[发明专利]具除水机制的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明关于用于电化学装置的除水机制，尤指用于染料敏化太阳能电池的除水机制。

背景技术

在能源耗竭与环境保护的双重难题下，太阳能是极具潜力的绿色能源。由于硅晶太阳能电池的成本昂贵，使得具有低成本发电组件的染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)的技术开发逐渐受到重视。

请参阅图1，染料敏化太阳能电池100的主要内部结构包含工作电极(阳极)110、对电极(阴极)120、电解质130。该阳极110包含导电基板111和接收太阳光能量的感光层112，而阴极120则包含导电基板121以及适当厚度的触媒层122。前述导电基板111、121视其基材113、123材质而定，例如：若前述基材113、123为非导电或导电性较差的材料，可分别于基材113、123上设有由导电材料所构成的导电层114和124。感光层112含有表面吸附有光激发染料的光电极材料，而电解质130的主要成分为含碘及碘离子的有机溶液。

由于染料敏化太阳能电池的结构简单，因此若使用塑料或钛板作为基材113、123，所制成的染料敏化太阳能电池便得以具有可挠特性，而适合于更多用途。除此之外，基材113、123亦可为玻璃材质。

简单来说，染料敏化太阳能电池的工作原理是：(1)感光层中的光电极材料受光子激发，使其中的染料成为氧化态并产生电子/电洞；(2)电子导入导电基板的导电材料中，并经额外的金属布线和外部电路传递出去；(3)通过电解质中的氧化还原对将氧化态的染料还原至基态；及(4)通过外部电路所获得的电子于阴极上还原氧化还原对。

染料敏化太阳能电池属于电化学装置，其中易吸附水的电解质的化学特性容易受到水的破坏，而感光层中光电极材料上的染料也会受水的影响而脱附。此外，水在电化学装置的操作中被水解而产生的气体(如氧气和氢气)，也会影响离子于系统中的传输阻力，造成光电转换效率的衰减。

传统上为了防止水分进入染料敏化太阳能电池中，会在导电基板的外侧以真空镀膜或表面精密涂布技术的方式，布植单层或多层的阻水层，以降低水分进入电池内的速率，而延长电池的使用寿命。然而，设置了该阻水层的同时，染料敏化太阳能电池不仅丧失了可挠曲的特质，也降低了光穿透度。并且设置阻水层也意味着生产成本的增加。据此，于整体染料敏化太阳能电池的发展上，目前的防水机制并不完善。

发明内容

据此，本发明的目的是提供一种供染料敏化太阳能电池使用的除水机制，借着吸水剂的使用，可有效降低水对电池的影响，增加电池操作寿命。

为达到上述目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池的电解质，其包含90-99.999wt％的含碘及碘离子的有机溶剂；及0.001-10wt％的吸水剂。

在本发明提供的上述电解质中，优选地，上述有机溶剂为乙腈(acetonitrile)、3-甲氧基丙腈(3-methoxypropionitrile)、γ-丁内酯(γ-butyrolactone)、二甲基甲酰胺(N，N’-dimethylformamide)、二甲基乙酰胺(N，N’-dimethylacetamide)或二甲基亚砜(dimethylsulfoxide)。

本发明另提供一种染料敏化太阳能电池的光电极材料，其包含：90-99.999wt％的半导体纳米颗粒；及0.001-10wt％的吸水剂。

本发明又提供一种染料敏化太阳能电池的工作电极，其包含：一导电基板；一感光层，其设置于上述导电基板之上；及一吸水剂层。

在本发明提供的上述工作电极中，优选地，上述感光层含有本发明提供的上述的光电极材料。

在本发明提供的上述工作电极中，优选地，上述吸水剂层是设置于上述感光层之上；和/或设置于上述导电基板之上，且上述感光层覆盖于该吸水剂层之上。

在本发明提供的上述工作电极中，优选地，上述吸水剂层的起始材料包含：0.001-50wt％的吸水剂；0.01-1wt％的分散剂：1-20wt％的粘结剂；及98.989-19wt％的溶剂。

在本发明提供的上述工作电极中，优选地，上述分散剂为阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂、两性型分散剂或其组合。

在本发明提供的上述工作电极中，优选地，上述粘结剂为聚乙二醇、聚丙烯酸或乙烯纤维素。

在本发明提供的上述工作电极中，优选地，上述溶剂为醇类；更优选地，为松油醇、乙醇或异丙醇。