合。
其次，在聚合奈米纖維係藉由所施加的電壓藉由一種電紡絲的方法而製備的情況下，電紡絲法係在以下條件下進行的，其中聚合物重量以及尖端到收集器的距離(TCD)分別被保持在15重量百分比和15cm，並且所施加的電壓在從6kV至25kV的範圍，較佳的是從8kV至20kV。
最後，在聚合物奈米纖維係用TCD藉由一種電紡絲方法製備的情況下，電紡絲係在以下條件下進行的，其中聚合物的重量以及所施加的電壓分別被固定在15重量百分比和14kV，並且TCD係9至21cm，較佳的是13至19cm。在一溶液運輸體中，聚合物溶液以1至5ml/h、較佳的是2ml/h的流速供應。
在聚合物奈米纖維係藉由以上所述之電紡絲的方法製備的情況下，最較佳的是在以下條件下，即其中聚合物濃度在從11重量百分比到17重量百分比的範圍，所施加的電壓係在8kV和14kV之間，TCD係從13至19cm，並且溶液係以2ml/h的流速供應。
此外，在電解質層1008中所使用的電解質可以包括I2 以及金屬碘化物或有機碘化物(金屬碘化物或有機碘化物/I2 )的一組合作為一氧化還原對(redux pair)。此外，也可以使用Br2 與金屬溴化物或有機溴化物(金屬溴化物或有機溴化物/Br2 )的一組合作為一氧化還原對。
在本發明中所使用的電解質中，在金屬碘化物或金屬溴化物中的金屬陽離子包括Li、Na、K、Mg、Ca、Cs等。作為有機碘化物或有機溴化物中的陽離子合適的是銨化合物，例如咪唑鎓、四烷基銨、吡啶鎓、三唑鎓等，但是陽離子並不限於以上所列出的化合物。可以對選自以上各項的至少兩種化合物進行混合以用於電解質，並且LiI或咪唑鎓碘化物與I2 組合的一氧化還原對是特別佳的。
在以上描述的溶劑用在根據本發明的電解質組合物中的情況下，可以將金屬碘化物或金屬溴化物與碘(I2 )或溴(Br2 )進行組合並且該組合可以用作一氧化還原對。作為此種氧化還原對，可以使用LiI/I2 、KI/I2 、NaI/I2 、CsI/I2 、Pr4 NI(四丙基碘化銨)/I2 、TBAI(四丁基碘化銨)/I2 等，並且較佳的是一TBAI/I2 對。
在可以用於根據本發明的電解質之中，作為適合作為一離子液體的有機鹵化物，有n-甲基咪唑鎓碘化物、n-乙基咪唑鎓碘化物、1-苄基-2-甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓碘化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓碘化物等。特別是，較佳的是1-乙基-3-甲基咪唑鎓碘化物並且以上列出的材料可以與碘(I2 )結合使用。在使用這種離子液體(即溶解的鹽)的情況下，一電解質組合物可以在缺失溶劑的情況下形成固體電解質。
同時，塗覆在第二基板1010的相對面的第二電極1009起陰極的作用。第二電極1009可以藉由使用濺射或紡絲塗覆而塗布或塗覆到該第二基板1010的相對面上。
可以在第二電極1009中使用的材料係具有大於在第一電極1002中使用材料的功函數的值的材料，包括鉑(Pt)、金、碳等，並且鉑係較佳的。
所述第二基板1010係類似於該第一基板1001的一透明材料。第二基板1010可以由透明材料，例如玻璃或塑膠進行製備，包括PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PEN(萘二酸乙二酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚醯胺)、TAC(三乙醯纖維素)等，並且較佳的是由玻璃製備。
根據本發明較佳的操作實例所製備的染料敏化太陽能電池係如下進行製造的。
首先，將無機氧化物，較佳的是將處於膠體狀態的氧化鈦以5μm和30μm之間的一厚度塗布或流延到塗覆有一第一電極材料的一第一基板的表面上，並且在從約450℃至約550℃的溫度下進行燒結以便形成去除了有機體的第一基板/第一電極/無機氧化物塗覆的/分層的電極。隨後，為了將一染料吸收到所製備的無機氧化物層上，將一染料，例如釕535加入預先製備的一乙醇溶液中來製備一染料溶液。之後，將塗覆有無機氧化物層的一透明基板(例如光電極或塗覆有FTO的玻璃電極等)置於所形成的染料溶液中，由此將染料吸收到該無機氧化物層。待染料完全吸收到無機氧化物層之後，為了除去物理吸收的染料，將無機氧化物層用乙醇等洗滌，並且然後進行乾燥。
如果製備了塗覆有染料吸收的無機氧化物層的透明基板，則根據本發明的聚合物纖維藉由加入一電解質溶液被用作電解質，並且藉由燒結一鉑前體材料而製造的鉑電極被結合到一玻璃基板上以獲得根據本發明的染料敏化太陽能電池。
操作實例
實例1：一無機氧化物層的製備，其中引入了一介面結合層(BL)以及散射層(SL)
待以體積比1：10製備鈦(IV)的異丙氧化物與乙醇的混合溶液之後，藉由旋塗法將該混合溶液以1500rpm經20秒稀薄地塗覆到FTO玻璃基板上(氟摻雜的氧化錫，SnO2 :F，15ohm/sq)，將其以15mm×15mm的大小進行切割，並且然後進行洗滌。然後，將其放入一電坩堝中，將溫度從室溫升高到500℃並且經約30分鐘將有機化合物移除並且將其冷卻到室溫。升溫速率和冷卻速率分別是約5℃/min。藉由刮刀法將具有9nm顆粒大小的膠態的氧化鈦糊劑稀薄地塗覆到基板上以具有一約10μm的厚度之後，將其放入該電坩堝中，將溫度從室溫升高到500℃並且冷卻到室溫。隨後，藉由以與第一種方法相同的方式引入介面結合層I而將鈦(IV)的異丙氧化物與乙醇的混合溶液稀薄地塗覆到基板上之後，將其放入電坩堝中，將溫度從室溫升高到500℃並且冷卻到室溫。藉由刮刀法將具有300nm顆粒大小的膠態的氧化鈦糊劑稀薄地塗覆到基板上之後，將其放入電坩堝中，將溫度從室溫升高到500℃並且冷卻到室溫。引入具有300nm或大於300nm顆粒大小的TiO2 層以藉由將光散射來增加光的吸收。最後，藉由將鈦(IV)的異丙氧化物與乙醇的混合溶液稀薄地塗覆到基板上之後，將其放入電坩堝中，將溫度從室溫升高到500℃並且冷卻到室溫以便以與第一種方法相同的方式引入介面結合層II。圖3到圖5示出了在其上引入了介面結合層以及光散射層的無機氧化物層的SEM照片以及側面的截面圖。
