[发明专利]工作电极、其制作方法及含该电极的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种染料敏化太阳能电池的工作电极的制备方法，尤其是指一种利用电泳作用的染料敏化太阳能电池的工作电极的制备方法。

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。所述阳极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。所述导电基板111、121视其基材113、123材质而定，例如：若所述基材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半导体材料，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)感光层中的半导体材料受光子激发，使其中的染料成为氧化态并产生电子/空穴；(2)电子导入导电基板的导电材料中，并经外部电路传递出去；(3)藉由电解质中的氧化还原对将氧化态的染料还原至基态；及(4)藉由外部电路所获得的电子于阴极上还原氧化还原对。

为了扩张染料敏化太阳能电池产业的发展，缩短染料敏化太阳能电池的制作过程是非常关键的技术。在染料敏化太阳能电池的制作过程中，最耗时的步骤是使染料吸附至半导体材料的表面。目前最常使用的方式是将光电极(即，设有半导体材料如二氧化钛的导电基板)浸泡于染料溶液中，这种方式在室温中需要耗费约十个小时以上才能使染料完全吸附于光电极的半导体材料的表面。而即使提高浸泡的温度至50℃，也需要耗费约3至5个小时才能完成此吸附程序。这使得时间成本不易控制，而影响了染料敏化太阳能电池产业的发展。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种工作电极的制备方法，其包含改良的染料吸附技术，以大幅缩短染料吸附所需的时间。

本发明的又一目的是提供一种工作电极及含该工作电极的染料敏化太阳能电池，其制备时间因改良的染料吸附技术而大幅缩短，而达到节省时间成本的目的。

为达到上述目的，本发明提供了一种工作电极的制备方法，该方法包含以下步骤：

提供一光电极(photoelectrode)，其包含一含有半导体材料的导电基板；

提供一染料溶液，其包含一溶于一溶剂中的染料；及

施予一电压以使所述染料经电泳作用而吸附于所述半导体材料的表面。

本发明还提供了一种工作电极的制备方法，该方法包含以下步骤：

提供一导电基板；

提供一混合液，其包含一吸附染料的半导体材料，其中所述吸附染料的半导体材料是溶于一溶剂中；及

施予一电压以使所述吸附染料的半导体材料经电泳作用而吸附于所述导电基板的表面。

本发明还提供了一种工作电极，其是由本发明所述的方法所制得。

本发明还提供了一种染料敏化太阳能电池，其包含本发明所述的工作电极。

较佳地，所述方法进一步提供一电极，该电极与所述光电极形成电回路以执行所述电泳作用。

较佳地，所述半导体材料为一半导体纳米材料；较佳地，所述半导体纳米材料的材质为二氧化钛、氧化锌、二氧化锆或其组合。

较佳地，所述导电基板的材质为金属。

较佳地，所述导电基板是于表面涂布有导电材料的基材；较佳地，所述基材的材质为玻璃、塑料或金属；较佳地，所述导电材料为铟锡氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺锑氧化锡(ATO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌(GZO)、掺铟氧化锌(IZO)或其组合。

较佳地，所述溶剂为有机溶剂。