专利名称：染料敏化太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池，特别是涉及一种染料敏化太阳能电池。
技术背景随着消耗性能源的耗竭危机以及全球环保意识的高涨，有效利用各种 再生能源已成为现今极为重要的课题。由于太阳能是为生活中最显而易见 的再生能源之一，因此，太阳能电池技术也成为现今业者发展重点之一。依太阳能电池的种类则可分为^f圭晶圆式太阳能电池(silicon wafer-based solar cells )、薄膜式太阳能电池(thin-film solar cell)及染料敏化 太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC )。其中，染料敏化太阳 能电池由于具有成本低、制程容易及可挠屈等特性，也逐渐成为市场主流 之一。请参阅图1所示，现有习知的染料敏化太阳能电池1包含一第一电极 基板ll、 一反应积层12及一第二电极基板13，其中反应积层12设置于第 一电极基板11及第二电极基板13之间。第一电极基板11具有一第一基板 lll，其上依序设置一第一电极层112及一金属层113。而反应积层12则包 含一电解质层121、 一染料层122及一金属氧化物层123,且三者依序设置 于金属层113之上。第二电极基板13则包含一第二电极层131及一第二基 板132，两者依序设置于金属氧化物层123之上。当光线L入射至染料敏化太阳能电池1后，染料层122中的染料会吸 收光线L并产生电子，电子经由金属氧化物层123作为导电层，并藉第二 电极层131作为阴极将电子引导至外部电路C1，而与第一电极基板ll的阳 极连接形成一完整回路。另外，失去电子的染料层122可由电解质层121 得到电子，电解质层121的电子则由第一电极基板11中的金属层113与电 解质层121产生氧化还原反应而来。因此，第一电极基板11与电解质层121 的接触面积愈大，则第一电极基板ll中的金属层113与电解质层121产生 氧化还原反应的次数也愈多，故会影响染料敏化太阳能电池1的光电转换 效率。而现有习知技术中第一电极基板ll与电解质层121接触的表面是为一 平坦表面，因此，在入射光线L固定的情况下，若欲藉由提高第一电极基 板11与电解质层121的氧化还原反应的效率，来提升染料敏化太阳能电池 1的光电转换效率，则势必要增加第一电极基板ll的尺寸。如此一来，则会造成制作成本的提高，以及应用范围受到限制等缺点。由此可见，上述现有的染料敏化太阳能电池在结构与使用上，显然仍存 在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关 厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发 展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业 者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的不需增加染料敏化太阳能 电池的尺寸大小，且可提升光电转换效率的染料敏化太阳能电池，实属当前 重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的染料敏化太阳能电池存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并s洽学理的运用，积 极加以研究创新，以期创设一种新型的染料敏化太阳能电池，能够改进一 般现有的染料敏化太阳能电池，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经 过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。发明内容本发明的主要目的在于,u&见有的染料敏化太阳能电池存在的缺陷,而 提供一种新型的染料敏化太阳能电池，所要解决的技术问题是使其不需增 加染料且可提升光电转换效率，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种染料敏化太阳能电池，该太阳能电池包含 一第一电极 基板，是具有 一 第 一基板及一 第 一 电极层，该第 一基板具有 一 第 一 凹凸表 面，该第一电极层设置于该第一凹凸表面之上； 一第二电极层，是与该第一 电极层对向设置；以及一第一反应积层，是设置于该第一电极层与该第二 电极层之间。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述第一凹凸表面的凹部与凸部的 高度差是为IO纳米以上。前述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述第一基板是为刚性 基板、柔性基板、玻璃基板或塑胶基板。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第一电极基板更具有一第一 金属层，该第一金属层是设置于该第一反应积层与该第一电极层之间。