實例2：吸收一染料
將移出了有機化合物並且僅用氧化鈦塗覆的基板在室溫下置於染料溶液中24小時，這樣，該染料吸收到氧化鈦層上。所使用的染料係從Solaronix(瑞士)可商購的順式-雙(異硫氰酸基)雙(2,2'-聯吡啶基-4,4'-二羧酸)-釕(II)(釕535染料)。釕535染料的溶液係藉由將其以在100ml的乙醇中20mg的濃度進行熔化而製備的。在將其浸泡24小時並從溶液中取出之後，將吸收了染料的氧化鈦基板再用乙醇洗滌以便除去物理吸收的染料層，並且然後藉由在60℃將其再乾燥而製成基板。
染料2被用於使用聚乙烯醇纖維的染料敏化太陽能電池。所使用的染料係從Solaronix(瑞士)可商購的順式-雙異硫氰酸基-雙(2,2'-聯吡啶基-4,4-二羧酸)釕(II)雙(四丁基銨)。釕535雙TBA染料溶液係藉由以在純乙醇中0.5mmol的濃度將其進行熔化而製備。將其浸泡24小時並從溶液中取出之後，將吸收了染料的氧化鈦基板再用乙醇洗滌以便除去物理吸收的染料層，並且然後藉由在60℃下將其再乾燥而製成基板。
實例3：用於電紡絲的PVDF-HFP聚合物溶液的製備
將聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解在丙酮和N,N-二甲基乙醯胺(重量比7:3)的混合溶液中來製備PVDF-HFP聚合物溶液。藉由將其在攪拌器中攪拌24小時而使其完全溶解，並且超聲處理30分鐘。
實例4：含Ag的PVDF-HFP聚合物溶液的製備
將聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解在丙酮和N,N-二甲基乙醯胺(重量比2:1)的混合溶液中之後加入相對於聚合物1-20wt%的量的Ag來製備PVDF-HFP聚合物溶液。藉由將其在攪拌器中攪拌24小時而使其完全溶解，並且超聲處理30分鐘。
實例5：含無機奈米填充劑的PVDF-HFP聚合物溶液的製備
將聚偏氟乙烯-六氟丙烯以及單獨量化的Al2 O3 和BaTiO3 作為一無機奈米填充劑進行混合以製備含無機奈米填充劑的聚合物溶液，其中所使用的無機奈米填充劑的量係相對於所使用的聚合物為10-40wt%。將混合物溶解在丙酮與N,N-二甲基乙醯胺(重量比7:3)的混合溶液中。藉由將其在攪拌器中攪拌24小時而使其完全溶解，並且將其超聲處理30分鐘。
實例6：用於電紡絲的PVA聚合物溶液的製備
將聚乙烯醇(PVA)用相對於蒸餾水10wt%的量溶解在蒸餾水中來製備PVA聚合物溶液。將溶液在攪拌器中於80℃下攪拌6小時並且進一步在更低的溫度下(室溫下)攪拌24小時以使其完全溶解在蒸餾水中，並且然後超聲處理1小時。
實例7：含Ag的PVA聚合物溶液的製備
在加入Ag之前將聚乙烯醇(PVA)用相對於蒸餾水10wt%的量溶解在蒸餾水中來製備含Ag的PVA聚合物溶液。將溶液於80℃下在攪拌器中攪拌6小時，然後降低溫度到室溫以便將聚乙烯醇完全溶解在蒸餾水中。向該溶液中加入2-3滴稀釋的硝酸溶液來阻止Ag在藉由加入相對於聚合物0.01wt%的量的Ag攪拌所形成的溶液的過程中被還原。將溶液再攪拌24小時以充分混合，並且超聲處理1小時。
實例8：用於電紡絲的聚合物共混溶液的製備
該聚合物共混溶液係藉由向聚偏氟乙烯-六氟丙烯中分別加入聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯來製備的。當將PVDF-HFP和PS進行共混時，所使用的溶劑係DMF，而當將PVDF-HFP和PMMA進行共混時，則將其溶解在丙酮與N,N-二甲基甲醯胺(重量比7:3)的混合溶液中。將該溶液在攪拌器中攪拌24小時並且超聲處理30分鐘以便完全溶解。
實例9：藉由電紡絲製備PVDF-HFP聚合物奈米纖維
藉由改變聚合物的wt%、供給電壓、以及尖端與收集器之間的間隙來進行電紡絲，以便獲得奈米級的不同的直徑。將溶解在溶劑中的聚合物以恒定的速率在一溶液運輸體中引至一電紡絲機。在實驗中輸出速率系2ml/h。當聚合物溶解在溶劑中時，該聚合物奈米纖維系藉由在相對於溶液11wt%和17wt%之間改變聚合物的量來製造的，其中該聚合物的量系如在本發明的結構中所提及的合適的範圍。電紡絲系藉由在8kV和14kV之間改變來自電壓源的電壓而進行。電紡絲系藉由在13cm和19cm之間改變尖端與收集器的間隙而進行。電紡絲的聚合物奈米纖維在15wt%、14kV和15cm的最佳條件下進行製造。
實例10：藉由電紡絲製備含Ag的PVDF-HFP聚合物奈米纖維
