染料敏化太阳能电池的结构和材料的制作方法

专利名称：染料敏化太阳能电池的结构和材料的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及光电装置的领域，更具体的说，本发明涉及构造光电池的结构和方法，以及用于相互连接光电池以形成光电模块的方法。
背景技术：
由液体电解质的渗透结网和染料涂覆烧结的二氧化钛组成的薄膜太阳能电池是由Dr.Michael Grtzel和Swiss Federal Instituteof Technology的共同合作者开发的。这些光电装置属于被称为染料敏化太阳能电池(“DSSCs”)的通常种类的电池。通常，制备DSSCs需要高温烧结处理(＞约400℃)以获得毫微微粒之间充分的相互连接性以及在毫微微粒和透明基板之间增强的粘合。尽管由相对廉价的原料制备格瑞泽(Grtzel)光电池，用于获得这些电池的高温烧结技术将电池基板限制在刚性透明材料中，比如玻璃，因此限制了成批处理的制备和那些刚性基板的耐力的应用。此外，高温烧结技术排除了使用回火玻璃，而回火玻璃比通常的玻璃在对热和机械应力的阻抗方面更有效，但其在高温烧结技术的固有温度下会失去它的韧度。
发明概述在一个实例中，通过提供利用连续生产过程用于相互连接柔性光电池的方法和结构，本发明克服了先前技术的不足。更具体的，一个或多个导线与粘合条带连接以作为光电池或模块的光敏层之间的导电连接器。导线相互连接适于连续生产工序，比如连续辊轧或结网处理。
在一个实例中，通过提供在其上形成有柔性光电池或模块的涂覆的基础材料上划线的方法，本发明也克服了先前技术的不足。更具体的，在一个实例中，加热的触针用于刻划涂覆的基础材料以分离涂层并熔融至少一部分基础材料。本发明的一个优点是当对它冷却时可将在加热的触针痕迹中形成的任何碎片包裹在基础材料中。因此，任何划线涉及的碎片不会影响利用该处理形成的光电池或模块的性能。
本发明也提出了用于形成柔性光电池和模块的方法和结构。更具体的，与在高温时会变形的柔性基板不同，将相互连接的光敏处理的毫微微粒材料形成在对高温烧结技术有抵抗的金属箔之上。然后在两个柔性基板之间设置金属箔以完成柔性光电池或模块。通过在刚性基板之上以相对低的温度(＜约300℃)相互连接毫微微粒可以形成光电池或模块。更具体的，通过在回火的玻璃基板上制备，提高了光电池和模块的耐久力和寿命。
在连续生产工序过程中，将在单独基板之上形成的光电池的连续流分成包括多个光电池的独立光电模块。在一个实例中，本发明提供了一种利用超声波切割装置实施分离的方法。更具体的，超声波能量切割和密封光电模块的前缘和后缘，这样形成无泄漏、气密的模块。
一方面，本发明提供一种在光电模块内部连接多个光电池的方法，包括(i)提供包括具有第一导电层的基板的第一基础材料；(ii)在第一导电层上设置光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料；(iii)提供导线；以及(iv)将包括具有第二导电层的基板的第二基础材料连接至第一基础材料，从而使第一和第二导电层与导线电连接。在一个实例中，该方法包括权利要求1，其中连接步骤包括通过在所述导电层之间设置粘合层来层压所述导电层，从而使在层压之后，导线嵌入粘合层中。
另一方面，本发明提供一种光电模块，包括(i)包括具有第一导电层的基板的第一基础材料；(ii)设置于第一导电层上的光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料；(iii)导线；以及(iv)包括具有第二导电层的基板的第二基础材料，第二基础材料连接至第一基础材料，从而使第一和第二导电层与导线电连接。在一个实例中，光电模块包括在第一和第二导电层之间设置的粘合层，从而使导线嵌入粘合层中。
在光电模块的一个实例中，光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸范围基本上在大约5nm到大约80nm之间的微粒。光敏相互连接的毫微微粒材料可以是例如氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽或氧化铽或它们的一个或多个组合。光敏相互连接的毫微微粒材料可以包括光敏剂，比如黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和/或吡咯。光敏剂可以包括金属离子，比如二价或三价金属。光敏剂也可以包括钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。在光电池的一个实例中，电荷载体材料包括氧化还原电解质系统。在另一个实例中，电荷载体材料是聚合体电解质。依据一个特点，电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
在光电模块的一个实例中，第一和第二基础材料中的至少一个是划线的。第一和第二基础材料中的至少一个可以是有效光透射性的(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯材料)。第一和第二基础材料中的至少一个可以是柔性的。在一个实例中，光电模块包括设置在第一和第二基础材料之间的催化介质层。催化介质层例如是铂。在一个实例中，导线是导电的(例如不锈钢、钛或铜的金属导线)。可在第一和第二基础材料之间设置多个导线。
在一个实例中，粘合层包括热熔粘合剂。该粘合剂需要一个固化过程。粘合剂的例子包括但不限于环氧树脂、热塑性塑料、热固性塑料和乙烯基顺丁烯二酐。在一个实例中，导线包括第二金属(例如锡或铋)的涂层。金属可以具有范围在大约50℃到大约250℃之间的熔融温度，并且优选的范围在大约75℃到大约180℃之间。在一个实例中，在连接步骤之前使用粘合剂涂覆可以自身涂覆的由金属涂覆的导线。粘合剂可以具有比第二金属低的熔融温度。
一方面，本发明提供一种划线方法，该方法包括提供第一涂覆的基础材料的步骤；以及以充分升高的温度对第一涂覆的基础材料的涂层进行划线，以分离涂层并熔融第一基础材料的至少一部分。
依据另一方面，本发明提供一种形成光电模块的方法，该方法包括提供第一涂覆的基础材料的步骤；以充分升高的温度对第一涂覆的基础材料的涂层进行划线以分离涂层并熔融第一基础材料的至少一部分，提供第二基础材料；以充分升高的温度对第二涂覆的基础材料的涂层进行划线，以分离涂层并熔融第一基础材料的至少一部分，连接第一和第二涂覆的基础材料以形成光电模块。
依据一个实例，涂覆的基础材料的熔融中断了基础材料的电连续性。依据另一个实例，使用例如加热触针或烙铁尖端机械地实施划线步骤。
在另一个实例中，该方法包括将光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料涂覆到第一和/或第二基础材料的涂层上。依据该实例的一个特点，光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合连接剂连接的毫微微粒。依据该实例的另一个特点，光敏相互连接的毫微微粒材料包括范围在大约5nm到大约80nm之间的毫微微粒。在该实例的另一特点中，光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化铽、氧化钽、氧化锡以及其组合。
依据另一个实例，光敏相互连接的毫微微粒材料包括光敏剂，该光敏剂包括选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。依据该实例的一个特点，光敏剂进一步包括从二价和三价金属中选择出的金属离子。依据该实例的另一个特点，光敏剂包括钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
在另一个实例中，电荷载体材料包括氧化还原电解质系统。在另一个的实例中，电荷载体材料包括聚合体电解质。优选地，电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
依据一个实例，第一和第二基板材料的涂层包括导电(或可替代的，半导体)材料。依据该实例的一个特点，第一和第二基板材料中的至少一个包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯材料。依据另一个特点，第一和第二基板材料中的至少一个是有效光透射性和柔性的。在一个实例中，第一和第二基板材料中的至少一个涂层包括氧化铟锡。
另一个方面，本发明提供一种光电模块，包括第一涂覆的基础材料，第一涂覆的基础材料中具有其涂层的第一不连续中断电连续性；第二涂覆的基础材料，第二涂覆的基础材料中具有其涂层的第二不连续中断电连续性，以及在第一和第二涂覆的基础材料的涂层之间设置的光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料。优选地，第一和第二涂覆的基础材料连接至光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料，从而使第一和第二基础材料电连接。
一个方面，本发明提供一种形成光电池的方法。该方法包括提供金属箔；涂覆毫微微粒材料至金属箔；加热毫微微粒材料以形成相互连接的毫微微粒材料；以及在第一和第二柔性基板之间设置以毫微微粒材料涂覆的金属箔。该方法可以包括在金属箔和第一柔性基板之间设置导电层；提供导线；以及连接第一和第二柔性基板，从而使导电层和金属箔与导线电接触。在一个实例中，连接步骤包括通过在第一和第二导电层之间设置粘合层来层压第一和第二导电层，从而使在层压之后，导线嵌入粘合层中。在各种实例中，相互连接的毫微微粒材料是以低于大约300℃的温度、低于大约150℃的温度或室温使用聚合连接剂相互连接的。
另一个方面，本发明涉及形成光电模块的方法，该方法包括提供金属箔的步骤；涂覆毫微微粒材料至金属箔的不连续部分；加热毫微微粒材料以形成相互连接的毫微微粒材料；切割薄膜以机械分离不连续部分；在第一和第二柔性基板之间设置金属箔的不连续部分以形成光电模块。
依据另一方面，本发明提供一种光电池，包括金属箔以及在金属箔之上形成的相互连接的毫微微粒材料，该金属箔和在金属箔上形成的相互连接的毫微微粒材料均设置在第一和第二柔性基板之间。在一个实例中，光电池包括设置在金属箔和第一柔性基板之间的导电层；以及设置导线，从而使导电层和金属箔与导线电连接。
在上面提到的光电池和模块以及形成光电池和模块的方法的各种方面中，相互连接的毫微微粒材料包括光敏相互连接的毫微微粒材料。光敏相互连接的毫微微粒材料可以包括具有平均尺寸基本上在大约5nm到大约80nm的范围之间的微粒或者优选地，在大约10nm到大约40nm之间。在一个实例中，光敏相互连接的毫微微粒材料包括；例如氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化钽、氧化锡、氧化铽或它们的一个或多个组合。光敏相互连接的毫微微粒材料可以包括光敏剂，比如黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料或吡咯。光敏剂可以包括金属离子，比如二价或三价金属。光敏剂可以包括钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
在一个实例中，电荷载体材料设置在第一和第二基板之间，电荷载体材料可以包括氧化还原电解质系统。在另一个实例中，电荷载体材料是聚合体电解质。依据一个特点，电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
在一个实例中，光电模块和/或电池包括设置在第一和第二柔性基板之间的催化介质层。催化介质层例如是铂。在一个实例中，至少一个导电层包括氧化铟锡。在一个实例中，导线是导电的(例如，比如不锈钢或铂的金属导线)。在另一个实例中，多个导线设置在第一和第二基础材料之间。在一个实例中，粘合层包括热熔粘合剂，粘合剂可以是环氧树脂，并且粘合层需要一个固化过程。在一个实例中，在层压之前使用粘合剂涂覆导线。
在另一个实例中，第一和第二柔性基板中的至少一种是有效光透射(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯材料)的。第一和第二柔性基板可以是有效光透射的。在一个实例中，金属箔包括钛。
依据一个实例，毫微微粒材料以小于大约300℃的温度使用聚合连接剂相互连接。在进一步的实例中，毫微微粒材料以小于大约150℃的温度使用聚合连接剂相互连接。
一方面，本发明提供一种光电池，包括电荷载体材料和光敏相互连接的毫微微粒材料，光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒，其都设置于第一和第二刚性的、有效光透射基板之间。电荷载体材料和光敏相互连接的毫微微粒材料可以设置在柔性的、有效光透射基板之间，该柔性的、有效光透射基板自身设置在第一和第二刚性的有效光透射基板之间。在光电池的一个实例中，光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸基本上在大约5nm到大约80nm的范围之间的微粒。光敏相互连接的毫微微粒材料可以包括例如氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化钽、氧化铽、氧化锡或它们的一个或多个组合。光敏相互连接的毫微微粒材料可以包括光敏剂，比如黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯。光敏剂可以包括金属离子，比如二价或三价金属。光敏剂可以包括钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。在光电池的一个实例中，电荷载体材料包括氧化还原电解质系统，其包括例如聚合体电解质。
在一个实例中，第一和第二柔性有效光透射基板中的至少一个包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯材料。第一和第二刚性有效光透射基板中的至少一个可以是回火玻璃。在一个实例中，光电模块包括设在第一和第二刚性有效光透射基板之间的催化介质层。催化介质层可以例如是铂。在一个实例中，光电池也可以包括涂覆至第一和第二刚性、有效光透射基板中的至少一个的导电材料。导电材料包括氧化铟锡。
另一方面，光电池包括电荷载体材料和光敏相互连接的毫微微粒材料，光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒，其都设置于刚性的、有效光透射基板和柔性的、有效光透射基板之间。
另一方面，本发明提供一种以低温在刚性基板上相互连接毫微微粒的方法，该方法包括提供刚性基板；涂覆包括聚合体连接剂和溶剂的溶液至刚性基板；以及以低于300℃的室温使溶液与多个金属氧化物毫微微粒相接触以相互连接多个金属氧化物毫微微粒的至少一部分。在各种实例中，温度低于大约200℃、低于大约100℃或为大约室温。聚合体连接剂可以包括长链大分子，其具有(i)基本上与多个金属氧化物毫微微粒的化学结构类似的骨架结构；以及(ii)化学连接至骨架结构的一个或多个反应基。在一个实例中，多个金属氧化物毫微微粒包括化学结构MxOy，其中x和y是整数。M可以是Ti、Zr、Sn、W、Nb、Ta和Tb。在一个实例中，聚合体连接剂是聚(钛酸正丁酯)。溶剂可以是正丁醇。在一个实例中，刚性基板是有效光透射性(例如回火玻璃)的。多个金属氧化物毫微微粒可以包括氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽、氧化铽以及它们的组合。
一方面，本发明提供一种制备光电模块的方法，该方法包括推进(advancing)多个光电池；以及超声波分离多个光电池的子集成一个或多个光电模块。在一个实例中，分离步骤包括基本上并同向切割和密封光电池的子集成一个或多个光电模块。多个光电池可以包括光电池的基本上连续的柔性薄片。在各种实例中，作为连续生产工序(例如以辊轧为基础的处理)的一部分实施推进步骤。多个光电池可以是柔性的。在一个实例中，切割和密封形成一个或多个光电模块的最接近部分上的前缘。切割和密封也可以形成一个或多个光电模块的最远端上的后缘。
从下面的附图、详细描述和权利要求中，本发明的其它方面和优点将变得更明显，该部分仅通过实施例描述了本发明的精神。
附图的详细描述当伴随附图一起阅读时，从下面各种说明性实例的描述中可以更加完全理解上面描述的本发明的前述的和其它的目的、特征和优点。在附图中，相同的附图标记通常表示不同附图的相同结构。附图不需要有刻度，强调的是，相反，其通常是用于描述本发明的范围的。


