TWM485505U - 太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構 - Google Patents

太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構 Download PDF

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Ming-Zheng Gao
Hong-Ren Chen
Shang-Lin Yang
Bo-Yan Chen
Zheng-Ying Lv
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Univ Hsiuping Sci & Tech
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Description

太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構
本創作係隸屬一種染料敏化太陽能電池之創作，特別係針對染敏太陽能電池之工作電極之可繞性結構及光電轉換效率加以改良之創作。
按，在新型太陽能電池的研究中，染料敏化太陽能電池近幾年受到極大的重視及研究，其最大優勢在於製程簡單，省略昂貴設備及無塵室廠房等設施。而染料敏化太陽能電池的原理與傳統半導體太陽能電池的原理不相同，半導體太陽能電池的電荷分離機制是依賴半導體PN接面之空乏區電場的作用，而染料敏化太陽能電池的電荷分離的原因主要為染料的最低未佔有分子軌道(LUMO)能階比二氧化鈦的導電帶邊緣還要高，它們的電位能差，可以提供了染料產生電子注入的驅動力及能量，也是造成染料敏化太陽能電池中產生電荷分離及傳遞的主要原因。另外為了使染料激發產生的光電子能夠快速地遷移到二氧化鈦導電帶，染料分子激發產生的光電子能量要比二氧化鈦薄膜之費米能階高，染料分子本身的最低能量空軌道能階也要比二氧化鈦導電帶的能階高，因此當太陽光源入射至太陽能電池元件時，染料分子會產生激發電子，經由擴散的方式擴散到TiO2 的表面，而激發機制也會分離成電子和電洞，電子由TiO2 傳輸至外部電極，電洞則由電解質傳輸至染料分子進行染料還原。
隨著染料敏化太陽能電池的持續發展，可繞式染敏太陽能電池在染料敏化太陽能電池是中具有相當重要的研究，因為可繞式染料敏化太陽能電池通常成長在塑膠導電基板上，具有重量輕、輕薄及可彎曲等優點，而且可繞式染敏太陽能電池製造成本低， 可以應用在彎曲的形式，適合於便攜式和可穿戴式應用，不過到目前為止，染料敏化太陽能電池製作在可繞式塑膠導電基板上仍然受到很大的限制，現在的製程依舊在很大程度上被限制在玻璃基板，因為二氧化鈦工作電極製程的燒結溫度範圍仍然在450℃左右，塑膠基板無法承受高溫，而且奈米工作電極和液體電解質需要封裝在一起時，彎曲時容易造成電解液漏液的問題，而有加以改善之必要。
有鑑於此，本創作人乃針對前述習用創作問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的開發出本創作『太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構』，以改善習用創作之問題。
本創作之主要目的，係提供一種『太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構』，其係令染料敏化太陽能電池能具備可繞性結構，並能增進光電轉換效率。
緣於達成上述之創作目的，本創作『太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構』其構成包含二繞性基板，以及設於該二繞性基板間由若干奈米柱組成之奈米柱層，且各該奈米柱外緣形成有一核殼層，各該核殼層表面附著有染料分子，而一固態電解質層係填充於該二繞性基板之間，據以組成可撓性之染敏太陽能電池之工作電極。進一步說明的是，該奈米柱可利用液相沈積法，以醋酸鋅、環六亞甲基四胺(hexamethy lenetetramie,HMT)、乙醇胺(ethanolamine)及乙二醇甲醚(ethylene glycol monomthyl)為原料，製作氧化鋅之奈米柱。而各該奈米柱外緣之核殼層，可利用浸泡提拉法(Dip coating)製作一奈米金屬氧化物薄膜於奈米柱表面上，奈米金屬氧化物以MgO、WO3 、SnO2 及TiO2 為主，利用薄膜形成異質接面之核殼結構。據此，利用該等奈米柱外緣形成核殼結構所構成之奈米柱層，而能令染料敏化太陽能電池能具備可繞性結構，並能增進光電轉換效率。
有關本創作所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施 例並配合圖式詳細說明於后，相信本創作上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。
(10、10’)‧‧‧繞性基板
(20)‧‧‧奈米柱層
(21)‧‧‧奈米柱