藉由改變聚合物的wt%、供給電壓、以及尖端到收集器之間的間隙來進行電紡絲，以獲得含Ag的PVDF-HFP奈米纖維的奈米級的不同直徑。此外，聚合物奈米纖維藉由引入1wt%-20wt%的Ag而改變條件來進行製造。在實驗中從溶液運輸體中輸出的速率系0.2-2.0ml/h。電紡絲藉由在8kV和20kV改變來自電壓源的電壓而進行。電紡絲的聚合物奈米纖維藉由在13cm和21cm之間改變尖端與收集器之間的間隙來進行製造。
實例11：藉由電紡絲製備含無機奈米填充劑的PVDF-HFP聚合物奈米纖維
藉由改變聚合物的wt%、供給電壓、以及尖端到收集器之間的間隙來進行電紡絲，以獲得含無機奈米填充劑的PVDF-HFP奈米纖維的奈米級的不同直徑。此外，聚合物奈米纖維藉由引入10wt%-40wt%的無機奈米填充劑(Al2 O3 、BaTiO3 )而改變條件來進行製造。在實驗中從溶液運輸體中輸出的速率系1.5ml/h。電紡絲藉由在12kV和15kV之間改變來自電壓源的電壓來進行。電紡絲的聚合物奈米纖維藉由在15cm和18cm之間改變尖端與收集器之間的間隙進行制造。
實例12：藉由PVA電紡絲製備聚合物奈米纖維
當製備聚乙烯醇(PVA)纖維時，藉由改變聚合物的wt%、供給電壓以及尖端和收集器之間的間隙進行電紡絲以便獲得如以上所適合的奈米級直徑。在該實驗中從溶液運輸體中輸出的速率係0.6ml/h。當將聚合物溶解在溶劑中時，該聚合物奈米纖維藉由相對於溶液在8wt%-10wt%之間改變聚合物的量來進行製造。該纖維藉由在15kV和20kV之間改變來自電壓源的電壓來製造。電紡絲藉由在15cm和22cm之間改變尖端與收集器的間隙而進行。電紡絲的聚合物奈米纖維係在9wt%、20kV和20cm的最佳條件下進行製造的。
實例13：使用含Ag的PVA的電紡絲製備聚合物奈米纖維
當製備含銀聚乙烯醇纖維時，電紡絲在與實例7相同的條件下進行。使用由石墨製成的適配器來阻止Ag在電紡絲過程中被還原，而由不銹鋼製成的適配器通常在進行電紡絲時用於連接尖端和噴嘴。最後，在對含Ag的纖維進行電紡絲之後，將其在熱板上擠壓15分鐘以還原Ag。
實例14：使用共混聚合物的電紡絲製備聚合物奈米纖維
將PVDF-HFP與聚苯乙烯進行共混之後，在實驗中以從溶液運輸體中0.5ml/h的輸出速率並且藉由在13kV和20kV之間改變來自電壓源的電壓進行電紡絲。電紡絲的聚合物奈米纖維藉由在15cm和23cm之間改變尖端和收集器之間的間隙進行製造。聚合物奈米纖維在15wt%、20kV和23cm的條件下進行製造。
實例15：使用掃描電子顯微鏡對PVDF-HFP聚合物奈米纖維的表面的分析以及奈米纖維的分佈
圖6(A)和(B)係具有15wt%的聚合物的聚合物纖維的表面圖像以及直徑分佈圖。聚合物奈米纖維藉由改變聚合物的wt%在14kV的供給電壓下、在15cm的尖端和收集器之間的距離下、以及2ml/h的溶液供給速率下進行製造。如圖6(A)和(B)所示，所獲得的奈米纖維經鑒定具有800-1000nm的直徑最均勻分佈。
實例16：使用掃描電子顯微鏡對含Ag的PVDF-HFP聚合物奈米纖維的表面的分析以及奈米纖維的分佈
圖7(A)至(L)係根據在0.3wt%和10wt%之間改變在聚合物中所含的Ag的量的聚合物纖維的表面圖像。聚合物奈米纖維係藉由在15和20kV之間的供給電壓下，在15和20cm之間的尖端和收集器之間的距離下以及0.3和2ml/h之間的溶液供給速率下改變包含在聚合物中的Ag的wt%而進行製造。如圖7(A)至(L)所示，所獲得的奈米纖維經鑒定具有200-500nm的直徑最均勻分佈。
實例17：使用掃描電子顯微鏡對含無機奈米填充劑的PVDF-HFP聚合物奈米纖維的表面的分析以及奈米纖維的分佈
圖8(A)至(L)係根據在10wt%和40wt%之間改變作為無機奈米填充劑的Al2 O3 的量的聚合物纖維的表面圖像。聚合物奈米纖維藉由在12kV的供給電壓下，在15cm的尖端和收集器之間的距離下以及1.5ml/h的溶液供給速率下改變聚合物的wt%而進行製造。如圖8(A)至(L)所示，當加入40wt%的Al2 O3 時所獲得的奈米纖維具有最好的纖維形貌。
圖9(A)至(L)係根據在10wt%和40wt%之間改變作為無機奈米填充劑的BaTiO3 的量的聚合物纖維的表面圖像。聚合物奈米纖維藉由在12kV的供給電壓下，在15cm的尖端和收集器之間的距離下以及1.5ml/h的溶液供給速率下改變聚合物的wt%而進行製造。如圖9(A)至(L)所示，所獲得的奈米纖維表明它具有團聚的形狀(gathering-shape)以及500-1000nm的直徑最均勻分佈。
實例18：使用掃描電子顯微鏡對PVA聚合物奈米纖維的表面的分析以及奈米纖維的分佈
圖10(A)和(B)係PVA聚合物纖維的圖像以及直徑分佈圖。當對圖像中的聚合物纖維進行電紡絲時，供給電壓係20kV，尖端和收集器之間的間隙係20cm，並且溶液供應速率係0.6ml/h。如圖10(B)所示，所獲得的奈米纖維表明它具有180-200nm的直徑最均勻分佈。
實例19：使用掃描電子顯微鏡對含Ag的PVA聚合物奈米纖維的表面的分析以及奈米纖維的分佈
圖11係含有Ag的PVA聚合物纖維的表面圖像。當對圖像中的聚合物纖維進行電紡絲時，供給電壓係20kV，尖端和收集器之間的間隙係20cm，並且溶液供應速率係0.6ml/h。含Ag的PVA聚合纖維具有與不含Ag的聚合物類似的直徑範圍。儘管Ag包含在PVA纖維之中，經證實原始的形貌並未改變。
實例20：使用掃描電子顯微鏡對共混的聚合物奈米纖維的表面的分析以及奈米纖維的分佈