图1描述了依据本发明，用于金属M的氧化物的毫微微粒的聚合连接剂的说明性实例的示范性化学结构；图2描述了依据本发明，用于金属M的氧化物的毫微微粒的聚合连接剂的说明性实例的另一个示范性化学结构；图3A示出了依据本发明的说明性实例，带有聚合连接剂的相互连接毫微微粒薄膜的示范性化学结构；图3B示出了依据本发明的说明性实例，连接至基板氧化物层的图3A的相互连接的毫微微粒薄膜；图4描述了聚(钛酸正丁酯)的化学结构；图5A示出了依据本发明与聚(钛酸正丁酯)相互连接的二氧化钛毫微微粒薄膜的化学结构；图5B示出了依据本发明的说明性实例，连接至基板氧化物层的图5A的相互连接的二氧化钛毫微微粒薄膜；图6是依据本发明的说明性实例的柔性光电池的横截面图；图7描述了可以用于形成在图6中示出的柔性光电池的连续生产工序的说明性实例；图8描述了依据本发明示范性的太阳能电池的电流-电压曲线；图9描述了依据本发明的说明性实例，示范性的太阳能电池的电流-电压曲线；图10描述了依据本发明的说明性实例，两个附加的示范性的太阳能电池的电流-电压曲线；图11描述了依据本发明的说明性实例，通过使Li+离子与聚(4-乙烯基吡啶)化合物配位反应引入的凝胶的化学结构；图12示出了依据本发明的另一个说明性实例，与聚环氧乙烷片段配位反应的锂离子的化学结构；图13A-13C描述了依据本发明的说明性实例，用于示范性共-敏化剂的化学结构；图14A-14B描述了依据本发明的说明性实例，共-敏化剂的附加示范性化学结构；图15示出了用于特征化依据本发明的光电池的455nm切割过滤器(GC455)的吸光率的图；图16示出了二苯胺安息香酸的吸光率的图；图17描述了依据本发明半导体底漆层的涂层的说明性实例；图18A和18B示出了依据本发明的说明性实例，分别在不弯曲状态和弯曲状态中相互连接的光电池的侧面纵剖图；
图19描述了依据本发明的说明性实例，使用刚性基板形成的光电池的横截面图；图20A和20B示出了依据本发明光电池或模块的基础材料的划线；图21描述了依据本发明，利用导线相互连接适用于形成光电池或模块的基础材料；图22A和22B示出了依据本发明利用导线相互连接形成的示范性光电模块；图23示出了依据本发明使用以敏化的毫微微粒材料涂覆的金属箔形成的光电模块；图24描述了依据本发明，通过两个表面能够接收辐射的示范性光电模块；图25描述了依据本发明，使用具有低熔融温度的金属涂覆的导线；图26描述了依据本发明，使用了包括金属涂覆导线的线相互连接的示范性光电模块。
说明性实例的描述A.毫微微粒在低温下的互相连接如上面的概述中给出的，本发明在实例中提供了在相对低的“烧结”温度(＜300℃)下能够制备薄膜太阳能电池的聚合体连接剂(在下文中称为“聚合连接剂”)。尽管术语“烧结”通常涉及高温(＞400℃)处理，如这里使用的，术语“烧结”不是特定的温度，而是通常涉及在任何合适的温度下相互连接毫微微粒的处理。在一个描述的实例中，本发明提供一种使用聚合连接剂用于在薄膜太阳能电池中相互连接毫微微粒的方法。依据另一个说明性实例，相对低温的烧结处理能够制备这种使用了柔性聚合体基板的光电池。通过使用柔性基板，本发明也能够获得连续的辊扎或实施结网的生产工序。
图1和图2示范性描述了依据本发明描述的聚合连接剂的化学结构。描述的具体聚合连接剂结构是和分子式MxOy一起使用的，其中M可以比如是钛(Ti)、锆(Zr)、钨(W)、铌(Nb)、镧(La)、钽(Ta)、铽(Tb)或锡(Sn)，并且x和y是大于零的整数。依据图1的说明性实例，聚合连接剂100包括骨架结构102，其与金属氧化物毫微微粒的结构类似，且(OR)i是反应基，其中R可以比如是醋酸盐、烷基、烯烃、炔、芳族基或酰基；或是氢原子，而i是大于零的整数。合适的烷基包括但不限于乙基、丙基、丁基和戊基。合适的烯烃包括但不限于乙烯、丙烯、丁烯和戊烯。合适的炔包括但不限于乙炔、丙炔、丁炔和戊炔。合适的芳族基包括但不限于苯基、苯甲基和苯酚。合适的酰基包括但不限于乙酰基和苯甲酰。此外，卤素包括例如氯、溴、碘也可用于(OR)i反应基的取代。
参照图2，聚合连接剂110具有支链的骨架结构，支链的骨架结构包括两个-M-O-M-O-M-O-骨架结构，-M-O-M-O-M-O-骨架结构包括(OR)i反应基和(OR)i+1反应基，其中R可以是例如上面列出的一个原子、分子或化合物，而i是大于零的整数。该两个骨架结构具有和金属氧化物毫微微粒类似的结构。共同地，可通过-M(OR)i-O-(M(OR)i-O)n-M(OR)i+1表示在图2中描述的结构，其中i和n是大于零的整数。
图3A示范性描述了由MxOy毫微微粒302与聚合连接剂304相互连接产生的化学结构300。在各种实例中，聚合连接剂304具有分别在图1和图2中描述的聚合连接剂100和110的化学结构。依据说明性实例，以低于室温的温度，或者以升高的低于大约300℃的温度通过使毫微微粒302与聚合连接剂304接触而使毫微微粒302相互连接。优选地，聚合连接剂304分散在溶剂中以利于接触毫微微粒302。合适的溶剂包括但不限于各种醇、氯代烃(例如氯仿)、酮、环状和直链醚衍生物和除此以外的芳族溶剂。可以认为，毫微微粒302的表面羟基和聚合连接剂304的聚合物链上的烷氧基之间的反应导致了通过高稳定共价键将许多毫微微粒302桥接(或连接)在一起，结果，使毫微微粒302相互连接。也可以认为由于聚合连接剂304是一种具有与毫微微粒302的化学结构类似的化学结构的聚合体材料，即使毫微微粒302和聚合连接剂304之间很少的结合(连接)位点也能导致高度相互连接的毫微微粒薄膜，该相互连接的毫微微粒薄膜具有比那些不烧结或不相互连接的毫微微粒薄膜优良的电和机械特性。该电特性包括例如电子和/或空穴导电特性，其有利于电子或空穴通过例如共轭π键从一个毫微微粒到另一个毫微微粒的迁移。该机械特性包括例如改进的柔性。
仍然参照图3A，在低浓度的聚合连接剂304，单独的聚合连接剂304聚合物能够连接许多毫微微粒302以形成交联的毫微微粒网。可是，通过增加聚合连接剂304聚合物的浓度，可将更多的聚合连接剂304分子连接至毫微微粒302的表面以形成被聚合物涂覆的毫微微粒300。由于聚合物的柔性可将这种被聚合物涂覆的毫微微粒300作为薄膜进行处理。由于聚合连接剂聚合物和毫微微粒之间类似的电和结构特性，可以认为被聚合物涂覆的毫微微粒的电特性不会影响到显著的程度。
图3B描述了在柔性基板308上形成来自图3A的相互连接的毫微微粒薄膜300的说明性实例的化学结构306，该柔性基板包括是电导体的氧化层涂层310。具体的，可以使用聚合连接剂以利于在柔性有效光透射性基板308上形成这种毫微微粒300。如在这里使用的，术语“有效光透射性基板”涉及一种基板，该基板能在操作波长范围中在基板上透射至少大约60％的入射可见光。柔性基板308的实施例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETs)、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PENs)、聚合烃、纤维素及其组合等等。可对PET和PEN基板涂覆一层或多层导电的、氧化层涂层310。例如，氧化锡铟(ITO)、掺有氟的氧化锡、氧化锡、氧化锌等等。
依据优选实例，通过使用说明性的聚合连接剂，本发明的方法在明显低于400℃的温度下，优选的低于大约300℃的温度下使毫微微粒302相互连接。在这种温度范围中的操作能够使用柔性基板308，但通过传统的高温烧结方法可能会破坏性地使这些基板变形。在说明性实例中，通过以低于大约300℃的温度在基板308上使用聚合连接剂304使毫微微粒302相互连接形成示范性结构306。在另一个实例中，以低于大约100℃的温度使用聚合连接剂304使毫微微粒302相互连接。在另一个实例中，大约以室温和室压使用聚合连接剂304使毫微微粒302相互连接，比如分别为大约18到22℃和大约760mmHg。
在将毫微微粒沉积于基板之上的实例中，聚合连接剂的反应基通过例如共价健、离子键和/或氢键与基板、基板涂层和/或基板氧化层结合。可以认为聚合连接剂的反应基和基板上的氧化层之间的反应将导致毫微微粒通过聚合连接剂连接于基板之上。
依据本发明的各种实例，在低于室温的温度下或在小于大约300℃的高温下，通过使毫微微粒接触分散于合适的溶剂中的合适的聚合连接剂使金属氧化物毫微微粒相互连接。毫微微粒可以以很多方式与聚合连接剂溶液接触。例如，可在基板之上形成毫微微粒薄膜，然后将其浸渍于聚合连接剂溶液中。可以在基板之上形成毫微微粒薄膜，然后将聚合连接剂溶液喷射于薄膜上。聚合连接剂和毫微微粒可以在溶液中一起分散，并且溶液可以沉积在基板上。为了制备毫微微粒分散液，可以使用比如微量流态、磨碎和球磨研磨技术。此外，聚合连接剂溶液可以沉积在基板上，并且毫微微粒薄膜可以沉积在聚合连接剂上。
在聚合连接剂和毫微微粒可以在溶液中一起分散的实例中，在单独步骤中可以使用得到的聚合连接剂-毫微微粒溶液在基板之上形成相互连接的毫微微粒薄膜。在这种实例的各种形式中，可以选择聚合连接剂-毫微微粒溶液的粘性以使用印刷技术以利于薄膜沉积，该印刷技术可以是例如丝网印刷和照相凹版印刷技术。在聚合连接剂溶液沉积于基板之上、并且毫微微粒薄膜沉积于聚合连接剂之上的实例中，可以调整聚合连接剂的浓度以获得期望的粘附厚度。此外，可在沉积毫微微粒薄膜之前从沉积的聚合连接剂溶液中移出过剩溶剂。
本发明不限于分子式为MxOy的材料的毫微微粒的相互连接。合适的毫微微粒材料包括但不限于硫化物、硒化物、碲化物以及钛、锆、镧、铌、锡、钽、铽和钨的氧化物以及它们的组合。例如，TiO2、SrTiO3、CaTiO3、ZrO2、WO3、La2O3、Nb2O5、SnO2、钛酸钠和铌酸钾是合适的毫微微粒材料。
聚合连接剂可以包含多于一种类型的反应基。例如，图1-3B的说明性实例描述了一种类型反应基OR。可是，聚合连接剂可以包含几种类型的反应基，例如OR、OR′、OR″等等；其中R、R′、R″是一个或多个氢、烷基、烯烃基、炔基、芳族基或酰基，或者OR、OR′、OR″中的一个或多个是卤化物。例如，聚合连接剂可以包括分子式比如为-[O-M(OR)i(OR′)j-]-和-[O-M(OR)i(OR′)j(OR″)k-]-的聚合物单元，其中i、j、k是大于零的整数。
图4描述了和二氧化钛(TiO2)一起使用的典型的聚合连接剂聚(钛酸正丁酯)400的化学结构。用于聚(钛酸正丁酯)400的合适的溶剂包括但不限于各种醇、氯代烃(例如氯仿)、酮、环状和直链醚衍生物和除此以外的芳族溶剂。优选地，该溶剂是正丁醇。该聚(钛酸正丁酯)400包含具有丁氧基(OBu)反应基的支链的-Ti-O-Ti-O-Ti-O-骨架结构。
图5A描述了毫微微粒薄膜500的化学结构，通过聚(钛酸正丁酯)聚合连接剂分子504使二氧化钛毫微微粒502相互连接构造该毫微微粒薄膜500的化学结构。可以认为，TiO2毫微微粒502的表面羟基和聚合连接剂504的丁氧基506(或其它的烷氧基)之间的反应导致了通过高稳定共价键将许多毫微微粒502桥接(或连接)在一起，结果，使毫微微粒502相互连接。此外，可以认为由于聚合连接剂504是一种具有与TiO2的化学结构类似的化学结构的聚合体材料，即使毫微微粒502和聚合连接剂504之间很少的结合(或连接)位点也能导致高度相互连接的毫微微粒薄膜500，该相互连接的毫微微粒薄膜具有比那些不烧结或不相互连接的毫微微粒薄膜优良的电和机械特性。
通过给基板510涂覆聚合连接剂溶液，然后将毫微微粒502沉积于聚合连接剂504之上，图5B描述了在基板510上形成来自图5A的毫微微粒薄膜500的化学结构508，该基板包括是导电氧化层涂层512。在使用了二氧化钛毫微微粒502的说明性实施例中，将包括聚(钛酸正丁酯)504的聚合连接剂溶液溶解于正丁醇中并涂覆到基板510上。可以调整聚合连接剂504的浓度以获得期望的用于聚合连接剂溶液的粘附厚度。然后将二氧化钛毫微微粒薄膜500沉积于被聚合连接剂涂覆的基板510之上。TiO2毫微微粒的表面羟基和聚(钛酸正丁酯)504的反应性丁氧基506(或其它的烷氧基)之间的反应导致了毫微微粒502的相互连接，也导致了毫微微粒502和基板510上氧化层512的连接。
图6描述了依据本发明的柔性光电池600，该光电池包括光敏性相互连接的毫微微粒材料603和设置于第一柔性有效光透射基板609和第二柔性有效光透射基板612之间的电荷载体材料606。在一个实例中，柔性光电池进一步包括设置于第一基板609和第二基板612之间的催化介质层615。优选地，光电池600也包括沉积于基板609和612中的一个或两个之上的电导体618。在这里提供的毫微微粒相互连接的方法能够在与这种基板609和612相容的温度和加热时间下构造柔性光电池600。
光电池600的柔性、有效光透射基板609和612优选包括聚合体材料。合适的基板材料包括但不限于PET、聚酰亚胺、PEN、聚合烃、纤维素或其组合。此外，基板609和612可以包括通过比如辊轧或网状工序的连续生产工序以利于制备光电池的材料。该基板609和612可以是有色的或无色的。优选地，基板609和612是清晰和透明的。基板609和612可以具有一个或多个基本上平的表面或可以是基本上是非平面的表面。例如，非平面基板可以具有弯曲的或成阶梯状的表面(例如形成菲涅耳透镜)或形成其它的图案。
依据说明性实例，在一个或两个基板609和612上沉积电导体618。优选地，电导体618是有效光透射材料，比如ITO、掺氟氧化锡、氧化锡、氧化锌等等。在一个说明性实例中，电导体618沉积厚度在大约100nm到大约500nm之间的层。在另一个说明性实例中，电导体618在大约150nm到大约300nm之间。依据说明性实例的另一个特点，可将导线或导引线连接至电导体618以将光电池600电连接至外部负载。
光敏性相互连接的毫微微粒材料603可以包括如上面详细给出的一种或多种类型的金属氧化物毫微微粒。在一个实例中，光敏性相互连接的毫微微粒材料603包括具有平均尺寸在大约2nm到大约100nm之间的毫微微粒。在另一个实例中，光敏性毫微微粒材料603包括具有平均尺寸在大约10nm到大约40nm之间的毫微微粒。优选地，毫微微粒是具有平均微粒尺寸为大约20nm的二氧化钛微粒。
可以将广泛种类的光敏剂涂覆至毫微微粒和/或与毫微微粒联合以制备光敏性相互连接毫微微粒材料603。光敏剂利于入射可见光转化成电以产生期望的光电效应。可以认为光敏剂吸收入射光导致在光敏剂中激发电子。然后受激励的电子的能量从光敏剂的激发能级迁移至相互连接的毫微微粒材料603的导带。该电子迁移导致负荷的有效分离和期望的光电效应。因此，可得到相互连接的毫微微粒材料的在导带中的电子，以驱动电连接至光电池的外部负载。
在一个说明性实例中，光敏剂在相互连接的毫微微粒603上被吸附(例如，化学吸附和/或物理吸附)。也可以在相互连接的毫微微粒603的表面上吸附光敏剂，以遍及相互连接的毫微微粒603的方式吸附，或者以这两种方式吸附。例如基于在操作的波长范围中吸收光子的能力、在相互连接的毫微微粒603的导带中制备自由电子(电子空穴)的能力、以及络合或吸附至相互连接的毫微微粒603的效力进行光敏剂的选择。合适的光敏剂可以包括例如包括比如羧基和/或羟基的官能团的染料，该官能团可以螯合至毫微微粒，例如螯合至TiO2表面的Ti(IV)位置。合适的染料包括但不限于花青素、卟啉、酞菁染料、部花青、花青、金属方酸盐(squarates)、曙红和包含金属的染料，包含金属的染料可以是比如顺-双(异硫氰酸盐)双(2，2′-二吡啶基-4，4′-二羧酸盐)-钌(II)(“N3染料”)；三(异硫氰酸盐)-钌(II)-2，2′6′，2″-三吡啶-4，4′，4″-三羧酸；顺-双(异硫氰酸盐)双(2，2′-二吡啶基-4，4′-二羧酸盐)-钌(II)双-四丁铵；顺-双(异氰酸盐)(2，2′-二吡啶基-4，4′-二羧酸基)钌(II)；及三(2，2′-二吡啶基-4，4′-二羧酸盐)钌(II)二氯化物，所有的这些可得自Solaronix公司。
光电池的电荷载体材料606部分可以形成光电池中的层，也可以以形成相互连接的毫微微粒材料603的材料点缀，或者是两者的组合。电荷载体材料606可以是有利于从接地电势或电流源传输电荷至相互连接的毫微微粒603(和/或与其联合的光敏剂)的任何材料。通常种类的电荷载体材料可以包括但不限于基于溶剂的液体电解质、聚合电解质、聚合体电解质、固体电解质、n型和p型传输材料(例如导电聚合物)和凝胶电解质，这些将在下文中更加详细地描述。
用于电荷载体材料606的其他选择是可能的。例如，电解质组合物可以包括具有分子式为LiX的锂盐，其中X是碘化物、溴化物、氯化物、高氯酸盐、硫氰酸盐、三氟甲基磺酸盐或六氟磷酸盐。在一个实例中，电荷载体材料606包括氧化还原系统。合适的氧化还原系统可以包括有机和/或无机氧化还原系统。这种系统的例子包括硫酸铈(III)/铈(IV)、溴化钠/溴、碘化锂/碘、Fe2+/Fe3+、Co2+/Co3+和4，4′-二吡啶鎓盐(viologen)。此外，电解质溶液可以具有分子式MiXj，其中i和j≥1。X是阴离子，而M选自Li、Cu、Ba、Zn、Ni、镧系元素、Co、Ca、Al和Mg。合适的阴离子包括但不限于氯化物、高氯酸盐、硫氰酸盐、三氟甲基磺酸盐和六氟磷酸盐。
在一些说明性实例中，电荷载体材料606包括聚合体电解质。在一种形式中，聚合体电解质包括聚(乙烯基咪唑鎓卤化物)和碘化锂。在另一种形式中，聚合体电解质包括聚(乙烯基吡啶鎓盐)。在又一个实例中，电荷载体材料606包括固体电解质。在一种形式中，固体电解质包括碘化锂和吡啶碘鎓盐。在另一种形式中，固体电解质包括取代的咪唑碘鎓盐。
依据一些说明性实例，电荷载体材料606包括各种类型的聚合体聚电解质。在一种形式中，聚电解质包括按重量计，在大约5％和大约100％之间(例如5-60％、5-40％或5-20％)的聚合物，例如离子导电聚合物，大约5％到95％，例如大约35-95％、60-95％或80-95％的增塑剂，以及大约0.05M到大约10M的氧化还原电解质，例如大约0.05M到大约10M，例如0.05-2M、0.05-1M或0.05-0.5M的有机或无机碘化物，以及大约0.01M到大约1M，例如0.05-5M、0.05-2M或0.05-1M的碘。离子导电聚合物可以包括例如，聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)(PMMA)、聚醚和多酚。合适的增塑剂的例子包括但不限于碳酸乙酯、碳酸丙烯、碳酸盐、磷酸酯、丁内酯和二烃基酞酸盐。
优选地，柔性光电池600也包括设置在基板609和612之间的催化介质层615。依据说明性实例，催化介质层615是与电荷载体材料606电接触的。催化介质615可以包括例如钌、锇、钴、铹、铱、镍、活性碳、钯、铂或空穴传输聚合物(例如聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)和聚苯胺)。优选地，催化介质615进一步包括有利于催化介质粘附至基板和/或基板涂层的钛或其它一些合适的金属。优选地，将钛沉积在区域中或大约为10厚的层中。在一个实例中，催化介质615包括厚度在大约13和35之间的铂层。在另一个实例中，催化介质615包括厚度在大约15和50之间的铂层。在另一个实例中，催化介质615包括厚度在大约50和800之间的铂层。优选地，催化介质615包括厚度为大约25的铂层。