(30)‧‧‧核殼層
(40)‧‧‧染料分子
(50)‧‧‧固態電解質層
(61、61’)‧‧‧導電部
第一圖：係本創作之立體外觀示意圖。
第二圖：係本創作之組合剖面圖。
第三圖：係本創作裝設後之使用示意圖。
請參閱第一圖所示，本創作『太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構』係構成包含二繞性基板(10、10’)、奈米柱層(20)、核殼層(30)、染料分子(40)，以及固態電解質層(50)，其中：
該二繞性基板(10、10’)係一般具可撓性之導電基板，緣於此乃一般習知技術，不再贅述。
該奈米柱層(20)係形成該二繞性基板(10、10’)之間，由若干奈米柱(21)所組成，該等奈米柱(21)可利用液相沈積法，以醋酸鋅、環六亞甲基四胺(hexamethy lenetetramie,HMT)、乙醇胺(ethanolamine)及乙二醇甲醚(ethylene glycol monomthyl)為原料，製作結晶性極佳之氧化鋅之奈米柱(21)。
該核殼層(30)係形成於各該奈米柱(21)外緣，該核殼層(30)，可利用浸泡提拉法(Dip coating)製作一奈米金屬氧化物薄膜於奈米柱(21)表面上，奈米金屬氧化物以氧化鎂(MgO)、氧化鎢(WO3 )、二氧化錫(SnO2 )及二氧化鈦(TiO2 )為主，利用薄膜形成異質接面之核殼結構。
該染料分子(40)係一般作為太陽能與電池之電能轉化之介質，附著於各該核殼層(30)表面，緣於此乃一般習知物件，不再贅述。
該固態電解質層(50)係填充於該二繞性基板(1 0、10’)之間，本創作係以添加各種不同金屬氧化物奈米粒子作為添加材料，以奈米粒子、PVDF-HFP高分子凝膠、LiI及I2 電解質等材料組成固態電解質層(50)，使固態電解質層(50)具有高速離子傳導之特性，提高離子導電率，使染料分子的還原反應加快，預期可增加染敏太陽能電池的發電效率。
據此，藉上述之構件組成可撓性之染敏太陽能電池之工作電極，使用時，係利用該二繞性軟板(10、10’)與裝載物件之導電部(61、61’)接觸，據以當太陽光入射時，會激發染料分子(40)產生電子及電洞對，電子從激發的染料分子(40)注入到外層異質奈米金屬氧化物薄膜的傳導帶時，會快速地傳輸到奈米柱(21)較低能階傳導帶中，且電子較不易與染料基態之電洞發生再結合效應，然後電子再由奈米柱(21)傳輸至外部電極，電洞則由電解質傳輸至染料分子進行染料還原。元件在吸收光子後基態的電子被激發至高能階形成exciton，exciton擴散至ZnO與染料介面，電子則由ZnO傳輸至外部電極，電洞由電解質和染料進行還原反應。而能令染料敏化太陽能電池能具備可繞性結構，並能增進光電轉換效率。
綜上所述，本創作在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料、文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以本創作實已具備新型專利要件，爰依法提出申請。
上述實施例，僅用以舉例說明本創作，據以在不離本創作精神之範圍，熟習此項技藝者憑之而作之各種變形、修飾與應用，均應包括於本創作之範疇者。
(10、10’)‧‧‧繞性基板
(20)‧‧‧奈米柱層
(21)‧‧‧奈米柱
(50)‧‧‧固態電解質層

Claims (3)

  1. 一種太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構，其構成包含二繞性基板，以及設於該二繞性基板間由若干奈米柱組成之奈米柱層，且各該奈米柱外緣形成有一核殼層，各該核殼層表面附著有染料分子，而一固態電解質層係填充於該二繞性基板之間，據以組成可撓性之染敏太陽能電池之工作電極者。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構，其中該奈米柱可利用液相沈積法，以醋酸鋅、環六亞甲基四胺(hexamethy lenetetramie,HMT)、乙醇胺(ethanolamine)及乙二醇甲醚(ethylene glycol monomthyl)為原料，製作氧化鋅之奈米柱。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之可繞性工作電極之組成結構，其中各該奈米柱外緣之核殼層，可利用浸泡提拉法(Dip coating)製作一奈米金屬氧化物薄膜於奈米柱表面上，奈米金屬氧化物以氧化鎂(MgO)、氧化鎢(WO3 )、二氧化錫(SnO2 )及二氧化鈦(TiO2 )為主，利用薄膜形成異質接面之核殼結構。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI594472B (zh) * 2016-11-03 2017-08-01 武漢市三選科技有限公司 染料敏化太陽能電池及其製造方法

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