圖12(A)至(C)示出了PVDF-HFP與聚苯乙烯的共混聚合物奈米纖維的表面圖像。當對圖像中的聚合物纖維進行電紡絲時，供給電壓係20kV，尖端和收集器之間的間隙係21cm，並且溶液供應速率係5.0ml/h。PVDF-HFP與聚苯乙烯的共混聚合物奈米纖維的直徑係約1000nm，它比未共混的PVDF-HFP奈米纖維更大並且股的形狀更粗糙。
圖13(A)至(C)示出了PVDF-HFP與PMMA的共混聚合物奈米纖維的表面圖像。當對圖像中的聚合物纖維進行電紡絲時，供給電壓係20kV，尖端和收集器之間的間隙係21cm，並且溶液供應速率係4.0ml/h。PVDF-HFP和PMMA的共混聚合物具有和未共混的PVDF-HFP奈米纖維相似的直徑範圍，係約600nm，並且兩者的股的形狀幾乎相似。
實例21：製備一電解質溶液
藉由在碳酸亞乙酯、聚碳酸亞丙酯以及乙腈的溶劑中(體積比8:2:5)混合0.2mol的四丁基碘化銨、0.05mol的碘以及0.3mol的1-profile-3-甲基咪唑鎓碘化物來製備一電解質溶液，並且然後將其攪拌24小時。
在使用聚乙烯醇纖維製備染料敏化太陽能電池的實例中，藉由在碳酸亞乙酯、聚碳酸亞丙酯以及乙腈的溶劑中(體積比8:2:5)混合0.02mol的四丁基碘化銨、0.08mol的碘以及0.03mol的1-profile-3-甲基咪唑鎓碘化物來製備一電解質溶液，並且然後將其攪拌24小時。
實例22：使用聚合物奈米纖維製作電解質層
將根據實例6至8製造的聚合物奈米纖維置於實例2的染料所吸收的氧化鈦基板上，並且然後將0.035ml的電解質溶液使用微量移液器滴落到基板的上部。此後，將其在40-50℃下在烘箱中乾燥2到3小時以便蒸發溶劑。
實例23：製作Pt電極
使用含Pt前體的糊劑來製備透明的染料敏化太陽能電池。該Pt前體的糊劑可以從Solaronix(瑞士)商購到。
將Pt塗覆到FTO玻璃基板上，該基板藉由使用含Pt前體的糊劑在從室溫到400℃的提高的溫度下按照與實例1中的氧化鈦層相同的方式切割成15mm×10mm的尺寸。使用一台Alpha Step所獲得的Pt電極的測量結果係，厚度經鑒定為約100nm。
實例24：製作固體型的染料敏化太陽能電池裝置
染料敏化太陽能電池裝置係藉由含聚合物纖維和電解質(根據實例22施加到染料吸收的氧化鈦層上)的電極基板與根據實例23製成的Pt電極基板的裝置結而製成的。
實例25：染料敏化太陽能電池裝置的電光特性的測量
根據實例24製造的染料敏化太陽能電池的電光特性。具有根據實例22的含聚合物纖維的電解質的染料敏化太陽能電池的電壓-電流密度在標準條件(AM 1.5,100mW/cm2 ,25℃)下藉由使用一太陽能模擬器(PEC-L11,PECCELL)進行測量，其中該太陽能模擬器藉由安裝150W的氙燈以及Keithley並且使用標準的矽電池進行校正。
電光特性的結果
根據測量染料敏化太陽能電池裝置的電光特性的結果的電流-電壓圖分別在圖14至19中示出。
圖14係示出了使用根據實例9製造的具有奈米級直徑的PVDF-HFP纖維的染料敏化太陽能電池裝置在100mW/cm2 的照明狀態下的電壓-電流密度的曲線圖。根據圖14，電流密度隨著引入介面結合層以及散射層而增加。
圖15係示出了使用根據實例9製造的具有奈米級直徑的PVDF-HFP纖維的染料敏化太陽能電池在暗的狀態下的電壓-電流密度的曲線圖。經鑒定，該電壓隨著引入介面結合層以及散射層而增加，因為這兩個層阻止了TiO2 層與電極層的重組。
表1示出了藉由加入PVDF-HFP聚合物纖維而製造的染料敏化太陽能電池裝置的特性，該聚合物纖維的製備條件為：供給電壓係14kV，尖端和聚集器之間的間隙係15cm，並且溶液供應速率係2ml/h，並且聚合物的wt%係不斷變化的。經證實，電流密度隨介面結合層以及散射層的引進而顯著增加，而開路電壓和填充因數沒有很大改變。因此，總能量的轉換效率提高了60%，並且可以製造具有8.58%的高效率的染料敏化太陽能電池。
[表1]
在引入了介面結合層與散射層的無機氧化物層中使用PVDF-HFP聚合物奈米纖維的染料敏化太陽能電池裝置的光電性能的對比
表2示出了藉由加入含Ag的PVDF-HFP聚合物纖維製造的染料敏化太陽能電池裝置的特性，該聚合物纖維的製備條件為：供給電壓係在8kV和20kV之間，尖端和聚集器之間的間隙係在13和21cm之間，並且溶液供應速率係在0.2和2ml/h之間，並且Ag相對於聚合物的wt%係不斷變化的。經證實，當加入1/00wt%的Ag時電流密度顯著增加。
[表2]
使用含Ag的PVDF-HFP聚合物奈米纖維的染料敏化太陽能電池裝置的光電性能的對比
圖16示出了在100mW/cm2 的照明條件下使用根據實例11製造的具有奈米級直徑的PVDF-HFP的染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，其中PVDF-HFP包含Al2 O3 作為無機奈米填充劑。
表3示出了藉由加入含無機奈米填充劑的PVDF-HFP聚合物纖維製造的染料敏化太陽能電池裝置的特性，該聚合物纖維的製備條件為：供給電壓係在12kV和15kV之間，尖端和聚集器之間的間隙係在15cm和18cm cm之間，並且溶液供應速率係1.5ml/h，並且作為無機奈米填充劑的Al2 O3 相對於聚合物的wt%係變化的。
根據圖16和表3，當加入PVDF-HFP中的Al2 O3 的含量係20wt%以及30wt%時短路電流具有最大值，並且能量轉化效率在30wt%的情況下具有最大值。