在一个方面中，本发明也提供了使用比如连续辊轧或结网生产工序的连续生产工序在基板上形成相互连接的金属氧化物毫微微粒层的方法。例如可以使用这些方法制备DSSCs。用于大量制备DSSCs的现存处理，例如使用连续的和低成本的装配线是极其困难的。与用于DSSC的连续装配处理相关的困难是由电池支撑或基板引起的，电池支撑或基板通常是刚性的，并且典型的包括热阻抗材料，比如玻璃和金属。对此的初始原因涉及用于制备熔融毫微晶体的烧结处理的高温(典型的为大约400-500℃)。由于它们的特别本性，刚性基板材料通常不适于用于制备的连续处理，但其更适于更加昂贵的成批处理。
图7描述了连续的生产工序700的说明性实例，可以使用该连续的生产工序形成在图6中示出的光电池。依据该说明性实例，在推进基板层705上形成相互连接的毫微微粒薄膜，在使用滚轴708的制备过程中可以连续地、周期性地或有规律地推进推进基板层。在该说明性实例中，电导体材料710作为用于光电池的一个电极的基础沉积于推进基板705之上。在不同的实例中，通过热蒸发或低温喷涂可将电导体材料710沉积于基板705的目标区域之上。此外，例如通过真空沉积也可沉积电导体材料710。
依据在图7中示出的说明性实例，然后沉积光敏性毫微微粒材料715。如上面描述的，通过在推进基板层705上涂覆具有聚合连接剂和金属氧化物毫微微粒的溶液可以形成光敏性毫微微粒材料715。通过任何合适的技术可以涂覆聚合连接剂毫微微粒溶液，合适的技术包括但不限于浸渍槽、挤压涂敷、喷涂、丝网印刷术和凹版印刷。在另外的说明性实例中，将聚合连接剂溶液和金属氧化物毫微微粒分别涂覆于推进基板层705以形成光敏性毫微微粒材料715。在一个说明性实例中，将聚合连接剂溶液涂覆于推进基板705，并将金属氧化物毫微微粒(优选分散于溶剂中)设置于聚合连接剂之上。在另一个说明性实例中，将金属氧化物毫微微粒(优选分散于溶剂中)涂覆于推进基板层705，并将聚合连接剂溶液涂覆于毫微微粒以形成光敏性毫微微粒材料715。如上面参照图6描述的，可将广泛种类的光敏剂涂覆于毫微微粒和/或与毫微微粒联合以制备光敏性毫微微粒材料715。
在沉积光敏性微型基体材料715之后，基板片705可以根据最终产品的需要进入到进一步的处理位置。依据该说明性实例，沉积电荷载体材料720，该电荷载体材料有利于电荷从接地电势或电流源迁移至光敏性毫微微粒材料715。可以通过例如喷涂、辊涂、刮刀涂或叶片涂覆方式涂覆电荷载体材料720。可通过形成具有离子导电聚合物、增塑剂以及碘化物和碘的混合物的溶液制备电荷载体材料720。聚合物提供了机械和/或尺寸稳定性；增塑剂有助于凝胶/液体相变温度；而且碘化物和碘作为氧化还原电解质。
仍然参照图7，然后沉积催化介质层725，有利于通过光电池内部的光激发分子喷射的电子的迁移。随后，沉积第二导电层730。第二导电层730作为用于光电池的第二电极的基体。然后展开第二柔性基板735并贴到推进层705上以利用连续的生产工序700获得光电池。可以利用超声波纵切装置740同时切削和密封多个光电池的前缘和后缘，这样形成光电模块。下面将更加详细的讨论超声波纵切步骤。
下面给出包括了二氧化钛毫微微粒的上下文中的DSSC发明的说明性实例。下面的实施例是描述性的，并非用于限定。因此，可以理解本发明可以应用于包括但不限于SrTiO3、CaTiO3、ZrO2、WO3、La2O3、Nb2O5、钛酸钠和铌酸钠毫微微粒的广泛范围的毫微微粒。此外，可以认识到本发明通常应用于除了DSSC之外的广泛种类的相互连接的毫微微粒的形成，比如金属氧化物和半导体涂层。
实施例1 聚合连接剂的浸渍涂覆应用在该说明性实施例中，以如下方式形成DSSC。将二氧化钛毫微微粒薄膜涂覆于覆有SnO2:F的载玻片之上。聚合连接剂溶液是1％(重量)的在正丁醇中的聚(钛酸正丁酯)溶液。在该实例中，在溶剂中的聚合连接剂的浓度优选小于5重量％。为了相互连接微粒，在聚合连接剂溶液中将涂覆了毫微微粒薄膜的载玻片浸渍15分钟，然后在150℃下加热30分钟。之后，使用3×10-4N3的染料溶液对被聚合连接剂溶液处理的TiO2薄膜进行1个小时的光敏性处理。再使用来自DuPont的2毫升SURLYN1702热融性粘合剂，通过把以三碘化物为基础的液体氧化还原电解质夹在被TiO2薄膜涂覆的玻片和镀铂涂覆的SnO2:F载玻片之间将被聚合连接剂处理的TiO2薄膜涂覆的玻片制成0.6平方厘米的光电池。铂涂覆层为大约60nm厚。在AM1.5太阳模拟器条件(也就是以强度为1000W/m2进行照射)下，该电池可以显示出高达3.33％的太阳能转化效率。成品太阳能电池可以显示出3.02％的平均太阳能转化效率(“η”)；0.66V的平均开路电压(“Voc”)；8.71mA/cm2的平均短路电流(“ISC”)；以及0.49(0.48到0.52)的平均占空因数。图8描述了用于浸渍涂覆光电池的曲线图800，该曲线图示出了电流-电压曲线802。
实施例2 聚合连接剂-毫微微粒溶液的应用在该说明性实施例中，将5.0mL的在正丁醇中的二氧化钛悬浮液(P25，其是二氧化钛，包括大约80％的锐钛矿和20％的金红石水晶TiO2毫微微粒，并且它可从Degussa-Huls得到)添加给在1mL正丁醇中的0.25克的聚(钛酸正丁酯)。在该实例中，按重量计算，在聚合连接剂-毫微微粒溶液中的聚合连接剂的浓度优选的小于50％。悬浮液的粘性从牛奶状改变至牙膏状没有明显的微粒分离。使用测定湿薄膜厚度的具有60μm厚的带子的加德纳刀将糊状物展开于形成图案的SnO2:F涂覆载玻片之上。在室温下干燥涂层形成薄膜。以150℃对晾干的薄膜进行30分钟的充分加热处理以移除溶剂，并且在酒精中使用3×10-4M的N3染料溶液进行通宵光敏处理。将敏化的光电极切割成期望的尺寸，并将其夹入以三碘化物为基础的液体电解质和镀铂(60nm厚)涂覆的SnO2:F涂覆载玻片之间。成品太阳能电池在AM1.5条件下可以显示出六个电池的平均η2.9％(2.57％到3.38％)；平均Voc是0.68V(0.66到0.71V)；平均ISC是8.55mA/cm2(7.45到10.4mA/cm2)；以及平均占空因数是0.49(0.48到0.52)。图9描述了从聚合连接剂-毫微微粒溶液形成的光电池的曲线图900，该曲线图示出了电流-电压曲线902。
实施例3 不用聚合连接剂形成的DSSC电池在该说明性实施例中，使用微型流化剂制备包括大约37.5％的固体内容物的水性二氧化钛悬浮液(P25)，并将其旋涂于氟化SnO2导电电极(15Ω/cm2)之上，氟化SnO2导电电极(15Ω/cm2)自身涂覆于被涂覆的载玻片之上。对被二氧化钛涂覆的玻片进行晾干15分钟并在150℃的温度下热处理15分钟。从烤箱中移走玻片，冷却至约80℃的温度，并在酒精中的3×10-4M的N3染料溶液中浸渍大约1个小时。使用酒精对从染料溶液中移走的敏化二氧化钛光电极进行清洗，并在40℃下在玻片温热装置上对其进行干燥。将敏化光电池切割成小块(0.7cm×0.5-1cm活性区域)，并将其夹在镀铂涂覆的SnO2:F透明导电载玻片之间。在光电极和镀铂导电电极之间通过毛细管作用涂覆包含1M LiI、0.05M碘以及在3-甲氧基丁腈中的1M叔丁基吡啶的液体电解质。这样构造的光电池可以显示出在AM1.5条件下高达3.83％的平均太阳能转化效率。在表1中的A列下列出了这些电池的在AM1.5条件下的η和光电特性ISC、Voc、在最大功率输出下的电压(“Vm”)以及在最大功率输出下的电流(“Im”)。图10描述了不用聚合连接剂形成的光电池的曲线图1000，该曲线图示出了电流-电压曲线1002。
表1ABC D E 实施例4 以各种浓度的聚合连接剂溶液形成的DSSC电池在该说明性实施例中，使用微型流化剂制备包括大约37.5％的固体内容物的P25悬浮液，并将其旋涂于氟化SnO2导电电极(15Ω/cm2)之上。对被二氧化钛涂覆的玻片进行大约15分钟的晾干并在150℃的温度下热处理15分钟。并在包括在正丁醇中的聚(钛酸正丁酯)的聚合连接剂溶液将被二氧化钛涂覆的导电载玻片浸渍大约5分钟，从而实现毫微微粒的相互连接(聚合体连接)。使用的聚合连接剂溶液是0.1wt％聚(钛酸正丁酯)、0.4wt％聚(钛酸正丁酯)、1wt％聚(钛酸正丁酯)和2wt％聚(钛酸正丁酯)。5分钟之后，从聚合体溶液中移走玻片，并对其进行晾干15分钟并在烤箱中在150℃的温度下热处理15分钟以移除溶剂。从烤箱中移走玻片，并冷却至约80℃的温度，并在酒精中的3×10-4M的N3染料溶液中浸渍大约1个小时。使用酒精对从染料溶液中移走的敏化二氧化钛光电极进行清洗，并在40℃下在玻片温热装置上对其进行干燥。将敏化光电池切割成小块(0.7cm×0.5-1cm活性区域)，并将其夹在镀铂涂覆的SnO2:F透明导电载玻片之间。在光电极和镀铂导电电极之间通过毛细管作用涂覆包含1M LiI、0.05M碘以及在3-甲氧基丁腈中的1M叔丁基吡啶的液体电解质。在用于在列B下的0.1wt％溶液、用于在列C下的0.4wt％溶液、用于在列D下的1wt％溶液和用于在列E下的2wt％溶液的表1中列出了构造的电池的AM1.5条件下η和光电特性ISC、Voc、Vm和Im。图10描述了用聚合连接剂形成的光电池的电流-电压曲线1008。
实施例5 改性剂溶液如在实施例4中描述的，在该说明性实施例中，通过旋涂处理制备被二氧化钛涂覆的透明导电的氧化物涂覆载玻片。以包括在正丁醇中的0.01M聚(钛酸正丁酯)具有聚合连接剂的溶液对被二氧化钛涂覆的导电载玻片进行5分钟的处理以相互连接毫微微粒。在从聚合连接剂溶液中移走玻片之后对玻片进行大约5分钟的晾干。随后在改性剂溶液中对玻片进行大约1分钟的浸渍。使用的改性剂溶液是1∶1的水/酒精混合物、在1∶1的水/酒精混合物中1M的叔丁基吡啶溶液、在1∶1的水/酒精混合物中0.05M HCl溶液。从湿度调节器以蒸汽对一个玻片进行15秒钟的处理。并对其进行晾干15分钟并在150℃的温度下热处理15分钟以移除溶剂。然后以3×10-4M的N3染料溶液对其进行1个小时的敏化。将敏化光电极夹在镀铂的SnO2:F涂覆载玻片之间，并使用包含1MLiI、0.05M碘以及在3-甲氧基丁腈中的1M叔丁基吡啶的液体电解质对其光电特性进行研究。酸看起来有助于增加这些光电池的光电导率和效率。在表2中列出了该实施例的电池的在AM1.5条件下的η和光电特性如下没有将玻片浸渍进入改性剂溶液以及没有用聚合连接剂溶液进行处理(A列)；没有将玻片浸渍进入改性剂溶液、但使用聚合连接剂溶液进行处理(B列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后将其浸渍进入1∶1的水/酒精混合物中(C列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后将其浸渍进入1∶1的水/酒精混合物中的1M的叔丁基吡啶溶液(D列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后将其浸渍进入1∶1的水/酒精混合物中的0.05M HCl溶液(E列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后从湿度调节器以蒸汽对玻片进行处理(F列)。
表2A BC D EF 实施例6 在相互连接后加热至150℃如在实施例4中描述的，在该说明性实施例中，通过旋涂处理制备被二氧化钛涂覆的、透明导电的氧化物涂覆载玻片。将玻片浸渍进入在正丁醇中的0.01M聚(钛酸正丁酯)30秒钟，并对其进行15分钟的晾干。随后在烤箱中对玻片在150℃下进行10分钟的热处理。以N3染料溶液对热处理的二氧化钛层进行1个小时的敏化处理，以酒精进行清洗，并在玻片温热装置上以40℃加温10分钟。将敏化光电极切割成0.7厘米×0.7厘米活性区域光电池，并将其夹在镀铂导电电极之间。通过毛细管作用在光电极和镀铂导电电极之间涂覆包含1M LiI、0.05M碘以及在3-甲氧基丁腈中的1M叔丁基吡啶的液体电解质。该光电池显示出了3.88％(3.83、3.9和3.92)的平均η、0.73V(0.73、0.74和0.73V)的平均Voc；以及9.6mA/cm2(9.88、9.65和9.26)平均ISC，上面所有的特性都是在AM1.5条件下的。
实施例7 在相互连接后加热至70℃如在实施例4中描述的，在该实施例中，通过旋涂处理制备被二氧化钛涂覆的、透明导电的氧化物涂覆载玻片。将玻片浸渍进入在正丁醇中的0.01M聚(钛酸正丁酯)30秒钟，并对其进行15分钟的晾干。随后在烤箱中对玻片在70℃下进行10分钟的热处理。以N3染料溶液对热处理的二氧化钛层进行1个小时的敏化处理，以酒精进行清洗，并在玻片温热装置上以40℃加温10分钟。将敏化光电极切割成0.7厘米×0.7厘米活性区域光电池，并将其夹在镀铂导电电极之间。通过毛细管作用在光电极和镀铂导电电极之间涂覆包含1M LiI、0.05M碘以及在3-甲氧基丁腈中的1M叔丁基吡啶的液体电解质。该光电池显示出了3.62％(3.55、3.73和3.58)的平均η、0.75V(0.74、0.74和0.76V)的平均Voc；以及7.96mA/cm2(7.69、8.22和7.97)平均ISC，上面所有的特性都是在AM1.5条件下的。
实施例8 在柔性、透明基板上的形成在该说明性实施例中，以ITO对大约200μm厚和大约5英寸乘8英尺的方形PET基板进行涂覆，并将其加载于循环涂机上。对在正丁醇中的二氧化钛(P25具有25％的固体内容物)的18.0mL悬浮液和在10mL正丁醇中0.5g聚(钛酸正丁酯)进行直接混合，并将其涂覆于被ITO涂覆的PET片之上。在此处理之后，在50℃下对涂层加热大约1分钟。然后通过在酒精中的3×10-4M的N3染料溶液对相互连接的毫微微粒层的染色进行染料敏化。
B.用于DSSCs的凝胶电解质依据进一步的说明性实施例，本发明提供了电解质组合物，该电解质组合物包括多价配位分子(也就是包含2个或多个能够配位的配位体的分子)和氧化还原电解质溶液，使用比如锂离子的金属离子凝胶化该电解质溶液。多价配位化合物通常是有机化合物，该有机化合物能够在多个位置配位金属离子。该电解质组合物可以是可逆的氧化还原物质，其自身可以是液体或是溶解在非氧化还原活性溶剂的固体成分，非氧化还原活性溶剂作为用于氧化还原部分的溶剂而且不会参与还原-氧化反应循环。该实例包括不含氧化还原活性离子的普通有机溶剂和熔盐。氧化还原物质的实施例包括例如碘化物/三碘化物、Fe2+/Fe3+、Co2+/Co3+和4，4″-二吡啶鎓盐(viologen)等等。该氧化还原成分溶解在非水溶剂中，其包括全部的熔盐。碘化物基熔盐，例如甲基丙基咪唑碘鎓，甲基丁基咪唑碘鎓，甲基己基咪唑碘鎓等等，其自身是氧化还原活性的，并且通过自身或使用象普通有机溶剂或熔盐的没有经历氧化-还原反应的非活性材料对其进行稀释，从而使用其作为氧化还原活性溶液。多齿(multi-dendate)无机配位体也可以是凝胶化合物的来源。
图11表示了使用金属离子胶凝的电解质的说明性实施例。示出的锂离子与聚(4-乙烯基吡啶)配位。在聚(4-乙烯基吡啶)分子能够在多个位置和锂离子配位的情况下，可使用锂离子和无机化合物胶凝合适的电解质溶液。依据本发明制备的电解质组合物可以包括少量的水、碘化物熔盐、有基聚合物和其他合适的加入了比如锂的金属离子的化合物凝胶体。凝胶电解质可以加入到个别的柔性光电池、传统的太阳能电池、光电光纤、相互连接的光电模块和其他合适的装置。在图11中示出的虚线表示在引入合适的金属离子之后当构成电解质溶液和有机化合物凝胶时出现在光电凝胶电解质中的连接类型。
能够在多个位置配位金属离子而适用于本发明的非穷举性有机化合物实例包括各种聚合物、星爆式/树枝式模块和包含例如聚氨酯、酯、乙烯/丙烯/氧化物/亚胺片断、吡啶、嘧啶、N-氧化物、咪唑、噁唑、三唑、二吡啶、喹啉、聚胺、聚酰胺、尿素塑料、β-二酮和β-烃基酮的多官能团的其他模块。
更普遍的，在各种实例中使用的多配位模块可以是拥有能够形成配合物的两个或多个配位体或配位基的聚合体模块或小有机模块。配位基是含有至少一个具有大电子密度的供体原子的官能团，例如氧、氮、硫或磷，其可与适当金属离子形成单齿或多齿配合物。配位基可以支链或者以骨架的一部分、或作为树枝式或星爆式模块存在于非聚合材料或聚合体材料中。单齿配位体的实施例包括例如含氧乙烯、含氧烷基、吡啶和烷基-亚胺化合物等。双齿和多齿配位体的实施例包括二吡啶、聚吡啶、聚氨酯基、羧酸基和氨基化合物。
依据本发明的各种实例，以室温或在低于300℃的提高的温度下制备具有包括锂离子的凝胶电解质1100的染料敏化光电池。该温度可以低于100℃，并且优选以室温和标准压强实施凝胶电解质溶液。在各种说明性实例中，可以调整电解质溶液的粘性以利用比如丝网印刷和照相凹版印刷技术的印刷技术实施凝胶电解质沉积。在较高的温度会打破锂例子和各种配位体的配位，从而会在以DSSC为基础的光电模块制备中允许容易地处理凝胶电解质化合物。可以使用其它的金属离子形成热逆变凝胶或不可逆变的凝胶。合适的金属离子的实施例包括Li+、Cu2+、Ba2+、Zn2+、Ni2+、Ln3+(或其他镧系金属)、Co2+、Ca2+、Al3+、Mg2+和能够和配位体配位的任何其他金属离子。
图12描述了由锂离子，通过配位有机聚合物、聚环氧乙烷(PEO)形成的凝胶电解质1200。PEO聚合物部分是在锂离子周围示出的并互相交连在一起。在另一个实例中，和各种聚合物链配位的金属离子能被加入可逆的氧化还原电解质部分中以促进凝胶。从结合得到的凝胶电解质组合物使用于各种光电池实例，比如光电纤维、光电池和电相互连接的光电模块。
回过来参照图6，电荷载体材料606可以包括具有能够在多个位置合成金属离子的有机化合物的电解质组合物；比如锂的金属离子；以及电解质溶液。可以组合这些材料以制备使用于电荷载体材料606层的胶质电解质组合物。在一个实例中，电荷载体材料606包括氧化还原系统。合适的氧化还原系统可以包括有机和/或无机氧化还原系统。这种系统的实施例包括但不限于硫酸铈(III)/铈(IV)、溴化钠/溴、碘化锂/碘、Fe2+/Fe3+、Co2+/Co3+和4，4′-二吡啶鎓盐(viologen)。
下面提供了在具有凝胶电解质组合物的DSSC的上下文中的本发明的实例。依据下述程序制备在下述实例中使用的光电极。将水性二氧化钛悬浮液(P25，使用具有全部固体内容物在范围30-37％中的悬浮液制备技术制备)旋转浇射于涂覆了SnO2:F的载玻片(15Ω/cm2)。氧化钛涂层的典型厚度是8μm左右。以室温对涂覆的玻片进行晾干，并以450℃的温度烧结3 0分钟。在将玻片冷却至80℃之后，将玻片浸渍入在酒精中的3×10-4M的N3染料溶液中一个小时。移出玻片并以乙醇进行冲洗，并在玻片温热装置之上以40℃进行大约10分钟的干燥。将玻片切削成大约0.7厘米×07厘米的正方形活性区域电池。使用玻璃棒将制备的凝胶涂覆于光电极之上，并将其夹在镀铂涂覆的、SnO2:F涂覆的导电载玻片之间。在AM1.5的太阳能模拟条件中(也就是具有强度为1000W/m2的光的辐射)测量电池性能。
实施例9 在以标准离子液体为基础的电解质组合物中的碘化锂的作用在该说明性实施例中，使用以标准的、离子、液体为基础的氧化还原电解质组合物，其包含混合物，该混合物包含99％(重量)的以咪唑碘鎓盐为基础的离子液体和1％的水(重量)，其结合有0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑。在各种试验中，具有至少0.10M的碘浓度的电解质溶液显示出了最佳的太阳能转换效率。在标准的组合物中，使用丁基甲基咪唑碘鎓盐(MeBuImI)作为离子液体。随着碘浓度的增大光电压减小，同时光电导效率和转换效率至少增大至0.25M碘浓度。增加碘化锂至标准的组合物中提高了光电特性Voc和ISC、和η。因此，除了作为凝胶剂的锂的作用，它可以用于提高全部的光电特性。表3总结了LiI的光电特性的作用。
表3

