TWI496298B - 太陽能電池及其工作電極 - Google Patents

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Description

太陽能電池及其工作電極
本發明係關於一種太陽能電池及其工作電極，特別關於一種染料敏化太陽能電池及其工作電極。
染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，簡稱DSSC)或稱為染料增感型太陽能電池，具有成本低、效率高、製作簡易以及可塑性高等優勢，且室內光源可發電、不受日照角度影響等特點。
圖5為習知染料敏化太陽能電池的工作電極示意圖。請參照圖5，習知染料敏化太陽能電池的工作電極500具有基板502和形成在基板502上的透明導電膜504。在透明導電膜504上則印刷銀線506作為電流收集線。另外，為了避免銀線506受到電解液的腐蝕，銀線506上還會覆蓋一層保護層508。接著，在銀線506佈線的區間印刷電極510。
在習知的工作電極500中，電極510的面積大小會受限於銀線506間的距離以及銀線506佈線的密度，因此透明導電膜504上電極510的面積實際上僅佔總面積的60%~80%。然而，電極510是太陽能電池進行光電轉換的工作區，所以電極510的面積大小與太陽能電池的發電效率與發電量息息相關。因此，如何增加電極510的面積，已成為太陽能電池的重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明提供一種能夠提高太陽能電池發電能力的太陽能電池及其工作電極。
本發明提供一種工作電極，適用於一太陽能電池，工作電極包括一透明基板、一第一透明導電膜、多個第一導線以及一第一電極。第一透明導電膜設置於透明基板上。該些第一導線形成於透明基板上，並埋 設於第一透明導電膜內。第一電極設置於第一透明導電膜上。
在一實施例中，工作電極更包括一第二透明導電膜以及多個第一保護層。第二透明導電膜形成在該些第一導線和透明基板之間，並與第一透明導電膜電性連接。該些第一保護層分別覆蓋該些第一導線。
在一實施例中，第二透明導電膜的厚度是介於5nm至1000nm之間。
在一實施例中，第二透明導電膜的厚度是介於80nm至120nm之間。
在一實施例中，第一透明導電膜的材料為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻鋁氧化鋅(aluminium doped zinc oxide，AZO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)或其組合。
在一實施例中，第一電極的材料為二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2 )、導電高分子或鉑(Pt)。
在一實施例中，第一透明導電膜的厚度是介於5nm至1000nm之間。
在一實施例中，第一透明導電膜的厚度是介於400nm至600nm之間。
在一實施例中，該些第一導線為銀線。
本發明提供一種太陽能電池，其包括一工作電極、一電解液以及一對電極，工作電極與對電極相對設置，電解液設置於工作電極與對電極之間。其中，工作電極的構成及其變化態樣已詳述於上，於此不再贅述。
在一實施例中，對電極更包括一基板、一第三透明導電膜、多個第二導線以及一第二電極。第三透明導電膜設置於基板上。該些第二導線形成於基板上，並埋設於第三透明導電膜內。第二電極設置於第三透明導電膜上。
在一實施例中，工作電極更包括一第四透明導電膜以及多個第二保護層。第四透明導電膜形成在該些第二導線和基板之間，並與第三 透明導電膜電性連接。該些第二保護層分別覆蓋該些第二導線。
在一實施例中，對電極之第三透明導電膜的材料為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻鋁氧化鋅(aluminium doped zinc oxide，AZO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)或其組合。
在一實施例中，對電極之第二電極的材料為二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2 )、導電高分子或鉑(Pt)。
綜上所述，本發明之太陽能電池及其工作電極，藉由將導線埋設於透明導電膜內，使得電極可大面積的覆蓋在透明導電膜上，以增加光電轉換的工作區面積，進而提高太陽能電池的發電效率與單位發電量。
100‧‧‧太陽能電池
102、200、300、500‧‧‧工作電極
104、400‧‧‧對電極
106‧‧‧電解液
108、208、308‧‧‧第一電極
110‧‧‧第二電極
202、302、402‧‧‧透明基板
204、304‧‧‧第一透明導電膜
206、306‧‧‧第一導線
310‧‧‧第二透明導電膜
312‧‧‧第一保護層
402、502‧‧‧基板
404‧‧‧第三透明導電膜
406‧‧‧第二導線
408‧‧‧第二電極
410‧‧‧第四透明導電膜
412‧‧‧第二保護層
504‧‧‧透明導電膜
506‧‧‧銀線
508‧‧‧保護層
510‧‧‧電極