圖17示出了在100mW/cm2 的照明條件下使用根據實例11製造的具有奈米級直徑的PVDF-HFP纖維的染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，其中PVDF-HFP包含BaTiO3 作為無機奈米填充劑。
[表3]
使用PVDF-HFP聚合物奈米纖維的染料敏化太陽能電池裝置的光電性能的對比，其中PVDF-HFP包含Al2 O3 作為無機奈米填充劑
表4示出了與表3在相同的條件下製備(但是使用BaTiO3 代替Al2 O3 )的染料敏化太陽能電池裝置的特性。
根據圖17以及表4，當加入PVDF-HFP中的BaTiO3 係20wt%時，電流密度以及能量轉換效率具有最大值。
[表4]
使用PVDF-HFP聚合物奈米纖維的染料敏化太陽能電池裝置的光電性能的對比，其中PVDF-HFP包含BaTiO3 作為無機奈米填充劑
根據表2至4，當將含Ag、或Al2 O3 或BaTiO3 作為無機奈米填充劑插入染料敏化太陽能電池中並將其熔融到電極中時，與具有不含該等組分的纖維的染料敏化太陽能電池相比，電流密度以及能量效率更加得到改進。
圖18係示出了染料敏化太陽能電池裝置在100mw/cm2 的照明狀態下使用根據實例12製造的具有奈米級直徑的PVA纖維的一電壓-電流密度的曲線圖。根據圖18，已經證實了電壓隨著引入介面結合層以及散射層而增加。
圖19係示出了使用根據實例12所製造的具有奈米級直徑的PVA纖維的染料敏化太陽能電池在暗的狀態下的電壓-電流密度曲線圖。經證實電壓隨著引入介面結合層以及散射層而增加，因為這兩個層阻止了TiO2 層與電極層的重組。
表5示出了藉由加入PVA聚合物纖維製造的染料敏化太陽能電池裝置的特性，該聚合物纖維的製備條件為：供給電壓係20kV，尖端和聚集器之間的間隙係20cm，並且溶液供應速率係0.6ml/h，並且聚合物的wt%係不斷變化的。根據表5，電流密度隨著介面結合層以及散射層的引進而顯著增加，而開路電壓和填充因數沒有很大改變。因此，當鑒定總能量的轉換效率時，可以製造具有7.36%的高效率的染料敏化太陽能電池。
[表5]
在引入了介面結合層與散射層的無機氧化物層中使用PVA聚合物奈米纖維的染料敏化太陽能電池裝置的光電性能的對比
圖20示出了在100mW/cm2 的照明條件下使用根據實例13製造的具有奈米級直徑的PVA纖維的染料敏化太陽能電池裝置的一電壓-電流密度的曲線圖，其中PVA包含Ag。
表6示出了藉由加入在與製造PVA相同的條件下生產的Ag-PVA纖維製造的染料敏化太陽能電池裝置的特性。根據表6，能量轉換效率藉由將Ag加入PVA纖維中而提高到了8.12%。
[表6]
在引入了介面結合層與散射層的無機氧化物層中使用聚合物奈米纖維的染料敏化太陽能電池的光電性能的對比(Ag-PVA)
在使用PVA纖維的實驗中，當向染料敏化太陽能電池中插入含Ag的纖維並且將其在電解質中熔融時(表6)，與具有不包含Ag的纖維的染料敏化太陽能電池(表5)相比，電流密度更加得到改進。結果係，Ag作為幫助離子在電解質中移動的介質起作用，由此在TiO2 、電解質以及Pt電極中離子的電導速率增加。
表7示出了藉由加入PVDF-HFP與聚苯乙烯的共混聚合物纖維而製成的染料敏化太陽能電池裝置的特性，該共混的聚合物纖維的製備條件係：供給電壓係20kV，尖端和收集器之間的間隙係21cm，並且溶液供應速率係5.0ml/h，並且PVDF-HFP與PMMA的共混聚合物纖維的製備條件為：供給電壓係20kV，尖端和收集器之間的間隙係20cm，並且溶液供應速率係4.0ml/h。
[表7]
使用PVDF-HFP分別與聚苯乙烯和PMMA共混的聚合物的染料敏化太陽能電池裝置的光電性能的對比
實例26：測量染料敏化太陽能電池裝置的阻抗
藉由測量根據實例15生產的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗來測量每一介面上的電阻。圖21至27係示出了用Echem Analyst(GAMRY)測量的值並且將其擬合到Z-MAN軟體上而獲得的阻抗資料的曲線圖。
圖21係在無機氧化物層中引入了介面結合層以及光散射層的染料敏化太陽能電池裝置以及不具有這兩個層的裝置的阻抗的Bode曲線圖。當該曲線圖的峰位於離低頻率更近的位置時，電荷會移動地更快並且電子的壽命更長。電荷的快速移動係藉由引入介面結合層以及光散射層而引發的，這樣就提供了高的電流密度以及能量轉換效率，因為當引入介面結合層以及光散射層時，曲線圖的峰向更接近低的頻率移位元。
表8和9示出了在向無機氧化物層中引入介面結合層以及光散射層之後測量分別藉由電紡絲法用PVDF-HFP和PVA製成的以及藉由旋塗法用聚合物薄膜製成的染料敏化太陽能電池裝置的電阻的結果。Rs係太陽能電池裝置的串聯電阻，R1CT 係含介面結合層I1004的無機氧化物層1003與光散射層1005之間的電阻，R2CT 係含介面結合層II1006的光散射層1005與電解質層1008之間的電阻，並且R3CT 係聚合物電解質層1008與第二電極1009之間的電阻。R1CT 、R2CT 、和R3CT 之間沒有顯著差別，然而，根據R2CT 的值，由聚合物奈米纖維製成的染料敏化太陽能電池裝置的電阻更低。因此，由於光散射層和電解質層之間的低電阻獲得了作為光電性能的高電流密度。