下面参考占空因数，并从太阳能转换效率对开路电压和短路电流乘积的比率计算该占空因数，也就是，FF＝η/[Voc*ISC]。
实施例10 阳离子在光电特性的增强上的作用为了确定光电特性的增强是否是由于锂或碘化物的存在引起的，使用了与包括锂、钾、铯和四丙基铵碘化物的各种碘化物进行对照实验。将碘化物浓度固定为标准的电解质组合物的376μmols/gram。使用的标准组合物是包含99％的MeBuImI和1％的水的混合物，其结合有了0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑。每克标准电解质组合物的376μmols的各种碘化盐溶解于电解质中。观测到LiI的完全溶解。其它的盐需要长时间溶解并且不会在整个实验过程中完全溶解。使用所制备的包含各种阳离子的电解质制备以DSSC为基础的光电池。表4示出了在光电特性上各种阳离子的作用。从表4的第二列可以明显看出相比较于标准的配方，Li+离子示出了增强的光电特性，同时其它的阳离子没有显现出对增强光电特性的贡献。
表4

实施例11 离子液体类型的作用在本发明的一个方面中，已经发现以MeBuImI为基础的电解质组合物实施起来稍微好于以MePrImI为基础的电解质。此外，如表5所示，试验结果表明，以1/1混合的MeBuImI和MePrImI显示出好于MeBuImI的性能。
表5

实施例12 组合物A中引入锂的凝胶的使用代替二溴化合物在该说明性实施例中，通过将0.09M的碘溶入包括重量为99.5％的1-甲基-3-丙基咪唑碘鎓盐和重量为0.5％的水的混合溶剂中制备组合物A。然后，将0.2克的聚(4-乙烯基吡啶)(“P4VP”)、含氮化合物溶入10克组合物A中，进一步将0.2克的1，6-二溴己烷、有机溴化物溶入得到的组合物A溶液中，从而获得电解质组合物，其是凝胶电解质的前体。
当使用5wt％的碘化锂(每克标准的电解质组合物含376μmols的锂盐)作为在包含(i)2wt％的P4VP和(ii)包含99.5％的MePrImI和0.5％的水的混合物的电解质组合物中的胶凝剂时迅速出现凝胶。当上下颠倒引入锂的凝胶的小瓶时凝胶不会流动。当使用产生了具有交联区域的分离相电解质的二溴混合物的方法停止于液体中时，其是流动的(甚至在以100℃进行30分钟凝胶处理之后)。具有和不具有LiI的组合物A的光电特性的比较示于下面的表6和7中。结果表明可以使用锂离子获得适于制备以DSSC为基础的光电池的功能性凝胶，同时也提高了光电特性。
表6

表7

实施例13 在DSSCs的效率和光电压上阴离子锂盐的作用实施试验以研究锂的抗衡离子的作用。锂具有明显的增强DSSCs的整体效率的作用。每克包含MePrImI、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的电解质组合物使用376μmols的LiI、LiBr、LiCl以研究电池的光电特性。包含这些电解质的电池的光电特性示于表8中。
表8

实施例14 钝化和增强的效率以及DSSCs的光电压在光电池领域中，术语钝化涉及在太阳能电池的电解质内部还原电子转换成核素的处理。典型的，钝化包括通过在甲氧基丙腈的叔丁基吡啶的溶液中或在其他合适的化合物中沉浸处理毫微微粒层。在通过以染料处理光电池的比如二氧化钛海绵体的毫微基质层之后，可以存在染料已经不能吸附的在毫微矩阵层中的区域。通常在DSSC上实施钝化处理防止可逆的电子转换反应产生由还原剂存在于未染色的区域异致的终结。当在DSSCs中使用包含各种锂盐和/或其它碱金属盐的阳离子液体混合物时，典型的钝化作用不是必须的。使用不具有钝化处理的锂的氯化盐获得大于0.65V的光电压。
在该说明性实施例中，通过将DSSC沉浸入在甲氧基丙腈中的10wt％叔丁基吡啶的溶液15分钟对它进行钝化。在钝化之后，在玻片温热装置之上保持40℃的温度对DSSC进行大约10分钟的干燥。在研究过程中，使用每克标准电解质混合物376μmols的LiI、LiBr、LiCl使包含MePrImI、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的电解质组合物凝胶化。在电解质中增加以叔丁基吡啶为基础的钝化介质增强了DSSC的光电压，但由于减小了光导电率而减小了DSSC的效率。表9总结了包含各种锂卤化物的电解质的光电特性上的钝化作用。
表9

实施例15 锂在包含聚乙烯基吡啶的电解质组合物的凝胶中的作用以及其它碱金属离子对成胶性的作用锂阳离子在包含例如P4VP的如2wt％的较小量的离子液体组合物的凝胶中显现得具有独特的作用。使用比如钠、钾、铯的其它碱金属离子以实现凝胶试验。将比如碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铯的碱金属盐添加剂包含丙基甲基咪唑碘鎓盐(MePrImI)、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的电解质组合物的部分。只有含碘化锂的组合物在所使用的实验环境下凝胶。在使用的试验环境下，包含钠、钾、铯的剩余三种组合物不凝胶。比如钙、镁、锌的二价金属离子以及比如铝或其它过渡金属离子的过渡金属是其它可能凝胶的盐。
实施例16 碘和锂的浓度对离子液体电解质凝胶的作用在该说明性实施例中，通过添加锂盐至包含MeByImI、碘和2wt％P4VP的电解质组合物制备凝胶。使用高温烧结、N3敏化的氧化钛光电极和镀铂的SnO2:F涂覆的导电载玻片测试凝胶的光电特性。LiI和LiCl都可使包含少量(2％就是足够的)的象P4VP的配位聚合物的以离子液体为基础的组合物凝胶。在缺乏甲基苯并咪唑的组合物中，锂不影响光电压。对应于混合物的5wt％，包括每克离子液体376μmols的锂盐以及99wt％的丁基甲基咪唑碘鎓盐、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的混合物。因此，1wt％对应于376/5≈75μmol锂盐每克离子液体组合物。在表10中总结了光电特性。
表10

