[发明专利]染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC) 的技术，且特别是涉及一种染料敏化太阳能电池的工作电极层的制作方法。

【背景技术】

太阳能电池是一种非常有希望的干净能源，其可直接从阳光产生电 (electricity)。不过，必须要有效地降低太阳能电池的生产成本以便使其被广 泛接受而变成主要电源。

近年，由提出一种所谓的染料敏化太阳能电池(DSSC)，可以更 有效地利用太阳能源，而成为继硅晶太阳能电池后被视为最有潜力的第三 代太阳电池之一。一般而言，染料敏化太阳能电池的结构如图1所示，包 括分别位于透明导电基板100a和100b上、提供电流流动通路的二氧化钛 (TiO₂)工作电极102和Pt对电极104以及传输空穴的电解液106，其中透明 导电基板100a和100b表面涂布有透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)108。

上述染料敏化太阳能电池尽管已具备商品化条件，但仍有许多问题需 要克服，包括：染料吸附有限(造成光电转换效率不够高)、液态电解液封装 困难、容易渗漏、耐久性欠佳...等，因此仍有许多改进空间。

对于一般染料敏化太阳能电池，吸附染料的方法多为浸置(immerse)在 ～10^-4M的溶液里，或是利用两种以上染料以鸡尾酒方式配置成溶液，再一 起吸附到二氧化钛上，然而这样的吸附方式并不能有效地填满所有二氧化 钛。尤其是鸡尾酒方式的染料吸附技术，因为不同染料之间在吸附上有竞 争性，因此往往无法确定染料的用量、比例等较佳吸附条件。

【发明内容】

本发明提供一种染料敏化太阳能电池(DSSC)的工作电极的制作方法， 可使工作电极层吸附更多的染料，以提高光电转换效率。

本发明另提供一种染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法，可增 加工作电极的吸收光的范围，以提高染料敏化太阳能电池效能。

本发明提出一种染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法，包括在 透明导电基板上形成金属氧化物层，再使用金属络合物染料对所述金属氧 化物层进行第一染料吸附阶段(absorption stage)。接着，使用有机染料对所 述金属氧化物层进行第二染料吸附阶段，以填补金属氧化物层中的空隙。

在本发明的一实施例中，在第二染料吸附阶段之后还可再进行至少一 段有机染料吸附阶段，其中所述有机染料吸附阶段与第二染料吸附阶段可 以使用相同或者不同的有机染料。而且，有机染料吸附阶段与第二染料吸 附阶段使用的有机染料可以具有不同的吸收波长范围。

在本发明的一实施例中，上述有机染料的分子呈现长链型，且有机染 料的一端为COOH官能团或其盐类。

在本发明的一实施例中，上述有机染料的分子量(FW)在200～700之间。

在本发明的一实施例中，上述透明导电基板表面涂布有一层透明导电 氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)，其包括掺杂F的二氧化锡 (SnO₂:F，FTO)、掺杂Al的氧化锌(ZnO:Al)或其它适合的透明导电氧化物。

在本发明的一实施例中，上述金属氧化物层的材料包括TiO₂、SiO₂、 ZnO、ZrO₂或Al₂O₃。

在本发明的一实施例中，上述金属络合物染料包括钌、锇、铁、钷 (illinium)、铂或锌的金属络合物染料。

本发明另提出一种染料敏化太阳能电池的工作电极的制作方法，包括 在透明导电基板上形成二氧化钛(TiO₂)层，再使用钌金属络合物染料对所述 二氧化钛层进行第一染料吸附阶段。然后，清洗上述基板，以去除残留的 钌金属络合物染料。之后，使用有机染料对所述二氧化钛层进行第二染料 吸附阶段，其中所述有机染料的分子呈现长链型，且所述有机染料的一端 为COOH官能团或其盐类。

在本发明的另一实施例中，上述有机染料的分子量(FW)在200～700之 间。

在本发明的另一实施例中，上述清洗基板的方法包括使用乙腈 (acetonitrile，AN)或是丙酮进行清洗。