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第 一反应积层是具有 一 第一 电解质层、 一第一染料层及一第一金属氧化物层。前述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其更包含 一第二基板，其 中该第二电极层是夹设于该第二基板与该第 一反应积层之间。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第二基板是为刚性基板、染f基板、玻璃基板或塑胶基板。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第二基板是具有一第二凹凸 表面，该第二电极层是设置于该第二凹凸表面之上。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第二凹凸表面的凹部与凸部的高度差是为IO纳米以上。前述的染料敏化太阳能电池，其更包含 一中间电极基板，其是夹设 于该第一反应积层与该第二电极层之间。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的中间电极基板是具有一中间 基板、 一第三电极层、 一第四电极层及一第二金属层，该第三电极层是夹 设于该中间基板与该第 一反应积层之间，该第四电极层是夹设于该中间基 板与该第二金属层之间，且该第二金属层是面对该第二电极层。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的中间基板是具有相对的一第 三凹凸表面与一第四凹凸表面，该第三凹凸表面是面对该第三电极层。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第三凹凸表面的凹部与凸部 的高度差是为IO纳米以上。前述的染料^U匕太阳能电池，其中所述的第四凹凸表面的凹部与凸部 的高度差是为IO纳米以上。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的中间基板是为刚性基板、柔 性基板、玻璃基板或塑胶基板。前述的染料敏化太阳能电池，其更包含 一第二反应积层，其是夹设 于该中间电极基板与该第二电极层之间。前述的染料敏化太阳能电池，其中所述的第二反应积层是具有一第二 电解质层、 一第二染料层及一第二金属氧化物层。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方 案，本发明染料敏化太阳能电池至少具有下列优点及有益效泉承上所述，因 依据本发明的染料敏化太阳能电池是在第一电极基板上形成一凹凸表 面，使第一电极基板与第一反应积层的接触面积增加。与现有习知技术相比 较，本发明的染料敏化太阳能电池不仅第一电极基板与第一反应积层的接 触面积大为增加，且光电转换效率亦可得到相应的提升。又，由于反应积 层与电极基板的接触面积增加，本发明的染料敏化太阳能电池的面板尺寸 大小不仅不需再增力口，甚至可缩小面板尺寸，从而增加本发明的应用范围。综上所述，本发明是有关于一种染料敏化太阳能电池包含一第一电极 基板、 一第二电极层及一第一反应积层。第一电极基板是具有一第一基板 及一第一电极层，第一基板具有一第一凹凸表面，第一电极层设置于第一 凹凸表面之上。第二电极层是与第一电极层对向设置。第一反应积层是设 置于第一电极层与第二电极层之间。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了 好用及实用的效果，且较现有的染料敏化太阳能电池具有增进的多项功 效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用^介值，诚为一新颖、进步、实用 的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细说明如下。
图1为现有习知的染料敏化太阳能电池示意图；图2为本发明第一实施例的染料^t化太阳能电池示意图；图3A至图3D为本发明的染料敏化太阳能电池的基板表面形状示意图；图4为本发明第二实施例的染料敏化太阳能电池示意图；以及图5为本发明第三实施例的染料敏化太阳能电池示意图。1、 2、 3、 4:染料敏化太阳能电池11、21、 31、 41:第一电极基板111、211、 311:第一基板211a、 311a:第一凹凸表面112、212、 312:第一电极层113:金属层213、313:第一金属层12:反应积层121:电解质层122:染料层123:金属氧化物层22、 32、 42:第一反应积层221、321、 421:第一电解质层222、 322、 422:第一染料层223、323、 423:第一金属氧化物层13、33、 43:第二电极基板131、 231、 331、 431:第二牵132、332、 432:第二基板332a:第二凹凸表面44:中间电极基板441:第三电极层442:中间基板443:第四电极层444:第二金属层45:第二反应积层451:第二电解质层452:第二染料层453:第二金属氧化物层L:光线Cl、C2:外部电路具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的染料敏化太阳能电池其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。 