实施例17 聚合物浓度对成胶性的作用以及氧化还原电解质凝胶的光电特性在该说明性实施例中，改变聚合物浓度以研究其在凝胶粘性和光电特性上的作用。用于研究而使用的电解质组合物是包含99％的MeBuImI、1％的水、0.25M的碘、0.6M的LiI和0.3M的甲基苯并咪唑的混合物。从1％到5％改变聚合体P4VP的浓度。当向下倾斜包含凝胶的小瓶时具有1％的P4VP的电解质组合物流动得较慢。具有2％、3％、5％的凝胶则不会流动。相比较于2％的P4VP制品，具有5％的P4VP的凝胶显现出更多的固态。表11总结了包含被研究的各种P4VP含量的凝胶的光电特性。
结果表明随着通过增加P4VP的含量获得的粘性的增加，光电特性不发生改变。因此，可以调整凝胶的粘性而不会引起光电特性的退化。甲基苯并咪唑对获得高的η是必须的。增加碘的浓度至0.25M也会增加效率。超过0.25M，会强烈地减小光电压，减小了整体效率。没有发现象铯、钠、钾或四烷基铵的其它金属离子或阳离子会对增强效率有贡献，并且不会引起电解质溶液的凝胶。此外，通过增强光电压而不引起减小包含甲基苯丙咪唑的组合物的光导电性，发现氯化物阴离子随同铝会增强效率。
表11

C.共-敏化剂依据说明性实施例，上面描述的光敏剂包括第一敏化染料和第二电子供体物质、即“共-敏化剂”。可将第一敏化染料和共-敏化剂添加在一起或将其分离以形成在图6中示出的敏化的相互连接的毫微微粒材料603。如关于图6在上面提到的，敏化染料促进入射可见光转化成电流以产生期望的光电效应。在一个说明性实施例中，共-敏化剂赠与电子至受体以形成稳定的阳离子原子团，其提高了从敏化染料至半导体氧化物毫微微粒材料电荷转移的效率，并减小了至敏化染料或共-敏化剂的反向电子转移。共-敏化剂优选包括(1)在氮原子上的自由电子对和芳环的杂化轨道的连接，该氮原子键合到芳环上，并进行电子转移，通过这些杂化轨道得到阳离子原子团的共振稳定性；以及(2)比如羧基或磷酸盐的配位基，其功能是将共-敏化剂锚定至半导体氧化物。合适的共-敏化剂的例子包括但不限于芳族胺(例如比如三苯胺和它的衍生物)、咔唑和其它稠环类似物。
再次回头参考图6，共-敏化剂电耦合至敏化相互连接的毫微微粒材料603的导带。合适的配位基包括但不限于羧酸基、磷酸基或比如是肟或α酮烯醇化物的螯合基。
在下面的表12-18中存在的结果表明当共-敏化剂与敏化染料一起在高温烧结或低温相互连接的二氧化钛的表面上共同吸附时，光电池效率增加。在表12到18中，利用AM1.5太阳能模拟条件(也就是具有强度为1000W/m2的光的辐射)得到特性。可以使用的液体电解质包括1M LiI、1M的叔丁基吡啶、在3-甲氧基丙腈中的0.5M I2。在表中示出的数据表示用于低温相互连接(表15、17和18)和高温烧结氧化钛毫微微粒(表12、13、14和16)的一个或多个操作电池参数的增强。列出的太阳能电池特性包括η、Voc、ISC、FF、Vm和Im。敏化剂与共-敏化剂的比率基于在敏化溶液中敏化剂的浓度。
具体的，如果共-敏化剂的浓度低于染料浓度的大约50mol％，发现芳族胺增强了染料敏化的二氧化钛太阳能电池的电池性能。在图13和14中示出了优选芳族胺的通常分子结构的实施例。优选地，共-敏化剂的浓度在大约1mol％到大约20mol％的范围中，并且更优选地，在大约1mol％到大约5mol％的范围中。
图13A描述了可以作为共-敏化剂的化学结构1300。通过它的配位基或螯合基A，分子1300吸附至毫微微粒层的表面。A可以是如上面所述的羧酸基或它的衍生物、磷酸基、肟或α酮烯醇化合物。图13B描述了结构1300的说明性实例1310，也就是DPABA(二苯胺苯甲酸)，其中A＝COOH。图13C描述了称为DEAPA(N′，N-二苯胺苯丙酸)的另一种具体胺1320，其中A为羧基衍生物。
图14A示出了可以作为共-敏化剂或敏化染料的化学结构1330。该分子不吸收超过500nm的辐射，并且通过它的配位基或螯合基A吸附至毫微微粒层的表面。A可以是羧酸基或它的衍生物、磷酸基、肟或α酮烯醇化物。每个R1和R2可以是苯基、烷基、取代的苯基，或苄基。优选地，烷基可以包含1到10个碳。图14B描述了结构1330的说明性实例1340，也就是DPACA(2，6双(4-苯甲酸)-4-(4-N，N-二苯胺)苯基吡啶羧酸)，其中R1和R2是苯基，A是COOH。
如下可对DPACA1340进行合成。将1.49克(9.08mmol)的4-乙酰基苯甲酸、1.69克(6.18mmol)的4-N，N-二苯基苯甲醛和5.8克(75.2mmol)的醋酸铵添加至配备冷凝器和搅拌桨的100ml圆底瓶中的60ml的醋酸中。在氮气中以搅拌对溶液进行5个小时的加热回流。将反应冷却至室温并浇进150ml的水中，以150ml的二氯甲烷对其进行萃取。分离二氯甲烷并以旋转蒸发器对其进行蒸发，得到了黄色的油。然后在硅凝胶柱上以4％的甲醇/二氯甲烷洗提以给出橙色固体的产物。以甲醇对固体清洗并进行真空干燥以给出0.920克的2，6双(4-苯甲酸)-4-(4-N，N-二苯胺基)苯基吡啶(DPACA)。熔点是199°-200°，λMAX是421nm，并且摩尔消光系数E是39,200L mole-1cm-1。通过NMR光谱学确认该结构。
表12给出了用于高温烧结二氧化钛的结果；通过在1mM N3染料的溶液中和DPABA的三种浓度的通宵浸透进行敏化。表12也示出了用于优选20/1(染料/共-敏化剂)比率的最大的平均η。
表12 表13示出了使用切断过滤器(第三和第四条目(entries))同时照射电池以测试它的I-V特性的结果。表13也表明当存在DPABA时仍然会增强电池的效率，同时表明当不存在过滤器时，由于DPABA对UV光的吸收以及随后的电荷注入，它的作用不会简单。依据本发明的说明性实例，图15给出了用于切断过滤器的吸光率～波长的图1350以描述光电池的特征。图16给出了用于DPABA的吸光率～波长的图1360，其在400nm以下吸收。由于切断过滤器的吸收是大的，几乎没有光到达DPABA的吸附带。
表13

表14表明在所述条件F，三苯胺自身(也就是没有比如羧基的二氧化钛配位基)的增加不会明显增强效率。
表14

表15表明使用低温烧结相互连接二氧化钛存在的效率和20/1(染料/共-敏化剂)比率是优选的。
表15
表16给出了用于以高浓度N3染料敏化的高温烧结二氧化钛，同时对共-敏化剂保持20/1比率的结果。条目1和2表明由于共同催化剂增加了电池性能。条目3示出了DPABA仅作为感光剂的作用，其表明当以全部太阳能谱照射(其包括低强度UV辐射)时，该材料自身作为感光剂。
表16

表17示出了用于低温相互连接的二氧化钛的结果。条目5示出了DPACA仅作为感光剂的影响，其表明当以全部太阳能谱照射(其包括低强度UV辐射)时，该材料自身作为感光剂。
表17 表18示出了用于低温相互连接的二氧化钛的结果。条目6示出了仅DEAPA作为感光剂的影响，其表明当以全部太阳能谱照射(其包括低强度UV辐射)时，该材料自身作为感光剂。
表18 D.半导体氧化物的配方在进一步的说明性实例中，本发明提供用于DSSCs的半导体氧化物的配方如上面所述，该DSSCs由低温半导体氧化物毫微微粒相互连接形成。可以以室温用半导体氧化物的配方涂覆，其以大约50℃和150℃之间的温度进行干燥，得到机械稳定的半导体毫微微粒薄膜，其与透明导电氧化物(TCO)涂覆的塑料基板的粘合良好。在一个实例中，由一种分散液形成光敏相互连接的毫微微粒材料603的毫微微粒半导体，该分散液为可商购的TiO2毫微微粒的水、一种聚合物粘合剂以及具有或不具有乙酸的分散液。使用的聚合物粘合剂包括但不限于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚环氧乙烷(PEO)、羟乙基纤维素(HOEC)、羟丙基纤维素、聚乙烯醇(PVA)和其它水可溶的聚合物。半导体氧化物微粒如TiO2对聚合物的比率，以重量计算，可以在大约100∶0.1至100∶20之间，并且优选的在大约100∶1至100∶10之间。在配方中乙酸的存在有助于提高涂层对TCO涂覆基板的粘合。然而，乙酸对本发明的该方面不是必须的，并且不使用乙酸的半导体氧化物分散液也令人满意。在另一个实例中，TiO2毫微微粒与聚合物粘合剂例如PVP、布特伐尔、乙基纤维素等一起分散于有机溶剂如异丙醇中。
在另一个说明性实例中，通过使用交联介质以相互连接半导体毫微微粒可以进一步提高半导体氧化物涂层的机械完整性和基于该涂层的染料敏化电池的光电性能。上面描述的聚合连接剂可以用于该用途。可将这些交联剂直接施加进二氧化钛涂层配方中，或将其施加入后来的步骤以干燥氧化钛涂层，作为比如乙醇、异丙醇戊丁醇的有机溶剂中的溶液。例如，随后将薄膜加热至范围在大约70℃至大约140℃的温度会导致TiO2毫微微粒之间的TiO2桥的形成。优选地，基于氧化钛，在该例子中的聚合连接剂的浓度的范围在大约0.01到大约20重量％。
E.半导体底漆层涂层在另一个说明性实例中，本发明提供半导体氧化物材料和在基板材料上涂覆半导体氧化物毫微微粒层以形成DSSCs的方法。图17描述了依据本发明涂层处理的说明性实例1370。在该说明性实例中，用半导体氧化物的第一底漆层1382涂覆基板材料1376，然后将半导体氧化物的毫微微粒1388的悬浮液涂覆于底漆层1382之上。底漆层1382可以包括真空涂覆的半导体氧化物薄膜(例如TiO2薄膜)。可替代的，底漆层1382可以包括具有半导体氧化物(例如TiO2、SnO2)的微粒的薄涂层。底漆层1382也可以包括聚合连接剂或前体溶液的薄层，其中的一个例子是在上面的图4中示出的Ti(IV)丁氧金属聚合物400。依据本发明的一个说明性实例，基板材料1376是涉及图6的第一柔性的有效光透射基板609。因此，基板材料1376是透明的、导电的塑料基板。依据该说明性实例，毫微微粒1388的悬浮液是图6的敏化的相互连接的毫微微粒材料603。利用真空涂覆、旋转涂覆、叶片涂覆或其它涂覆方法，可以使用包括SnO2、TiO2、丁基a2O5、Nb2O5、ZnO或其它的大量的半导体金属以薄膜、微粒或前体溶液的形式作为底漆层。
底漆层1382提高了象层1388的毫微结构的半导体氧化物薄膜至基板材料1376的粘合。已经发现使用了这种底漆层对DSSCs的性能的增强，并在下面对其进行描述。由于半导体氧化物毫微微粒(或光电极)和透明导电氧化物涂覆塑料基板之间的粘合的增加以及较高的分路阻抗引起了性能的增强。
下面是内容为包括二氧化钛毫微微粒层的DSSCs、本发明的该方面的各种说明性实例的实施例。
实施例18 作为底漆层用于毫微微粒TiO2光电极的真空涂覆TiO2在该说明性实例中，在聚酯(这里为PET)基板上的ITO涂覆层上以真空对具有厚度范围从2.5nm到100nm的TiO2薄膜进行喷涂涂覆。将以水为基础的TiO2(P25，具有21nm的平均微粒尺寸)浆液旋转涂覆于具有喷涂涂覆的薄TiO2的ITO/PET和平坦的ITO/PET(也就是不具有喷涂涂覆薄的TiO2的部分)之上。将涂覆的薄膜浸泡进丁醇中的聚[Ti(OBU)4]溶液，然后以120℃加热处理2分钟。将低温反应性相互连接的薄膜放置于疏质子极性溶剂为基础的N3染料溶液(8mM)中2分钟。以铂(Pt)相辅助电极、I-/I3-液体电解质、2mil SURLYN和铜导带获得光电池，使用太阳模拟器实施I-V特性测量。
涂覆在用薄TiO2涂覆的ITO/PET之上的从P25浆液得到的毫微结构的TiO2薄膜的粘合比平坦的ITO/PET之上的薄膜好。相比较于在平坦的ITO/PET之上的那些，从用薄TiO2喷涂涂覆的ITO/PET之上制备的PV电池也观测到好的光电池的性能。也获得了占空因数上的改进。在用薄TiO2喷涂涂覆的ITO/PETs之上获得的光电池测量到高达0.67的FF。对于在平坦的ITO/PET之上获得的光电池，观测到的FF不大于0.60。在以薄TiO2喷涂涂覆的ITO/PET之上制备的光电极上测得较高的光电转换效率(大约高于来自平坦的ITO/PET获得光电极的17％)。对于在以薄TiO2喷涂涂覆的TiO2ITO/PET之上制备的光电池也观测到分路阻抗的提高。
实施例19 作为用于TiO2悬浮液的底漆层的TiO2微粒在该说明性实例中，TiO2微粒要充分的小，以至于它们可以居于PET基板上的ITO的尖峰之间的凹谷中，其通过水解钛(IV)异丙醇盐制备。然后在800rmp下将微粒旋转涂覆于ITO层之上。然后在800rmp下将微粒尺寸大约平均为21nm的37％的ITO(P25)悬浮液旋转涂覆于微粒层之上。通过在丁醇中的0.01摩尔Ti(IV)丁氧金属聚合物的15分钟的浸渍，紧接着，在以120℃加热2分钟之前在玻片温热装置上以50℃进行干燥，从而以低温相互连接涂覆的TiO2。通过浸入8mM疏质子极性溶液2分钟以N3染料对相互连接的涂层进行染色，然后用乙醇进行清洗并在玻片温热装置上以50℃进行干燥2分钟。以相同的方式制备对照涂层，除了不使用微粒底漆涂层。利用太阳模拟器测量电池的性能特性。在下面的表19中列出了用于测试和对照的结果。用于TiO2悬浮液的作为底漆涂层的氧化锡的微粒得到了相同的改进。
表19

实施例20 作为用于TiO2的底漆层在丁醇(前体溶液)中的钛(IV)丁醇氧化聚合物在另一个测试中，以800rpm在ITO/PET塑料基板之上喷涂涂覆0.01摩尔的丁醇中的钛(IV)丁醇氧化聚合物。以800rmp旋转涂覆平均微粒尺寸大约为21nm的43％的TiO2(P25)悬浮液。通过在丁醇中的0.01摩尔Ti(IV)丁氧金属聚合物的15分钟的浸渍，紧接着，在以120℃加热2分钟之前在温热装置上以50℃进行干燥，从而以低温相互连接涂覆的TiO2。通过浸入8mM疏质子极性溶液2分钟以N3染料对相互连接的涂层进行染色，然后使用乙醇进行清洗并在玻片温热装置上以50℃进行干燥2分钟。以相同的方式制备对照涂层，仅除了不使用底漆层涂层。利用太阳模拟器测量电池的I-V特性。在表20中列出了用于测试和对照的结果。
表20