圖22和24係阻抗的Bode曲線圖，並且圖23和25係Nyquist曲線圖。由於Bode曲線圖的峰位於低頻區域的相同頻率處，所以在電荷移動上沒有顯著的差別。圖的更大並且更高的半圓(half-circle)意味著存在電子與摻雜的空穴的許多重組。當聚合物薄膜係藉由旋塗法使用時，曲線圖在高頻區的半圓更大，由此產生更大的重組。因此，獲得了高以及低的電阻作為光電性能。
圖26係根據實例用具有奈米級直徑的含Ag的PVA纖維製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比。由於兩條曲線圖的峰位於相同的頻率，因此在電荷移動上沒有顯著的差別。圖27係根據實例由具有奈米級直徑的含Ag的PVA纖維製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Nyquist曲線圖的對比。由於兩幅曲線圖顯示出類似的曲線，然而，PVA的介面阻抗比Ag-PVA的更小，並且總體上呈現出低的阻抗。
[表8]
來自藉由電紡絲的方法使用PVDF-HFP奈米纖維製成的以及藉由旋塗法使用PVDF-HFP聚合物薄膜製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗測量的電阻水平
[表9]
來自藉由電紡絲的方法使用PVA奈米纖維製成的以及藉由旋塗法使用PVA聚合物薄膜製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗測量的電阻水平
如以上所提及，藉由使用含Ag纖維製的染料敏化太陽能電池由於介面之間離子電導率的增加而具有增加的電流密度。它可以藉由對阻抗的分析來證實。在太陽能電池裝置的串聯電阻之間不存在顯著差別，然而由含Ag的奈米纖維製成的R1CT、R2CT、以及R3CT的值降低。因此，發現了由含Ag的奈米纖維製成的太陽能電池的介面之間的電阻更低。
圖28係根據實例由具有奈米級直徑的含PVDF的纖維製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比，其中PVDF包括Al2 O3 作為無機奈米填充劑。由於兩個曲線圖的峰位於類似的頻率，因此在電荷移動上沒有顯著的差別。圖29係根據以下實例由具有奈米級直徑的含PVDF纖維製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Nyquist曲線圖的對比，其中PVDF包含Al2 O3 作為無機奈米填充劑。含無機奈米填充劑Al2 O3 的PVDF-HFP纖維具有比不含它們的纖維更小的半圓，因此引入了無機奈米填充劑Al2 O3 證實了它阻止了重組。
[表10]
來自藉由電紡絲的方法使用PVDF-HFP奈米纖維製成的染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的測量的電阻水平，其中PVDF包含Al2 O3 作為無機奈米填充劑
實例27：藉由電紡絲法製成的PVDF-HFP聚合物奈米纖維的電解質耐久性試驗
聚合物纖維係藉由PVDF-HFP的電紡絲進行製備的，然後將所生產的聚合物纖維引入多個玻璃基板之間並且還引入電解質。進行耐久性試驗。在圖30中(A)係黏合了玻璃基板之後並且不引入聚合物纖維而僅引入電解質的一圖像。在圖30中(A-1)係引入纖維並且黏合了玻璃基板然後引入了電解質之後的一圖像。在玻璃基板上鑽一具有1mm直徑的孔之後，通過該孔引入電解質，然後不填充該孔觀察48小時。
在圖30中(B)係黏合了玻璃基板並且然後僅引入電解質之後12小時的一圖像。在圖30中(B-1)係引入了纖維並且黏合了玻璃基板然後引入了電解質之後12小時的一圖像。
在圖30中(C)係黏合了玻璃基板並且然後僅引入電解質之後36小時的一圖像。在圖30中(C-1)係引入了纖維並且黏合了玻璃基板然後引入了電解質之後36小時的一圖像。
在圖30中(D)係黏合了玻璃基板並且然後僅引入電解質之後48小時的一圖像。在圖30中(D-1)係引入了纖維並且黏合了玻璃基板然後引入了電解質之後48小時的一圖像。48小時之後將它們對比，在僅引入了電解質的圖30中(D)所使用的電解質的量藉由蒸發變得更少，而在引入了纖維與電解質的圖30中(D)的電解質幾乎沒有被蒸發並且保留在了玻璃基板中。這表明聚合物奈米纖維可以穩定地將電解質保留在玻璃基板中。在圖30中(E)係由於檢察纖維在48小時之後是否保留在電解質中而移去了玻璃基板的一個圖。應理解的是，儘管已經過48小時，纖維仍然保留下來並且未熔融或分散。
對比實例1：使用旋塗的PVDF-HFP聚合物作為電解質基質的染料敏化太陽能電池的光電性能
聚合物薄膜係藉由旋塗法使用聚合物PVDF-HFP製備的，然後將所產生的薄膜引入染料敏化太陽能電池中，隨後確定該裝置的光電性能。
根據與實例相同的程式和條件製備電解質溶液以便製作染料敏化太陽能電池，除外使用藉由旋塗法而製備的聚合物薄膜代替聚合物奈米纖維。關於包含藉由旋塗法製作的聚合物薄膜的染料敏化太陽能電池，在與實例25中相同的條件下根據電壓測量電流密度。根據對比實例1的染料敏化太陽能電池的電壓-電流密度的確定在圖31中示出，表11指明了開路電壓、短路電流、填充因數、能量轉換效率。
在根據對比實例1的染料敏化太陽能電池中，藉由電極的帶隙能量差所確定的開路電壓與其中包括聚合物奈米纖維的實例9的開路電壓類似。然而，在包括典型的聚合物纖維的裝置的情況下，短路電流的值更低。似乎是因為離子遷移率由於聚合物奈米纖維中大量的孔而更高。與包括聚合物纖維的裝置相比，對比實例1的能量轉換效率也趨於更低。
表11.
