[发明专利]太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及光电装置且更具体地涉及染料敏化太阳能电池(dyesensitized solar cell)及其制备方法。更具体地说，本发明涉及染料敏化太阳能电池，其包含由颗粒状金属氧化物形成的半导体、吸附在该半导体上的染料，其中具有染料的半导体界面是在颗粒状金属氧化物上进行半导体材料的原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)而形成的。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种光电体系，其利用由纳米颗粒或纳米微孔金属氧化物形成的半导体来提供高表面积的结构，利用吸附在半导体上的染料(一般包含有机或金属络合物组分)从吸收光产生激发电子，以及使用电解质来同时与染料和对电极(counter electrode)进行接触。DSSC的电极包括光学电极，其形式通常为负载在光可透过基材上的透明导电氧化物(transparent conducting oxide，TCO)，以及对电极，其通过电解质、半导体和染料与阳极分隔开。

US 4927721和US 5084365公开了第一个实用的DSSC中的一种(称为电池)。其包含液体电解质和钌染料-涂覆的烧结二氧化钛。此种类型DSSC的能量转换效率(ECE)已报告为高达10.4％，尽管由于性能和重复性的变化，使得通常可靠地获得远得多的约5％的ECE。DSSC的制备一般需要高温烧结工艺方法，其将基材限制在硬质光可透过材料上，诸如玻璃。

中含有电解质，其形式为在有机溶剂中含有腐蚀性碘的溶液，其会导致出现渗漏和长期操作稳定性的问题。凝胶/聚合物电解质、熔融盐类、空穴输送材料(hole transport materials)或塑性晶体的使用已经被建议作为潜在备选方案。含有碘化物/三碘化物氧化还原剂(redox)的离子液体是粘性液体，因此会减少渗漏问题发生的可能性。等人在Adv.Mater.19，1133-1137，(2007)中已经表明DSSC中的离子液体具有高的电池性能和良好的稳定性。近年来，寻找含有碘化物/三碘化物氧化还原体系的液体电解质的替换方案已引起了人们的兴趣，其见证了有机电荷载体材料的发展，其也被称为空穴输送材料。例如，等人在Adv.Mater.17，813-815(2005)中已经表明了含有掺杂空穴输送材料的固态DSSC装置，诸如SpiroMeOTAD(2，2’，7，7’-四-(N，N-二对甲氧基苯基胺)-9，9’-螺二芴)，能够产生适中的效果。

Kroon(J.M.Kroon等人，Prog.Photovolt.Res.Appl.15，1-18(2007))描述了利用阻挡层通过阻止电极界面处的电子再结合来改进DSSC的性质。另外，Law(Law等人，J.Phys.Chem.B.110，22652-22663(2006))已经表明通过高温(对于TiCl₄为300℃)ALD法对光电阳极进行涂敷将增强ZnO纳米丝DSSC的效率。

本发明能够提供具有改进性质的DSSC。所述性质包括一个或多个以下的性质：效率、短路电流、开路电压、填充系数、稳定性、改善的染料吸收(dye takeup)，以及制造方法的简便性。所述性质可参考在相似条件下，但不包括所述的ALD层效能，而制备的类似DSSC。

包括在本说明书中的关于文献、法规、材料、装置、制品等等的讨论仅仅是为了说明本发明。其并不意味着或代表着任意这些，在本申请优先权日之前存在，都可形成现有技术的一部分或者在本发明相关领域形成公知常识。

概述