F.光电池相互连接图18A描述了包括多个光电池1402a、1402b、1402c(共同“1402”)的相互连接的光电模块1400的说明性实例。示出的三个光电池1402仅用于描述作用；光电模块1400不受该个数的限制。图18B示出了在弯曲状态中的光电模块1400。光电模块1400适于显示其中照明可以入射至上部表面1404或下部表面1406的布置。参照图18A和图18B，将多个光电池1402设置于第一电连接层1408和第二电连接层1410之间。优选地，光电池和电连接层1408和1410依次设置于第一基板1414和第二基板1420之间。光电池1402包括敏化的毫微基质层1425和电荷载体介质1430。优选地，光电池也包括催化介质1435。电连接层1408和1410包括导电区域1440和/或绝缘区域1445。在一个说明性实例中，电连接层1408和1410也包括连接导电区域1450。在实践中，相对于导电区域1440，优选使绝缘区域1445和/或连接导电区域1450相对于导电区域1440的宽度最小。
电连接层1408和1410的导电区域1440和绝缘区域1445可以包括透明材料，比如ITO、掺有氟的氧化锡、氧化锡、氧化锌等等。在一个说明性实例中，电连接层1408和1410的导电区域1440的厚度范围在大约100nm到大约400nm之间。在另一个实例中，导电区域1440的厚度在大约150nm到大约300nm之间。依据说明性实例的附加特征，将导线或导引线连接至一个或多个导电区域1440以将光电模块1400电连接至外部负载。
优选地，光电模块1400具有有效的光透射性。这可以通过从有效的光透射材料形成光电模块1400的全部构成层和区域在一些实例中可以实现。在其它的说明性实例中，形成光电模块1400使其具有有效的光透射性，即使一些光电模块1400的个别区域不具有有效的光透射性。此外，至少一个电连接层1408和1410的导电区域1440可以具有有效的光透射性。
电连接层1408和1410可以包括沉积于两个或多个导电区域1440之间的连接导电区域1450。优选地，连接导电区域1450包括导电材料，比如铜、银、金、铂、镍、钯、铁和它们的合金。其它合适的导电材料包括但不限于ITO和比如聚苯胺和苯胺的导电聚合物。在一个说明性实例中，一个或多个连接导电区域1450基本上是透明的。可替代的，一个或多个连接导电区域1450是不透明的。
依据一个特征，敏化的毫微基质层1425包括敏化的毫微微粒，例如如上所述的金属氧化物微粒。在一个实例中，敏化的毫微基质层1425包括具有平均尺寸在大约2nm到大约400nm之间的毫微微粒。更具体的，毫微微粒具有在大约10nm到大约40nm之间的平均尺寸。在优选实例中，毫微微粒是具有平均微粒尺寸为约20nm的二氧化钛微粒。
在另一个优选实例中，敏化的毫微基质层1425包括异质结复合材料。合适的异质结复合材料的实施例是富勒烯(例如C60)、富勒烯微粒和碳毫微管。异质结复合材料可以分散于聚噻吩或一些其它空穴传输材料。富勒烯微粒可以具有在大约100nm到大约40nm之间的平均尺寸。合适的异质结复合材料的其它实施例是包括比如聚噻吩和聚喹啉的共轭聚合物的复合物，或者是与非聚合体材料连接的比如聚苯乙烯的共轭聚合物的复合物。
电荷载体介质1430优选是聚合的和相对粘性的，例如象果冻的材料。在其它实例中，电荷载体介质1430是液体的。结果，利用本领域的熟练技术人员熟知的适于涂覆凝胶和液体的各种技术来涂覆电荷载体介质1430。这些技术包括例如喷涂涂覆、辊涂、刀涂覆和叶片涂覆。通过形成具有离子导电聚合物、增塑剂以及碘化物和碘的混合物的溶液可以制备电荷载体介质1430。聚合物提供了机械和/或尺寸稳定性；增塑剂有助于凝胶/液体相位处理温度，而且碘化物和碘作为氧化还原电解质。
在一个说明性实例中，电荷载体介质1430包括以重量计算的大约10％的聚环氧乙烷、大约90％的1∶1的碳酸乙酯∶碳酸丙烯酯的混合物、大约0.5M的碘以及大约0.5M的锂四甲基铵碘化物。该聚合体电解质典型的具有相对长的保存期限(例如达到几年)，或具有使用光电模块时在处理过程中的最小相位分异，也可在不进行比如在沉积之前的熔融处理时使用。
G.刚性基板依据另一个说明性实例，本发明使用基本上刚性的基板或基本上刚性的基板和柔性基板的组合提供光电池或模块。例如，利用基本上刚性的基板，比如回火玻璃板，可以使用如上所述利用了聚合连接剂的低温(＜大约300℃)烧结技术构造DSSCs。可替代的，利用低温烧结技术获得的柔性光电池可设置于一个或多个基本上刚性的基板之上或将其连接于一个或多个基本上的刚性基板之间。也就是说，可将柔性和基本上刚性的基板与上面描述的其它DSSC构成元素连接以形成柔性或基本上刚性的DSSC。合适的基本上刚性的基板是回火玻璃制品SOLARTEX(可从Ajiya SafetyGlass，Johor，Malaysia获得)。通常，基本上刚性的基板是具有和SOLARTEX类似的物理耐久性的材料。当暴露于在上面描述的低温烧结处理的温度范围之外时，材料仅失去了它们的耐久性和其它结构上的期望特性，其也适用于作为基本上刚性的基板。
回火玻璃比未经回火的玻璃对热和机械应力具有更有效的阻抗。染料敏化的二氧化钛光电池在玻璃板上的应用需要使用传统方法的超过400℃的烧结温度。如果玻璃基板包括回火玻璃，用于烧结需要的高温移走来自玻璃板的韧度，并将其转换为通常的玻璃。这导致了一种更容易由于热或机械应力的施加而粉碎的基板。通过光电的应用，基板强度和结构完整性可以是光电池或模块的重要特征。具体的，通过在低温烧结环境中含有基本上刚性的基板可以增强DSSC寿命和耐久力。制造DSSCs的低温范围允许回火玻璃和其它基板应用于本发明的各种实例中。
回过头来参照图6，两个刚性基板可代替如在上面描述的基板609和612以形成光电池600。防反射涂层可以涂覆于刚性基板以增加它们透过辐射的能力。可替代的，可在聚合连接剂的存在下用二氧化钛悬浮液涂覆回火玻璃。优选低于大约150℃的温度完成烧结。该低温范围便利于使用广泛类型的基本上刚性的基板，其还可以在高温经历物理和化学变化，这将减小许多基板的固有材料强度。
在随后添加敏化染料和电解质于烧结二氧化钛之后，将负载辅助电极(例如，非常薄的铂涂层)的第二回火玻璃板层压至第一基板，这样形成完整的光电池或模块。依据本发明，利用一个刚性基板以及一个柔性基板可以形成光电池600。在各种实例中，基本上刚性的基板是大约3mm厚或比3mm薄。在其它实例中，刚性基板的厚度范围可以从大约3mm到大约0.5英寸。
图13描述了另一个说明性实例，其中来自图6的光电池600夹在两个基本上刚性的基板1500和1504之间以形成刚性光电池1508。参照图6在上面详细描述了剩余层。利用该方法增加在图6中给出的光电池600的整体耐久性。例如，使用回火玻璃的防震和阻气性和高速度、低成本、连续辊轧生产工序的组合产生了独特的光电系统，其适于户外的使用。在进一步的说明性实例中，依据本发明，将二氧化钛的悬浮液涂覆于塑料基板之上，并通过加热(＜大约150℃)在聚合连接剂的存在下，以低温对其进行烧结。通过标准的涂覆技术连续添加敏化染料和电解质，并将在柔性塑料基板上的在惰性金属的涂层之上的包括非常薄的铂涂层的辅助电极层压至第一电极，从而制得光电池或模块。然后在两个回火玻璃板之间或在回火玻璃上板和另一种材料的第二支撑板之间层压柔性电池或模块。
在层压步骤中，以塑料为基础的PV模块/回火玻璃组合表明了其另一个优点。典型的，通过应用真空，同时将两种材料挤压在一起完成结晶二氧化硅电池和回火玻璃的层压。在上面描述的说明性实例中，通过使用层压滚轴将粘合剂施加于玻璃底板之上，可以大气压力和室温(或提高的温度)实施至柔性光电池或模块在回火玻璃上板的层压，而不需要真空。在层压步骤过程中或在层压步骤之后完成粘合剂的热设置或光固化。这样，基本上刚性的基板对存在的DSSCs既可以提供结构增强又可以提供制备增强。
H.用于构成DSSCs的划线方法在另一个说明性实例中，本发明提供如在图7中给出使用连续生产工序制备柔性光电池和模块时减小来自碎片的电池污染的可能性的方法。图20A描述了用于光电池或模块的基板材料1510，其中基板材料1510形成为材料的薄片或条带状，该材料包括聚合体基板1515和导电层1520。加热触针1530在聚合基板1515和导电层1520上划线，以分离导电层1520至一定的深度、熔融基板1515的聚合材料，划线以一定的深度打断了其他连续导电层1520的电连续性，当聚合基板1515冷却时，包裹来自传导层1520上加热触针1530的痕迹中的任何碎片。涂覆和俘获聚合基板1515熔体中的导电碎片，以阻止这些碎片影响光电池或模块的性能。导电层1520可以是半导电性的。
依据一个说明性实例，通过固定支撑系统将加热触针1530(其可以是烙铁尖端或加热的刮刀片)保持于适当的位置。例如，参照图7和20A，可以定位加热触针1530以在沉积敏化的毫微微粒材料715之前接触推进基板705。优选地，如图20B所示，通过监控如在图20B中示出的加热触针1530的温度和几何参数，可以测定从加热触针1530到推进基板705的距离、推进基板705上加热触针1530的压力以及推进基板705推进的速率、划线标记1540的宽度和深度。
如上面给出的，合适的聚合基板材料1515包括例如PET、聚萘二甲酸丙二醇酯(Polyacrylonaphthalates)、聚酰亚胺、PEN、聚合烃、纤维素以及其组合。导电层1520材料包括但不限于如上面所述的ITO和比如聚苯胺和苯胺的导电聚合物。在各种说明性实例中，导电层1520可以在大约0.5微米和大约5微米之间厚。优选地，导电层1520在大约0.5微米和大约1微米之间厚。此外，根据本发明，用该方法划线的导电层1520可以包括敏化的毫微基质层。
I.用于获得DSSCs的导线相互连接在另一个说明性实例中，本发明提供利用导线相互连接而相互连接光电池(例如并联、串联或二者结合)以形成光电模块的方法，如图7所示，该方法是连续生产工序的一部分。图21描述了适用于利用导线相互连接形成光电池或模块的基础材料1550。基础材料1550包括均根据本发明的聚合基板1555和导电层1560。使用光导电层1565(例如光电敏化的相互连接的毫微微粒层)涂覆基础材料1550的一部分。将一条热熔粘合剂1570的附在导电层1560上，并将导线1575设置于热熔粘合剂1570的条之上。
图22A和22B描述了利用导线相互连接形成的光电模块的说明性实例。如上面所述，第一基础材料1600包括聚合基板1610和导电层1620。如上面所述，加热触针在基础材料1600中形成划线标记1630，从而使可以在单一基础材料1600之上形成多个分立的光电池。使用上面关于图7和18详细给出的方法和结构以在基础材料1600之上完成光电池。然后将一条热熔粘合剂1640附在导电层1620上，并将导线1650设置于热熔粘合剂1640的条之上。
参照图22b，通过在第一基础材料之上设置第二基础材料1670以完成光电模块1660，所述第二基础材料1670包括聚合基板1610、导电层1620、划线标记1630和一条热熔粘合剂1640。在热和压力下将光电模块1660层压至一起以完成结构。在合适的处理条件下，导线1640通过熔融粘合剂1630的路径，这样获得与导电层1620的电接触。在冷却之后，粘合剂1630凝固，从而将导线1650限制在适当的位置。这导致有效和导电性连接。
在一个说明性实例中，使用铝条实施热层压步骤，该铝条被机加工成合适的尺寸以匹配粘合条的尺寸。排列的薄片设置于热层压机中并以适度的压力用10秒钟将其挤压在一起。然后移动光电模块1660以利用挤压和下一个粘合条排成一条直线，并重复处理以用于每个粘合条直至完成光电模块1660。使用相同的粘合和层压步骤(不使用导线相互连接)用于光电模块的侧面密封。
在图22A和22B描述的实例用于构造工作用三条带光电模块。在一个实例中，将N3染色的二氧化钛毫微微粒的条带涂覆于ITO涂覆的聚酯基板之上。在ITO中获得划线标记以打断电池之间的电连续性。也在良好的聚酯基板上的铂/钛辅助电极的导电涂层中的合适位置处获得划线标记。使用的粘合剂是2.5mm厚的THERMO-BOND615粘合剂(可从3M公司获得)。THERMO-BOND615粘合剂是作为离型纸上的涂覆膜提供的以聚酯为基础的热熔粘合剂。以120℃的热压机通过简易周期将THERMO-BOND615粘合剂的条带预粘附于铂薄片之上。移走离型纸，并将一股3mm的316不锈钢线轻轻的挤压进入电池之间的暴露粘合条带中。
导线1575和1650是电导体，并且优选的是金属电导体。合适的导线材料包括但不限于铜、银、金、铂、镍、钯、铁和其合金。在另一个说明性实例中，使用超过一条的导线用于每个相互连接。此外，尽管在图22A和22B中描述的导线具有基本上为圆形的横截面，但导线的横截面形状不受基本上为圆形的横截面的限制。导线的其他合适的横截面形状包括那些基本上为正方形、矩形、椭圆形、三角形、梯形、多边形、弧形以及甚至为不规则形状的形状。此外，导线可以是单股导线或多股导线(例如多个捻合在一起的线)。
热熔粘合剂1570和1640不限THERMO-BOND粘合剂615。也可以使用热活化的其他热熔粘合剂(例如可从DuPont获得的BYNEL粘合剂)作为条带或薄膜。导线1575和1650可以使用粘合剂1570和1640涂覆，在粘合剂1570和1640之下涂覆，在粘合剂1570和1640之上涂覆，或在粘合剂1570和1640的条带中预先嵌入。此外，可以使用固化粘合剂(例如环氧化物)。优选地，当使用固化粘合剂时，在固化周期中将相互连接区域保持为期望的最后构形。
导线相互连接相对于排列通常具有很高的耐受性。此外，通过非导电粘合剂保护可提供相互连接的导线。结果，如果出现较小的未对准以及粘合桥被划线，将不会产生电短路。导线相互连接也有利于电池之间的缝隙的减少，这典型的将导致较高的整体光电模块效率。
J.具有金属箔的DSSCs依据另一个说明性实例，通过在柔性金属箔上首先形成相互连接的毫微微粒层，然后将其层压至柔性基板的传统方法(也就是温度＞400℃)形成柔性光电模块。在低温(温度＜大约300℃)下也可以相互连接毫微微粒层。在任一温度范围中，可以使用比如连续辊轧处理的连续处理。图23描述了包括金属箔1704的光电模块1700。更具体，使用第一粘合剂1712将金属箔1704层压至第一柔性基板1708。利用加热触针在金属箔1704中形成的划线标记1716打断了金属箔1704的电连续性，这样能使多个光电池形成于单一基板之上。依据本发明，将光敏毫微微粒材料1720设置于金属箔1704之上。依据说明性实例，光电模块1700包括嵌入第二粘合层1728中的导线相互连接，以形成在金属箔1704和铂涂覆1732辅助电极1733之间的电连接。光电模块1700也包括电荷载体材料1736和涂覆于第二基板1744之上的导电层1740。金属箔1704可以是任何合适的导电金属，比如钛、铜、银、金、铂、镍、钯、铁以及其合金。用于粘合层1728的合适的材料包括在上面描述的BYNEL和THERMO-BOND。也可以使用热塑性塑料和热固性塑料作为粘合层。依据说明性实例，辅助电极1733包括具有图形的半导体、粘合层和导线相互连接，其全部形成柔性、透明基板。
依据说明性实例并使用上面描述的方法，以连续、间歇或形成图案的形式将毫微微粒层涂覆于金属箔1704之上。以低温或高温烧结毫微微粒层。然后对金属箔1704划线以打断电连续性。依据本发明，将分离的金属箔1704条层压至非导电性的基板1708。可将敏化染料和/或共-敏化剂涂覆至毫微微粒层以完成光敏化的毫微微粒材料1720。将电荷载体材料1736涂覆于光敏化的毫微微粒材料1720之上，并添加粘合层1728和导线相互连接1724以耦合金属箔1704至辅助电极1733。层压以导电层涂覆的第二柔性基板以完成光电模块。
在优选实例中，金属箔1704是钛，光敏化毫微微粒材料1720包括烧结的二氧化钛，导电层1740是ITO，并且第二基板1744是PET。利用连续的生产工序，比如在图7中描述的处理，可以构造光电模块。这种处理(例如连续辊轧处理)包括步骤(1)连续、间歇或以形成图案的形式(例如不连续部分)在金属箔之上涂覆钛的分散液；(2)接着，高温式低温烧结二氧化钛涂覆的金属箔；(3)接着，二氧化钛涂层的敏化(4)将金属箔剪成(例如在下面更加详细描述的超声波切割技术)条带；(5)以有限间隔分离条带或带子，这通过使用连续定位的一系列导引辊或通过在一个成型辊上简单传送该切开的条带而实现，该成形辊以一有限的距离提供条带的横向分布和分离；以及(6)层压条带至第一柔性基板。可将电解质、辅助电极和包括导电层的第二基板层压至金属箔涂覆的第一基板以完成光电池或模块。
图24描述了依据另一个说明性实例的金属箔光电模块1800，该光电模块1800包括夹在一起的两个光电模块1804和1808，这样通过两个表面接收辐射1812。利用连续的生产工序可以形成光电模块1800。依据说明性实例，金属箔1816包括设置于两个表面之上的光敏毫微微粒材料1820。对金属箔1816划线(以1824表示)以打断电连续性，并在金属箔1816和两个柔性基板1844和1848之间设置电解质1828、粘合层1832、导线相互连接1836和铂涂覆1840辅助电极1841，这样完成两个光电模块。依据一个说明性实例，在柔性基板1844和1848之上设置导电层1852。在优选实例中，金属箔1816是钛、光敏毫微微粒材料1820包括烧结的二氧化钛，导电层1852是ITO，并且两个柔性基板1844和1848是PET。
K.超声波焊接依据另一个说明性实例，在比如在图7中描述的连续生产工序过程中当它前进时，超声波切割装置用于切割柔性光电模块的前缘和后缘。例如，在将第二柔性基板735附于推进基板薄片705之后，可以平移切割装置740横越光电池或模块的推进薄片。在一个说明性实例中，光电池或模块包括以光敏毫微基质材料涂覆的金属箔。
超声波切割装置740可以是Branson Model FS-90。优选地，将FS-90设置为50％的振幅，50-60PSI的压力，5-10的速度和90°的基准面规格。装置740产生熔化光电池或模块的摩擦，这样同时切割和密封材料。这防止了电解质的泄漏并将空气排除防止穿透光电池或模块。此外，处理打断涂覆于基板上的导电层。
L.以金属涂覆的导线相互连接在另一个说明性实例中，本发明提供以具有低熔融温度的金属或金属合金涂覆导线相互连接的方法。在层压处理过程中熔融金属或金属合金，提供在两个接合基板之间的更均一的接触。改进的接触增强了机械粘合和电连接。图25描述了具有低熔融温度的金属的环绕层1902涂覆的导线1901的横截面。依据一个说明性实例，用涂覆的导线替代在图21、22和23中示出的未涂覆的导线。
图26描述了包括金属箔2004的示例性的光电模块2000。更具体的，利用第一粘合剂2012将金属箔2004层压至第一柔性基板2008。利用加热触针在金属箔2004中形成划线标记2016以打断金属箔2004的电连续性，这样能使多个光电池形成于单一基板之上。依据本发明，将光敏毫微微粒材料2020设置于金属箔2004之上。依据说明性实例，光电模块2000包括嵌入第二粘合层2028的导线相互连接2024以形成在金属箔2004和以铂2032涂覆的辅助电极2033之间的电连接。使用低熔融温度金属2034涂覆导线2024。在层压过程中，金属2034熔融并流动，这样形成与金属箔2004以及辅助电极2033更加均一的接触。光电模块2000也包括电荷载体材料2036和涂覆于第二基板2044之上的导电层2040。
如上所述，导线2024可以是铜、钛、不锈钢或其他合适的导线。在优选实例中，导线是3mil的铜线，并使用铋-锡的共熔混合物对其进行涂覆。铋-锡的熔融温度是138℃。将BYNEL粘合剂(乙烯顺丁烯二酐)的薄片设置于金属箔和辅助电极之间。粘合剂的熔融温度是126℃。使用ITO导电层然后将粘合剂和涂覆导线热层压(以大约150℃温度的热条层压装置)于两个PET基板之间。合适的金属具有范围在大约50℃到大约250℃之间范围的熔融温度。优选地，熔融温度在大约75℃到大约180℃之间的范围中，且粘合剂在比金属涂层低的温度熔融。
参照说明性实例具体示出和描述了本发明的同时，可以理解，只要不脱离通过附加权利要求限定的本发明的精神和范围可以实施各种形式和细节的变化。通过实施例，可以将揭示的特征与其他任何揭示的特征相结合以形成光电池或模块。
权利要求
1.一种用于在光电模块内部连接多个光电池的方法，该方法包括步骤提供第一基础材料，该基础材料包括具有第一导电层的基板；在该第一导电层上设置光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料；提供导线；以及将包括具有第二导电层的基板的第二基础材料连接至第一基础材料，从而使第一和第二导电层与导线电连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种是被划线的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒。
4.根据权利要求1所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸基本上在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