圖1為本發明較佳實施例之一種太陽能電池的示意圖。
圖2為本發明之一實施例的一種工作電極示意圖。
圖3為本發明另一實施例的一種工作電極示意圖。
圖4為本發明之一實施例的一種太陽能電池之對電極的示意圖。
圖5為習知染料敏化太陽能電池的工作電極示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種太陽能電池及其工作電極，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1為本發明較佳實施例之一種太陽能電池的示意圖。請參照圖1，本發明之太陽能電池100包括一工作電極102和一對電極104，二者彼此相對設置。在工作電極102和對電極104之間設置有電解液106。
請繼續參照圖1，本實施例較特別的是，工作電極102具有大面積的一第一電極108，相對地，對電極104則具有大面積一第二電極110。在較佳的實施例中，第一電極108和第二電極110的面積大致佔了工作電極102和對電極104之總面積的85%以上。如此一來，本實施例可以提高光電轉換的工作區的面積，進而使得太陽能電池的發電效率與發電量 大幅提升。以下將詳述工作電極與對電極之結構。
圖2為本發明之一實施例的一種工作電極示意圖。請參照圖2，本實施例之工作電極200可以適用於圖1中之太陽能電池100的工作電極102。工作電極200包括一透明基板202、一第一透明導電膜204、多個第一導線206以及一第一電極208。第一透明導電膜204設置於透明基板202上。另外，第一導線206也形成於透明基板202上，並且埋設於第一透明導電膜204內。此外，第一電極208則設置於第一透明導電膜204上。在本實施例中，由於第一導線206埋設於第一透明導電膜204內，因此第一電極208可大面積的設置在第一透明導電膜204上，而增加太陽能電池的光電轉換面積。在較佳的實施例中，第一電極208的面積大致上與透明基板202的面積相同，然而並不以此為限。
在本實施例中，第一透明導電膜204的材料可為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻鋁氧化鋅(aluminium doped zinc oxide，AZO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)或其組合。另外，第一透明導電膜204的厚度是介於5nm至1000nm之間，較佳是介於400nm至600nm之間。
另外，第一電極208的材料可為二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2 )、導電高分子或鉑(Pt)。在本實施例中是以二氧化鈦(TiO2 )為例，但並不以此為限。
圖3為本發明另一實施例的一種工作電極示意圖。請參照圖3，本實施例的工作電極300大致上與上述實施例的工作電極200相同，包括一透明基板302、一第一透明導電膜304、多個第一導線306以及一第一電極308。與上述實施例不同的是，工作電極300更包括了多個第一保護層312，分別覆蓋該些第一導線306。如此一來，本實施例可以避免太陽能電池的電解液從第一電極308的細孔(pin hole)滲入而侵蝕第一導線306。由於第一保護層312是非導電材料，例如是玻璃，因此第一導線306會與第一透明導電膜304隔離而導致無法收集電流。
為了解決上述的問題，本實施例在第一導線306和透明基板302之間還設置有第二透明導電膜310，其與第一透明導電膜304電性連 接。如此一來，本實施例即可使第一導線306透過第二透明導電膜310與第一透明導電膜304電性連接，而收集自第一電極308經由光電轉換所產生的電流。
同樣地，第二透明導電膜310的材料可為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻鋁氧化鋅(aluminium doped zinc oxide，AZO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)或其組合。另外，第二透明導電膜310的厚度是介於5nm至1000nm之間，較佳是介於80nm至120nm之間。
圖4為本發明之一實施例的一種太陽能電池之對電極的示意圖。請同時參照圖1及圖4，本發明實施例所提供的對電極104同樣包括一基板402、一第三透明導電膜404、多個第二導線406以及一第二電極408。其中，第三透明導電膜404設置於基板402上。同樣地，第二導線406也可以形成於基板402上，並且埋設於第三透明導電膜404內。此外，第二電極408則設置於第三透明導電膜404上。
在一些實施例中，對電極400更包括一第四透明導電膜410以及多個第二保護層412。第四透明導電膜410形成在該些第二導線406和基板402之間，並且與第三透明導電膜404電性連接。另外，第二保護層412分別覆蓋該些第二導線406。由於本實施例之對電極400的結構與圖3所示之工作電極300的結構大致相同，其敘述如上述工作電極300所述，因此不作贅述。
另外，雖然圖4的對電極400的結構與圖3之工作電極300的結構類似，然而對電極400的結構也可以利用圖2之工作電極200的結構，本發明並不限制。