使用旋塗的PVDF-HFP聚合物作為電解質基質的染料敏化太陽能電池的光電性能
對比實例2：使用旋塗的PVA聚合物作為電解質基質的染料敏化太陽能電池的光電性能
聚合物薄膜係藉由旋塗法使用在實例6中的聚合物PVA進行製備的，然後將所產生的薄膜引入到染料敏化太陽能電池中，隨後確定該裝置的光電性能。
根據與實例相同的程式和條件製備電解質溶液以便製作染料敏化太陽能電池，除外使用藉由旋塗法而製備的聚合物薄膜代替聚合物奈米纖維。關於包含藉由旋塗法製作的聚合物薄膜的染料敏化太陽能電池，在與實例25中相同的條件下根據電壓測量電流密度。根據對比實例2的染料敏化太陽能電池的電壓-電流密度的確定在圖32中示出，表12指明了開路電壓、短路電流、填充因數、能量轉換效率。
在根據對比實例2的染料敏化太陽能電池中，藉由電極的帶隙能量差所確定的開路電壓與其中包括聚合物奈米纖維的實例15的開路電壓類似。然而，在包括典型的聚合物纖維的裝置的情況下，短路電流的值更低。似乎是因為離子遷移率由於聚合物奈米纖維中大量的孔而更高。與包括聚合物纖維的裝置相比，對比實例2的能量轉換效率也趨於更低。
表12.
使用旋塗的PVA聚合物作為電解質基質的染料敏化太陽能電池的光電性能
對比實例3：使用液體電解質的染料敏化太陽能電池的光電性能
製備染料敏化太陽能電池，其中僅引入了液體電解質以便發現並且比較沒有聚合物纖維的染料敏化太陽能電池的能量轉換效率
電流密度在與實例25相同的條件下根據電壓來確定。根據對比實例3的染料敏化太陽能電池的電壓-電流密度的確定在圖33中示出，並且表13示出了開路電壓、短路電流、填充因數、能量轉換效率。
表14示出了根據對比實例3的阻抗值。根據表14，整體阻抗值降低了。因此，應理解的是當僅使用電解質而沒有奈米纖維時，整體阻抗降低，因為當引入奈米纖維時，內電阻由於奈米纖維而得到增加。
表13.
使用液體電解質的染料敏化太陽能電池的光電性能
表14.
使用液體電解質的染料敏化太陽能電池的阻抗的確定
對較佳的實例進行了描述，它們僅是示例性的並且可以對本發明作出不同的修改以及變更。然而，明顯的是該等修改和變更在不背離所附的本發明的申請專利範圍的精神時包括在本發明的範圍之內。
1001．．．第一基板
1002．．．第一電極
1003．．．無機氧化物層
1004．．．介面結合層I
1005．．．光散射層
1006．．．介面結合層II
1007．．．染料層
1008．．．聚合物電解質層
1009．．．第二電極
1010．．．第二基板
2001．．．電壓源
2002．．．溶液運輸體
2003．．．電紡絲機
2004．．．收集器
圖1係根據本發明製備的染料敏化太陽能電池裝置的結構的一截面圖。
圖2係在本發明中所使用的電紡絲裝置的結構的一截面圖。
圖3係在根據本發明的操作實例製備無機氧化物層之後表面的一SEM圖像。
圖4係在根據本發明的操作實例製備的無機氧化物層之上製備光散射層之後表面的一SEM圖像。
圖5係在根據本發明的操作實例製備無機氧化物層之上製備光散射層之後側視圖的一SEM圖像。
圖6(A)以及6(B)分別是根據本發明的操作實例製備的具有奈米大小直徑的PVDF-HFP纖維的表面的一SEM圖像以及一直徑分佈圖像。
圖7(A)至7(L)係藉由按比例向每重量百分比的具有一奈米級的直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVDF-HFP中加入Ag纖維進行製備之後表面的SEM圖像。
圖8(A)至8(L)係藉由按比例向每重量百分比的具有一奈米級的直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVDF-HFP中加入無機奈米填充劑Al2 O3 纖維進行製備之後表面的SEM圖像。
圖9(A)至9(L)係藉由按比例向每重量百分比的具有一奈米級的直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVDF-HFP中加入無機奈米填充劑BaTiO3 纖維之後表面的SEM圖像。
圖10(A)至10(B)分別是具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVA纖維的表面的一SEM圖像以及一直徑分佈圖像。
圖11係包含銀並且具有一奈米級直徑並根據本發明的操作實例製備的PVA纖維表面的一SEM圖像。
圖12(A)至12(C)係具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例製備的PVDF以及PS共混纖維的表面的SEM圖像。
圖13(A)至13(C)係具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例製備的PVDF以及PMMA共混纖維的表面的SEM圖像。
圖14係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例以100mW/cm2 的照明度製備的PVDF-HFP纖維。
圖15係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例在暗的條件下製備的PVDF-HFP纖維。
圖16係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用含有無機奈米填充劑Al2 O3 以及具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例以100mW/cm2 的照明度製備的PVDF-HFP纖維。
圖17係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用含有無機奈米填充劑BaTiO3 以及具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例以100mW/cm2 的照明度製備的PVDF-HFP纖維。
圖18係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例以100mW/cm2 的照明度製備的PVA纖維。
圖19係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例在暗的條件下製備的PVA纖維。
圖20係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一曲線圖，該裝置使用含有Ag並且具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例以100mW/cm2 的照明度製備的PVA纖維。
圖21展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的多種PVDF-HFP纖維，並且該染料敏化太陽能電池裝置包括一光散射層以及一介面結合層。
圖22展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVDF-HFP纖維以及PVDF-HFP薄膜。
圖23展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Nyquist曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVDF-HFP纖維以及藉由旋塗法製造的PVDF-HFP薄膜。
圖24展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVA纖維以及藉由旋塗法製造的PVA薄膜。
圖25展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Nyquist曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVA纖維以及藉由旋塗法製造的PVA薄膜。
圖26展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVA纖維以及含銀的PVA薄膜。
圖27展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Nyquist曲線圖的對比，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的PVA纖維以及含銀的PVA薄膜。