5.根据权利要求1所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化钽、氧化铽、氧化锡以及它们的组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
7.根据权利要求1所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
8.根据权利要求1所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
10.根据权利要求1所述的方法，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
11.根据权利要求1所述的方法，其中电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
12.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
13.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种是有效光透射的。
14.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种是柔性的。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在第一和第二基础材料之间设置的催化介质层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中催化介质层包含铂。
17.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二导电层中的至少一种包含氧化铟锡。
18.根据权利要求1所述的方法，其中导线是导电的。
19.根据权利要求1所述的方法，其中导线包含第一金属。
20.根据权利要求19所述的方法，其中第一金属包含不锈钢。
21.根据权利要求19所述的方法，其中第一金属包含铜。
22.根据权利要求19所述的方法，其中第一金属包含钛。
23.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在第一和第二基础材料之间设置多个导线。
24.根据权利要求1所述的方法，其中连接步骤包括通过在第一和第二导电层之间设置粘合层来层压第一和第二导电层，从而在层压之后，导线嵌入该粘合层中。
25.根据权利要求24所述的方法，其中粘合层包含热熔粘合剂。
26.根据权利要求24所述的方法，其中粘合层包含聚酯材料。
27.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在连接之前使用粘合剂涂覆导线。
28.根据权利要求24所述的方法，其中粘合层包含环氧树脂。
29.根据权利要求24所述的方法，进一步包含固化粘合层。
30.根据权利要求24所述的方法，其中粘合层包含热塑性塑料。
31.根据权利要求24所述的方法，其中粘合层包含热固性塑料。
32.根据权利要求24所述的方法，其中粘合层包含乙烯顺丁烯二酐共聚物。
33.根据权利要求1所述的方法，其中导线包含第二金属的涂层。
34.根据权利要求28所述的方法，其中第二金属具有范围在大约50℃到大约250℃的熔融温度。
35.根据权利要求28所述的方法，其中第二金属具有范围在大约75℃到大约180℃的熔融温度。
36.根据权利要求33所述的方法，进一步包括在连接步骤之前使用粘合剂涂覆以金属涂覆的导线。
37.根据权利要求36所述的方法，其中粘合剂具有比第二金属低的熔融温度。
38.根据权利要求33所述的方法，其中第二金属包含铋。
39.根据权利要求33所述的方法，其中第二金属包含锡。
40.一种光电模块，包括第一基础材料，该基础材料包括具有第一导电层的基板；设置于第一导电层上的光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料；导线；以及第二基础材料，该第二基础材料包括具有第二导电层的基板，第二基础材料连接至第一基础材料，从而使第一和第二导电层与导线电连接。
41.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一和第二基础材料中的至少一种是被划线的。
42.根据权利要求40所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒。
43.根据权利要求40所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸基本上在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
44.根据权利要求40所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化铽、氧化钽以及其组合。
45.根据权利要求40所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
46.根据权利要求40所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
47.根据权利要求40所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
48.根据权利要求40所述的光电模块，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
49.根据权利要求40所述的光电模块，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
50.根据权利要求40所述的光电模块，其中电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
51.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一和第二基础材料中的至少一种包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
52.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一和第二基础材料中的至少一种是有效光透射的。
53.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一和第二基础材料中的至少一种是柔性的。
54.根据权利要求40所述的光电模块，进一步包括在第一和第二基础材料之间设置的催化介质层。
55.根据权利要求54所述的光电模块，其中催化介质层包含铂。
56.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一和第二导电层中的至少一种包含氧化铟锡。
57.根据权利要求40所述的光电模块，其中导线是导电的。
58.根据权利要求40所述的光电模块，其中导线包含第一金属。
59.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一金属包含不锈钢。
60.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一金属包含钛。
61.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一金属包含铜。
62.根据权利要求40所述的光电模块，进一步包括在第一和第二导电层之间设置的粘合层，从而使导线嵌入该粘合层中。
63.根据权利要求62所述的光电模块，其中粘合层包含热熔粘合剂。
64.根据权利要求62所述的光电模块，其中粘合层包含聚酯材料。
65.根据权利要求62所述的光电模块，其中粘合层包含环氧树脂。
66.根据权利要求62所述的光电模块，其中粘合层包含热塑性塑料。
67.根据权利要求62所述的光电模块，其中粘合层包含热固性塑料。
68.根据权利要求62所述的光电模块，其中粘合层包含乙烯顺丁烯二酐共聚物。
69.根据权利要求40所述的光电模块，其中导线包含第二金属的涂层。
70.根据权利要求69所述的光电模块，其中第二金属具有范围在大约50℃到大约250℃的熔融温度。
71.根据权利要求69所述的光电模块，其中第二金属具有范围在大约75℃到大约180℃的熔融温度。
72.根据权利要求69所述的光电模块，其中在连接步骤之前使用粘合剂涂覆以金属涂覆的导线。
73.根据权利要求72所述的光电模块，其中粘合剂具有比第二金属低的熔融温度。
74.根据权利要求69所述的光电模块，其中第二金属包含铋。
75.根据权利要求69所述的光电模块，其中第二金属包含锡。
76.根据权利要求40所述的光电模块，其中第一和第二基础材料中的至少一种包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
77.一种划线方法，包括步骤提供第一涂覆的基础材料；以及以充分提高的温度对第一涂覆的基础材料的涂层进行划线，以分离涂层并熔融第一基础材料的至少一部分。
78.根据权利要求77所述的方法，其中涂层的分离和第一基础材料的熔融中断了第一基础材料的涂层的电连续性。
79.根据权利要求77所述的方法，其中使用加热的触针实施划线步骤。
80.根据权利要求77所述的方法，其中使用烙铁尖端实施划线步骤。
81.根据权利要求77所述的方法，其中划线步骤是机械地实施的。
82.根据权利要求77所述的方法，进一步包括将光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料涂覆至第一基础材料的涂层。
83.根据权利要求82所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒。
84.根据权利要求82所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
85.根据权利要求82所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化铽、氧化钽、氧化锡以及其组合。
86.根据权利要求82所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
87.根据权利要求82所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
88.根据权利要求82所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
89.根据权利要求82所述的方法，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
90.根据权利要求82所述的方法，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
91.根据权利要求82所述的方法，其中电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
92.根据权利要求77所述的方法，其中第一基础材料的涂层包含导电层。
93.根据权利要求77所述的方法，其中第一基础材料的涂层包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
94.根据权利要求77所述的方法，其中第一基础材料是有效光透射的。
95.根据权利要求77所述的方法，其中第一基础材料是柔性的。
96.根据权利要求77所述的方法，其中第一基础材料的涂层包含氧化铟锡。
97.一种形成光电模块的方法，该方法包括步骤提供第一涂覆的基础材料；以充分提高的温度对第一涂覆的基础材料的涂层进行划线，以分离涂层并熔融第一基础材料的至少一部分；提供第二涂覆的基础材料；以及以充分提高的温度对第二涂覆的基础材料的涂层进行划线，以分离涂层并熔融第二基础材料的至少一部分；以及连接第一和第二涂覆的基础材料以形成光电模块。
98.根据权利要求97所述的方法，其中实施连接从而使第一和第二基础材料的涂层夹在第一和第二基础材料之间，并且第一和第二基础材料彼此电连接。
99.根据权利要求97所述的方法，其中第一涂覆的基础材料的熔融中断了第一基础材料的涂层的电连续性。
100.根据权利要求97所述的方法，其中第二涂覆的基础材料的熔融中断了第二基础材料的涂层的电连续性。
101.根据权利要求97所述的方法，其中连接步骤包括层压。
102.根据权利要求97所述的方法，其中当连接时，第一和第二涂覆的基础材料的划线基本上成一条直线。
103.根据权利要求97所述的方法，其中使用加热的触针实施划线步骤。
104.根据权利要求97所述的方法，其中使用烙铁尖端实施划线步骤。
105.根据权利要求97所述的方法，其中划线步骤是机械地实施的。
106.根据权利要求97所述的方法，进一步包括在第一和第二基础材料的涂层之间设置光敏相互连接的毫微微粒材料和电荷载体材料。
107.根据权利要求106所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒。
108.根据权利要求106所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
109.根据权利要求106所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化铽、氧化钽、氧化锡以及其组合。
110.根据权利要求106所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
111.根据权利要求106所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
112.根据权利要求106所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
113.根据权利要求106所述的方法，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
114.根据权利要求106所述的方法，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
115.根据权利要求106所述的方法，其中电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
116.根据权利要求97所述的方法，其中第一和第二基础材料的涂层包含导电材料。
117.根据权利要求97所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
118.根据权利要求116所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种是有效光透射的。
119.根据权利要求116所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种是柔性的。
120.根据权利要求116所述的方法，其中导电材料包含氧化铟锡。
121.根据权利要求97所述的方法，进一步包括涂覆催化介质层至第一和第二基础材料的涂层中的至少一个。
122.根据权利要求121所述的方法，其中催化介质层包含铂。
123.根据权利要求97所述的方法，其中第一和第二基础材料中的至少一种包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
124.根据权利要求77所述的方法，其中第一基础材料包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
125.一种用于形成光电池的方法，该方法包括步骤提供金属箔；涂覆毫微微粒材料至该金属箔；加热该毫微微粒材料以形成相互连接的毫微微粒材料；以及在第一和第二柔性基板之间设置以毫微微粒材料涂覆的金属箔。
126.根据权利要求125所述的方法，进一步包括步骤在金属箔和第一柔性基板之间设置导电层；提供导线；以及连接第一和第二柔性基板，从而使导电层和金属箔与导线电接触。
127.根据权利要求126所述的方法，其中连接步骤包括通过在第一和第二导电层之间设置粘合层来层压第一和第二导电层，从而在层压之后，导线嵌入该粘合层中。
128.根据权利要求125所述的方法，进一步包括使用光敏剂来光敏处理相互连接的毫微微粒材料。
129.根据权利要求125所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
130.根据权利要求125所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化铽、氧化钽以及其组合。
131.根据权利要求128所述的方法，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
132.根据权利要求128所述的方法，其中光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
133.根据权利要求128所述的方法，其中光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
134.根据权利要求125所述的方法，进一步包括在第一和第二柔性基板之间设置电荷载体材料。
135.根据权利要求134所述的方法，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
136.根据权利要求134所述的方法，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
137.根据权利要求125所述的方法，进一步包括在第一和第二柔性基板之间设置催化介质层。
138.根据权利要求137所述的方法，其中催化介质层包含铂。
139.根据权利要求126所述的方法，其中导电层包含氧化铟锡。
140.根据权利要求126所述的方法，其中导线是导电的。
141.根据权利要求126所述的方法，其中导线包含金属。
142.根据权利要求141所述的方法，其中金属包含不锈钢。
143.根据权利要求126所述的方法，进一步包括在第一和第二柔性基板之间设置多个导线。
144.根据权利要求127所述的方法，其中粘合层包含热熔粘合剂。
145.根据权利要求127所述的方法，其中粘合层包含聚酯材料。
146.根据权利要求126所述的方法，进一步包括在层压之前使用粘合剂涂覆导线。
147.根据权利要求127所述的方法，其中粘合层包含环氧树脂。
148.根据权利要求127所述的方法，进一步包含固化粘合层。
149.根据权利要求125所述的方法，其中第一和第二柔性基板中的至少一个是有效光透射的。
150.根据权利要求125所述的方法，其中金属箔包含钛。
151.根据权利要求125所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料是以小于大约300℃的温度使用聚合连接剂相互连接的。
152.根据权利要求125所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料是以小于大约150℃的温度使用聚合连接剂相互连接的。
153.根据权利要求125所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料是以室温使用聚合连接剂相互连接的。
154.一种光电池，包括金属箔；以及在该金属箔之上形成的相互连接的毫微微粒材料，该金属箔和相互连接的毫微微粒材料均设置在第一和第二柔性基板之间。
155.根据权利要求154所述的光电池，进一步包括设置在金属箔和第一柔性基板之间的导电层；以及导线，该导线设置得使导电层和金属箔与该导线电连接。
156.根据权利要求154所述的光电池，其中相互连接的毫微微粒材料包括光敏相互连接的毫微微粒材料。
157.根据权利要求154所述的光电池，其中相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
158.根据权利要求154所述的光电池，其中相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化钽、氧化铽、氧化锡以及其组合。
159.根据权利要求156所述的光电池，其中相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
160.根据权利要求156所述的光电池，其中相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
161.根据权利要求156所述的光电池，其中相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