須注意的是，對電極400在材料上的選用可與工作電極300不相同，例如對電極400的基板402可以是透明或非透明的基板，在本實施例中是以非透明基板為例，可使成本較低，然而並不以此為限。另外，對電極400的第二電極408材料可為二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2 )、導電高分子或鉑(Pt)，而本實施例中是以鉑(Pr)為例，然而並不以此為限。
請參考下表，依據本發明之太陽能電池所製備的5cm×5cm的太陽能電池(導線以銀線為例)，在光電轉換工作區(即電極總面積)從1080mm2 增加至1512mm2 的條件下，經實際測試，其能有效提升發電量(從86.2mW提升至118.3mW)以及以開口面積計算之電池光電轉換效率(從4.79%提升至6.31%)。
綜上所述，本發明之太陽能電池及其工作電極，藉由將導線埋設於透明導電膜內，使得電極可大面積的覆蓋在透明導電膜上，以增加光電轉換的工作區面積，進而提高太陽能電池的發電效率與發電量。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
100‧‧‧太陽能電池
102‧‧‧工作電極
104‧‧‧對電極
106‧‧‧電解液
108‧‧‧第一電極
110‧‧‧第二電極

Claims (12)

  1. 一種太陽能電池，包括：一工作電極，包括一透明基板、一第一透明導電膜、多個第一導線以及一第一電極，該第一透明導電膜設置於該透明基板上，該些第一導線形成於該透明基板上，且該些第一導線埋設於該第一透明導電膜內，該第一電極設置於該第一透明導電膜上；一對電極，與該工作電極相對設置；以及一電解液，設置於該工作電極與該對電極之間，其中，該對電極更包括：一基板；一第三透明導電膜，設置於該基板上；多個第二導線，形成於該基板上，並埋設於該第三透明導電膜內；以及一第二電極，設置於該第三透明導電膜上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該工作電極更包括：一第二透明導電膜，形成在該些第一導線和該透明基板之間，並與該第一透明導電膜電性連接；以及多個第一保護層，分別覆蓋該些第一導線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該第二透明導電膜的厚度是介於5nm至1000nm之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該第二透明導電膜的厚度是介於80nm至120nm之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一透明導電膜的材料為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻鋁氧化鋅(aluminium doped zinc oxide，AZO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)或其組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一電極的材料為二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2 )、導電高分子或鉑(Pt)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一透明導電膜的厚 度是介於5nm至1000nm之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中該第一透明導電膜的厚度是介於400nm至600nm之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些第一導線為銀線。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該對電極更包括：一第四透明導電膜，形成在該些第二導線和該基板之間，並與該第三透明導電膜電性連接；以及多個第二保護層，分別覆蓋該些第二導線。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該對電極之該第三透明導電膜的材料為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、摻氟氧化錫(fluorine doped tin oxide，FTO)、摻鋁氧化鋅(aluminium doped zinc oxide，AZO)、摻鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)或其組合。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該對電極之該第二電極的材料為二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2 )、導電高分子或鉑(Pt)。
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