[发明专利]大面积太阳能电池的制造方法及其模具结构

说明书

技术领域

本发明是关于一种大面积太阳能电池的制造方法，尤其是关于一种利用电化学模具制造大面积太阳能电池的方法及其电化学模具结构。

背景技术

近年来全球奈米科技的发展方兴未艾，不少奈米材料的成功开发应用着实改善了人们的生活质量，也开创了无限商机。由于TiO₂具有宽能带，因此被广泛应用作为多功能光触媒。于半导体能阶中，氧化锌虽然与二氧化钛同样具有宽能带，并且氧化锌也可作为多功能触媒材料，但其化学稳定性较差(例如，不耐酸性溶液)，因此，大部分的奈米光触媒材料仍然以二氧化钛为主，二氧化钛是目前最被广泛使用的奈米材料，其在触媒上的应用功能极多，例如可分解空气中的毒素与细菌、可净化水质、应用于建材时可达到防污效果等等，若将其涂布在玻璃上还可利用其亲水特性而达到防雾的效果。

二氧化钛半导体材料的形貌大多是以钛奈米粒子(nanoparticles)为主，奈米粒子为最早发展也是至今研究最为广泛的型态。然而，随着在比表面积上的需求提高，单纯的奈米粒子的比表面积已不敷使用，因此吾人积极发展各种形貌的奈米结构。另外，若将二氧化钛半导体材料应用于电池的电极上，一般预估电荷收集需要10^-4-10^-3秒才能完成，因此，在半导体层材料的设计上，必须提供电子一个直接且方向明确的传输途径，以增加电极的电荷收集效率、提升电子在半导体的传递速度、减少电荷重组以及电子在传输过程中损耗的机会。对于在半导体材料上的电子传递而言，半导体奈米材料的型态影响深远。由于半导体粒子层为零维(zero-dimensional)结构，所以会导致半导体粒子层的电子扩散方向产生散乱无方向性(random work)，因而降低电子在此材料中的传递速度与生存时间。为增进电子在材料中传递的速度与生存时间，吾人陆续发展出一维的奈米结构，例如奈米线(wire)、奈米棒(rod)及奈米纤维(fiber)等结构，以提供电子一个单一方向性的传输路径。

二氧化钛奈米粉末的制备方法甚多，主要分为气相凝结法、机械合金法与湿式化学溶液合成法。气相凝结为奈米粒子材料最早使用的制备方法，其又包含了物理性凝结、化学性反应沉积两种。物理性凝结法主要是利用热或其它电子束、电浆、电弧、激光束等高密度能量源将原料于低压气氛中熔融蒸发，然后使蒸发的分子冷却凝固于基材上；而化学性反应沉积法即相似于一般化学气相沉积薄膜制程，其奈米材料特性可根据化学反应的条件而进行多方调控。机械合金法是以高能量球磨方式进行，即，利用硬度高的球体通过滚动的方式将较大的原料粉末加以击碎，经过不断的研磨而使材料达到奈米等级的尺寸大小。湿式化学溶液合成法则包括沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、喷雾裂解法及电化学制备法等。

湿式化学溶液合成法是最主要的奈米材料制备法，其中喷雾裂解法是目前二氧化钛奈米粉末商业化的主要制程，此制程可获得粒径均一且质量稳定的奈米球体。溶胶凝胶法则多与水热法并用，其制备是以二氧化钛的前驱物作为主轴，并搭配不同的接口活性剂而分别获得奈米线、奈米粒、奈米棒等多样性的形貌，然后再通过调控其反应的温度与时间，进而制备出所需的奈米尺寸。是目前取得多样化奈米结构最常见的方法。电化学制备法则是通过电解液调控电化学反应，可于金属基材上直接制备金属氧化物的奈米薄层。目前大面积电极的制作质量极为不稳定，容易导致后续太阳能电池组件的光电转换效率降低。因此，亟需一种大面积太阳能电池的制造方法，其可制造质量稳定、光电转换效率高的太阳能电池。

发明内容

依照本发明的一实施样态可提供一种大面积太阳能电池的制造方法，包含下列步骤：通过使用电化学模具并施予一外加功率，在金属基板的表面上形成多根半导体奈米管以作为电子传输层，并将于其上形成有电子传输层的金属基板作为大面积太阳能电池的阳极；使用第一温度烘烤奈米管；使用第二温度进行处理，而使奈米管结晶化；去除位于奈米管的管口的致密层；使奈米管的管内附着半导体奈米颗粒；使光敏染料吸附于奈米管的管壁上；在透明基板上形成透明导电薄膜，并将于其上形成有透明导电薄膜的透明基板作为大面积太阳能电池的阴极；在阴极上形成触媒层；使用可塑性分子膜将阳极与阴极组装在一起；以及在阳极与阴极之间填入电洞传输层，其中第一温度低于第二温度。