162.根据权利要求154所述的光电池，进一步包括设置在第一和第二柔性基板之间的电荷载体材料。
163.根据权利要求162所述的光电池，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
164.根据权利要求162所述的光电池，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
165.根据权利要求162所述的光电池，其中电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
166.根据权利要求154所述的光电池，进一步包括在第一和第二基础材料之间设置的催化介质层。
167.根据权利要求166所述的光电池，其中催化介质层包含铂。
168.根据权利要求155所述的光电池，其中第一导电层包含氧化铟锡。
169.根据权利要求155所述的光电池，其中导线是导电的。
170.根据权利要求155所述的光电池，其中导线包含金属。
171.根据权利要求170所述的光电池，其中金属包含不锈钢。
172.根据权利要求170所述的光电池，其中金属包含铂。
173.根据权利要求154所述的光电池，进一步包括设置在第一和第二导电层之间的粘合层，从而使导线嵌入该粘合层中。
174.根据权利要求173所述的光电池，其中粘合层包含热熔粘合剂。
175.根据权利要求173所述的光电池，其中粘合层包含聚酯材料。
176.根据权利要求173所述的光电池，其中粘合层包含环氧树脂。
177.根据权利要求154所述的光电池，其中金属箔包含钛。
178.一种用于形成光电模块的方法，该方法包括步骤提供金属箔；涂覆毫微微粒材料至该金属箔的不连续部分；加热该毫微微粒材料以形成相互连接的毫微微粒材料；切割薄膜以机械分离不连续部分；在第一和第二柔性基板之间设置金属箔的不连续部分以形成光电模块。
179.根据权利要求178所述的方法，其中具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分在第一和第二柔性基板之间选择性地隔开。
180.根据权利要求178所述的方法，其中切割步骤包括将具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分切割成条带。
181.根据权利要求178所述的方法，进一步包括步骤在金属箔的不连续部分和第一柔性基板之间设置导电层；提供导线；以及连接第一和第二柔性基板，从而使导电层和金属箔与导线电连接。
182.根据权利要求181所述的方法，其中连接步骤包括通过在第一和第二导电层之间设置粘合层来层压第一和第二导电层，从而在层压之后，导线嵌入该粘合层中。
183.根据权利要求178所述的方法，进一步包括使用光敏剂来光敏处理相互连接的毫微微粒材料。
184.根据权利要求178所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
185.根据权利要求178所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化铽、氧化钽以及其组合。
186.根据权利要求183所述的方法，其中光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
187.根据权利要求183所述的方法，其中光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
188.根据权利要求183所述的方法，其中光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
189.根据权利要求178所述的方法，进一步包括在第一和第二柔性基板之间设置电荷载体材料。
190.根据权利要求189所述的方法，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
191.根据权利要求189所述的方法，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
192.根据权利要求178所述的方法，进一步包括在第一和第二柔性基板之间设置催化介质层。
193.根据权利要求192所述的方法，其中催化介质层包含铂。
194.根据权利要求178所述的方法，其中导电层包含氧化铟锡。
195.根据权利要求181所述的方法，其中导线是导电的。
196.根据权利要求181所述的方法，其中导线包含金属。
197.根据权利要求196所述的方法，其中金属包含不锈钢。
198.根据权利要求181所述的方法，进一步包括在第一和第二柔性基板之间设置多个导线。
199.根据权利要求182所述的方法，其中粘合层包含热熔粘合剂。
200.根据权利要求182所述的方法，其中粘合层包含聚酯材料。
201.根据权利要求181所述的方法，进一步包括在层压之前使用粘合剂涂覆导线。
202.根据权利要求182所述的方法，其中粘合层包含环氧树脂。
203.根据权利要求182所述的方法，进一步包含固化粘合层。
204.根据权利要求178所述的方法，其中第一和第二柔性基板中的至少一个是有效光透射的。
205.根据权利要求178所述的方法，其中金属箔包含钛。
206.根据权利要求178所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料是以小于大约300℃的温度使用聚合连接剂相互连接的。
207.根据权利要求178所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料是以小于大约150℃的温度使用聚合连接剂相互连接的。
208.根据权利要求178所述的方法，其中相互连接的毫微微粒材料是以室温使用聚合连接剂相互连接的。
209.一种光电模块，包括第一和第二柔性基板；金属箔的多个不连续部分；以及在金属箔的每个不连续部分之上形成的相互连接的毫微微粒材料，具有相互连接毫微微粒材料的金属箔的每个不连续部分设置在第一和第二柔性基板之间，以形成光电模块。
210.根据权利要求209所述的光电模块，其中具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分在第一和第二柔性基板之间选择性地隔开。
211.根据权利要求209所述的光电模块，其中具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分的形状形成为条带状。
212.根据权利要求209所述的光电模块，进一步包括在金属箔和第一柔性基板之间设置的导电层；和导线，该导线设置得使导电层和金属箔与导线电连接。
213.根据权利要求209所述的光电模块，其中相互连接的毫微微粒材料包括光敏相互连接的毫微微粒材料。
214.根据权利要求209所述的光电模块，其中相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
215.根据权利要求209所述的光电模块，其中相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化钽、氧化铽、氧化锡以及其组合。
216.根据权利要求213所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
217.根据权利要求213所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
218.根据权利要求213所述的光电模块，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
219.根据权利要求209所述的光电模块，进一步包括设置在第一和第二柔性基板之间的电荷载体材料。
220.根据权利要求219所述的光电模块，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
221.根据权利要求219所述的光电模块，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
222.根据权利要求219所述的光电模块，其中电荷载体材料透射至少大约60％的入射可见光。
223.根据权利要求209所述的光电模块，进一步包括设置在第一和第二基础材料之间的催化介质层。
224.根据权利要求223所述的光电模块，其中催化介质层包含铂。
225.根据权利要求212所述的光电模块，其中导电层包含氧化铟锡。
226.根据权利要求212所述的光电模块，其中导线是导电的。
227.根据权利要求212所述的光电模块，其中导线包含金属。
228.根据权利要求103所述的光电模块，其中金属包含不锈钢。
229.根据权利要求103所述的光电模块，其中金属包含铂。
230.根据权利要求212所述的光电模块，进一步包括设置在第一和第二导电层之间的粘合层，从而使导线嵌入该粘合层中。
231.根据权利要求230所述的光电模块，其中粘合层包含热熔粘合剂。
232.根据权利要求230所述的光电模块，其中粘合层包含聚酯材料。
233.根据权利要求230所述的光电模块，其中粘合层包含环氧树脂。
234.根据权利要求209所述的光电模块，其中金属箔包含钛。
235.根据权利要求209所述的光电模块，其中第一和第二柔性基板中的至少一个包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
236.根据权利要求209所述的光电模块，其中第一和第二柔性基板中的至少一个包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
237.一种光电模块，其通过两个侧面能够接收电磁辐射，该光电模块包括金属箔的多个不连续部分，每个不连续部分具有第一和第二表面；涂覆至每个第一和第二表面的相互连接的毫微微粒材料；第一柔性基板，其设置在位于金属箔的每个不连续部分的第一表面上的相互连接的毫微微粒材料上；以及第二柔性基板，其设置在位于金属箔的每个不连续部分的第二表面上的相互连接的毫微微粒材料上，以形成光电模块。
238.根据权利要求237所述的光电模块，其中具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分在第一和第二柔性基板之间选择性地隔开。
239.根据权利要求237所述的光电模块，其中具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分的形状形成为条带状。
240.根据权利要求237所述的光电模块，进一步包括设置于不连续部分的第一表面和第一柔性基板之间的第一导电层；以及第一导线，该第一导线设置得使第一导电层和不连续部分的第一表面与第一导线电连接。
241.根据权利要求240所述的光电模块，进一步包括设置于不连续部分的第二表面和第二柔性基板之间的第二导电层；以及第二导线，该第二导线设置得使第二导电层和不连续部分的第二表面与第一导线电连接。
242.根据权利要求237所述的光电模块，其中第一和第二柔性基板中的至少一个包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
243.根据权利要求237所述的光电模块，其中第一和第二柔性基板中的至少一个包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
244.一种形成通过两个侧面能够接收电磁辐射的光电模块的方法，该方法包括提供金属箔的多个不连续部分，每个不连续部分具有第一和第二表面；将相互连接的毫微微粒材料施加至每个第一和第二基板；在金属箔的每个不连续部分的第一表面之上设置的相互连接的毫微微粒材料之上设置第一柔性基板；以及在金属箔的每个不连续部分的第二表面之上设置的相互连接的毫微微粒材料之上设置第二柔性基板，以形成光电模块。
245.根据权利要求244所述的方法，包括使具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分在第一和第二柔性基板之间选择性地隔开。
246.根据权利要求244所述的方法，其中具有毫微微粒材料的金属箔的不连续部分的形状形成为条带状。
247.根据权利要求244所述的方法，进一步包括在不连续部分的第一表面和第一柔性基板之间设置第一导电层；以及设置第一导线，从而使第一导电层和不连续部分的第一表面与第一导线电连接。
248.根据权利要求244所述的方法，其中第一和第二柔性基板中的至少一个包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
249.根据权利要求244所述的方法，其中第一和第二柔性基板中的至少一个包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
250.一种光电池，包含电荷载体材料和光敏相互连接的毫微微粒材料，该光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒，二者都设置于第一和第二刚性的有效光透射基板之间。
251.根据权利要求250所述的光电池，其中电荷载体材料和光敏相互连接的毫微微粒材料设置在第一和第二柔性的有效光透射基板之间，该第一和第二柔性的有效光透射基板都设置在第一和第二刚性的有效光透射基板之间。
252.根据权利要求250所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸基本上在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
253.根据权利要求250所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽、氧化铽以及其组合。
254.根据权利要求250所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
255.根据权利要求250所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
256.根据权利要求250所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
257.根据权利要求250所述的光电池，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
258.根据权利要求250所述的光电池，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
259.根据权利要求251所述的光电池，其中第一和第二柔性的有效光透射基板中的至少一个包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
260.根据权利要求250所述的光电池，其中第一和第二刚性的有效光透射基板中的至少一个包含回火玻璃。
261.根据权利要求250所述的光电池，进一步包括设在第一和第二刚性的有效光透射基板之间的催化介质层。
262.根据权利要求261所述的光电池，其中催化介质层包含铂。
263.根据权利要求250所述的光电池，进一步包括涂覆在第一和第二刚性的有效光透射基板中的至少一个上的导电材料。
264.根据权利要求263所述的光电池，其中导电材料包含氧化铟锡。
265.根据权利要求251所述的光电池，其中第一和第二柔性的有效光透射基板中的至少一个包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
266.一种光电池，包含电荷载体材料和光敏相互连接的毫微微粒材料，该光敏相互连接的毫微微粒材料包括通过聚合体连接剂连接的毫微微粒，二者都设置于刚性的有效光透射基板和柔性的有效光透射基板之间。
267.根据权利要求266所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包括具有平均尺寸基本上在大约5nm到大约80nm范围的微粒。
268.根据权利要求266所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽、氧化铽以及其组合。
269.根据权利要求266所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含选自黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料和吡咯的分子。
270.根据权利要求266所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含从二价和三价金属中选择出的金属离子。
271.根据权利要求266所述的光电池，其中光敏相互连接的毫微微粒材料包含光敏剂，该光敏剂包含钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物以及铁过渡金属络合物中的至少一种。
272.根据权利要求266所述的光电池，其中电荷载体材料包含氧化还原电解质系统。
273.根据权利要求266所述的光电池，其中电荷载体材料包含聚合体电解质。
274.根据权利要求266所述的光电池，其中柔性有效光透射基板包含聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。
275.根据权利要求266所述的光电池，其中刚性有效光透射基板包含回火玻璃。
276.根据权利要求266所述的光电池，其中柔性有效光透射基板包含聚萘二甲酸乙二醇酯材料。
277.以低温在刚性基板之上使毫微微粒相互连接的方法，该方法包括步骤提供刚性基板；涂覆包含聚合体连接剂和溶剂的溶液至该刚性基板；以及以低于300℃的温度使用溶液接触多个金属氧化物毫微微粒以使多个金属氧化物毫微微粒的至少一部分相互连接。
278.根据权利要求277所述的方法，其中温度低于大约200℃。
279.根据权利要求277所述的方法，其中温度低于大约100℃。
280.根据权利要求277所述的方法，其中温度为大约室温。
281.根据权利要求277所述的方法，其中聚合体连接剂包含长链大分子。
282.根据权利要求281所述的方法，其中长链大分子包含基本上与多个金属氧化物毫微微粒的化学结构类似的骨架结构；以及化学连接至骨架结构的一个或多个反应基。
283.根据权利要求277所述的方法，其中多个金属氧化物毫微微粒包含化学结构MxOy，其中x和y是整数。
284.根据权利要求283所述的方法，其中M包含Ti、Zr、Sn、W、Nb、Ta和Tb中的一种。
285.根据权利要求277所述的方法，其中聚合体连接剂包含聚(钛酸正丁酯)。
286.根据权利要求277所述的方法，其中溶液的溶剂包含正丁醇。
287.根据权利要求277所述的方法，其中刚性基板是有效光透射性的。
288.根据权利要求277所述的方法，其中刚性基板包含回火玻璃。
289.根据权利要求277所述的方法，其中多个金属氧化物毫微微粒选自氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽、氧化铽以及其组合。
290.一种制备光电模块的方法，该方法包括步骤推进多个光电池；以及超声波分离多个光电池的子集成一个或多个光电模块。
291.根据权利要求290所述的方法，其中分离步骤包括基本上和同时切割和密封光电池的子集成一个或多个光电模块。
292.根据权利要求290所述的方法，其中多个光电池包含光电池的基本上连续的柔性薄片。
293.根据权利要求290所述的方法，其中推进步骤作为连续生产工序的一部分实施。
294.根据权利要求293所述的方法，其中连续生产工序包括以辊轴为基础的处理。
295.根据权利要求290所述的方法，其中多个光电池是柔性的。
296.根据权利要求291所述的方法，其中切割和密封形成一个或多个光电模块的最接近部分上的前缘。
297.根据权利要求291所述的方法，其中切割和密封形成一个或多个光电模块的最远端上的后缘。
全文摘要
本发明描述了形成光电池和模块的材料、结构和方法。具体的，在一个实例中，本发明提供了导线以使电池或模块的导电层相互连接。以高温或低温可以在金属箔上烧结光敏层以形成柔性光电池或模块。此外，可在刚性基板上形成光电池或模块以增长电池或模块的寿命和耐久力。通过分离聚合体基板上的导电涂层和熔融聚合体基板的至少一部分可以形成不连续的光电池或模块，这样当分离导电层时就包裹了所形成的任何碎片。此外，本发明描述了利用超声波切割装置来切割和密封光电池和模块的边缘的方法。
文档编号H01L25/04GK1643705SQ03806767
公开日2005年7月20日 申请日期2003年1月24日 优先权日2002年1月25日
发明者罗素·A·高迪亚那, 利安·李, 罗伯特·埃克特, 艾伦·蒙特洛, 埃德蒙·蒙特洛, 詹姆斯·瑞安, 比尔·贝肯博 申请人:科纳卡科技有限公司