圖28展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Bode曲線圖的對比，該裝置使用含有一種無機奈米填充劑Al2 O3 的、具有奈米級直徑的、並且根據本發明的操作實例製備的PVDF纖維。
圖29展示了染料敏化太陽能電池裝置的阻抗的Nyquist曲線圖的對比，該裝置使用含有一種無機奈米填充劑Al2 O3 的、具有奈米級直徑並且根據本發明的操作實例製備的多種PVDF纖維。
圖30係一電解質耐用性試驗的圖像，該裝置使用具有奈米級直徑並且根據本發明的工作實例製備的多種PVDF-HFP纖維。
在圖30中A係黏合了玻璃基板並且然後僅引入電解質之後在0小時的一圖像。
在圖30中A-1係引入了纖維並且黏合了玻璃基板(其中，然後引入了電解質)之後0小時的一圖像。
在圖30中B係黏合了玻璃基板並且然後僅引入電解質之後12小時的一圖像。
在圖30中B-1係引入了纖維並且黏合了玻璃基板(其中然後引入了電解質)之後12小時的一圖像。
在圖30中C係黏合了玻璃基板並且然後僅引入電解質之後36小時的一個圖像。
在圖30中C-1係引入了纖維並且黏合了玻璃基板(其中然後引入了電解質)之後36小時的一圖像。
在圖30中D係黏合了玻璃基板被並且然後僅引入電解質之後48小時的一圖像。
在圖30中D-1係引入了纖維並且黏合了玻璃基板(其中然後引入了電解質)之後48小時的一圖像。
圖30中E係一圖像，其中在將圖35 D-1中的玻璃基板移除之後纖維保留下來。
圖31係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一個圖，該裝置使用了根據對比實例1的旋塗的PVDF-HFP薄膜。
圖32係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一個圖，該裝置使用了根據對比實例2的旋塗的PVA薄膜。
圖33係染料敏化太陽能電池裝置的電壓-電流密度的一個圖，該裝置係根據對比實例3藉由僅加入電解質而不加入纖維來製備的。
1001．．．第一基板
1002．．．第一電極
1003．．．無機氧化物層
1004．．．介面結合層I
1005．．．光散射層
1006．．．介面結合層II
1007．．．染料層
1008．．．聚合物電解質層
1009．．．第二電極
1010．．．第二基板

Claims (21)

  1. 一種染料敏化的太陽能電池，其包含：彼此相對排列的第一基板及第二基板；插入於該第一基板與第二基板之間的第一電極，其中該第一電極包含無機氧化物層及染料層，該染料層係經化學吸收進入該無機氧化物層以提供受激發之電子；與該第一電極相對放置的第二電極，其中該第二電極被插入於該第一基板與第二基板之間以便允許電流通過；第一介面結合層，該第一介面結合層之構型係促進該介面與該無機氧化物層之頂部的無機氧化物層結合；第二介面結合層，該第二介面結合層之構型係為防止該第一介面結合層之頂部上的反向電流；插入於該第一與第二介面結合層之間的光散射層，該光散射層增加光吸收；及插入於該第一與第二電極之間的多種固體電解質，其中該等固體電解質包含藉由電紡絲法製造的聚合物奈米纖維並藉由氧化還原反應對該染料層提供電子。
  2. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該聚合物奈米纖維係選自構成如下之群組中之至少一種：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)及彼等之聚合物摻合物。
  3. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該聚合物之含量相對於該等固體電解質係5至 95重量%。
  4. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該聚合物之重量平均分子量係自50,000至1,000,000。
  5. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該聚合物奈米纖維具有自20至1500nm的直徑。
  6. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該等固體電解質包含奈米大小的Ag。
  7. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該等固體電解質進一步包含多種無機奈米填充劑。
  8. 如申請專利範圍第7項之染料敏化的太陽能電池，其中該等無機奈米填充劑係Al2 O3 或BaTiO3 。
  9. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該第一及第二介面結合層之厚度係自10至100nm。
  10. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中形成該光散射層之該等顆粒具有自100至500nm的顆粒大小。
  11. 如申請專利範圍第1項之染料敏化的太陽能電池，其中該染料層係選自構成如下之群組中之至少一種：以釕為底質之染料、以為底質之染料、以花青為底質之染料、以卟啉為底質之染料及以蒽醌為底質之染料。
  12. 一種製備染料敏化的太陽能電池之方法，其包含：製備第一基板；在該第一基板的一表面上形成無機氧化物層並形成第一電極；形成第一介面結合層，該第一介面結合層促進該介面與該無機氧化物層之頂部的無機氧化物層結合；在該第一介面結合層之頂部形成光散射層以增加光吸收；在該光散射層之頂部形成第二介面結合層以防止反向電流；在該第二介面結合層之頂部吸附染料層；在吸附該染料層之該第二介面結合層之頂部形成藉由使用電紡絲裝置經電紡絲聚合物溶液所製造的聚合物奈米纖維，對該聚合物奈米纖維施加電解質溶液並隨後蒸發所施加之溶液以形成多種固體電解質；及在該等固體電解質之頂部形成第二電極及第二基板。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中形成該等固體電解質的步驟包含：令聚合物溶解於溶劑中以形成聚合物溶液，將所形成之聚合物溶液導入電紡絲機中及對該聚合物溶液進行紡絲。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中在形成多種固體電解質的步驟中，該聚合物溶液包含奈米大小的Ag。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中在形成多種固體電解質的步驟中，該聚合物溶液進一步包含多種無機奈米填充劑。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該等無機奈米填充劑係Al2 O3 或BaTiO3 。
  17. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該電紡絲裝置包含：一電壓供應器源以便施加電壓以形成奈米纖維；一溶液運輸體以便規則地噴灑該聚合物溶液；一電紡絲機以便自該聚合物溶液製造聚合物奈米纖維，該聚合物溶液係藉由使用由該電壓源所施加的電壓自該溶液運輸體進行運輸；及一收集器以便收集來自該電紡絲機所紡出之該等奈米纖維。
  18. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該電紡絲機控制介於紡絲端與收集器之間的間隙。
  19. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該聚合物係選自構成如下之群組中之至少一種：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚乙烯醇(PVA)。
  20. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第一及第二介面結合層之厚度係自10至100nm。
  21. 如申請專利範圍第12項之方法，其中形成該光散射層之該等顆粒具有自100至500nm之顆粒大小。
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