第一实施例请参阅图2所示，染料敏化太阳能电池2包含一第一电极基板21、 一 第一反应积层22及一第二电极层231。第一电极基板21包含一第一基板211、 一第一电极层212及一第一金 属层213。其中，第一基板211例如为刚性基板、柔性基板、玻璃基板或塑 胶基板，配合不同材质的第一基板211,可利用如模具加工、模板或研磨后 加工等等不同的技术，来在第一基板211上加工形成一第一凹凸表面 211a，且第一凹凸表面211a上的凹部与凸部的高度差为IO纳米以上。另外，请参阅图2及图3A至图3D所示，第一凹凸表面211a除可如图 2中由随机不规则形状的凹部与凸部所构成外，凹部或凸部的截面形状可利 用如半圆形(如图3A所示)、三角形(如图3B所示)、山形(如图3C 所示)、矩形、梯形、多边形以及其他各种不同的几何形状，以单一形状重 复组合形成，或不同形状组合配合周期性(如图3D所示)或非周期性排列 的凹部与凸部所构成。第一电极层212是设置于第一凹凸表面211a上，第一电极层212的材 质可选自氧4匕4因锡(indium tin oxide, IT0)、氧4匕4因4辛(indium zinc oxide, IZO)以及氧化铝锌(aluminum zinc oxide, AZ0 )所构成的群纽的至少其 中之一。另外，第一金属层213的材质则为铂(Pt),且第一金属层23是 设置在第一反应积层22之上。由于本发明在第一基板211上设置有第一凹 凸表面211a，因此沿着第一凹凸表面211a设置的第一电极层212及第一金 属层213的表面也形成一凹凸表面，使得第一电极基板21的表面积较现有 习知4支术更为增力口。第一反应积层22具有一第一电解质层221、 一第一染料层222及一第 一金属氧化物层223。又三者是依序设置于第一金属层213之上。其中，第 一电解质层221的材料例如为碘离子(I- -/13+)溶于有机溶剂中所形成，而 第一染料层222中用来吸收光线产生反应的染料则可利用有机材料、无机 材料或有机无机混合材料。第一金属氧化物层223的材质则可例如为二氧 化钛(Ti02 )。第二电极层231则设置于第一金属氧化物层223之上，且其 是利用与第一电极层212相同的材质。因此，当光线L入射至染料敏化太阳能电池2时，第一染料层222中 染料分子的价电子受光激发后，跃升至高能阶态成为自由电子，再经由第 一金属氧化物层223作为导电层，并藉第二电极层231作为阴极将电子引 至外部电路C2，再与第一电极基板21连接形成一完整回路。而第一染料层 222中失去电子的染料分子则经由第一电解质层221提供电子，第一电解质 层221则藉由与作为阳极的第一金属层213产生氧化还原反应获得电子，以此形成一循环过牙呈。而本发明中，由于第一电极基板21与第一电解质层221的接触表面为 一凹凸表面，因此，两者的接触面积较现有习知技术有明显地增加，藉此 还可增加第 一 电解质层2 21与第 一金属层213产生氧化还原反应的效率，进 而提升整体光电转换效率。第二实施例请参阅图4所示，本发明第二实施例的染料敏化太阳能电池3包含一 第一电极基板31、一第一反应积层32、一第二电极层331及一第二基板332。 其中，第一电极基板31、第一反应积层32及第二电极层331是与第一实施 例的第一电极基板21、第一反应积层22及第二电极层231具有相同的结构 与功效，在此不再赘述。而本实施例与第一实施例的差异在于本实施例 的染料敏化太阳能电池3更具有第二基板332，其设置于第二电极层331之 上，第二基板332的材质可与第一基板311相同。另外，第二基板332面对 第二电极层331的表面，亦可利用与第一基板311相同方式形成一第二凹 凸表面332a,而第二凹凸表面332a的凹部与凸部的高度差是为IO纳米以 上。另外，第二凹凸表面332a与第一凹凸表面311a依不同需求可以具有相 同或者不同的表面凹凸形状样式。藉由第二凹凸表面332a的设置，可使光线L入射后产生许多不同的折 射角度，进而使染料层322接收到更为均匀的入射光，减少因光线L入射 角度产生部分染料层322无法接收.入射光的问题。因此，本实施例的染料 敏化太阳能电池3的整体光电转换效率也能更为提升。第三实施例请参阅图5所示，本发明第三实施例的染料敏化太阳能电池4包含一 第一电极基板41、 一第一反应积层42、 一第二电极基板43 (包含一第二电 极层431及一第二基板432 )、 一中间电极基板44及一第二反应积层45。 其中，中间电极基板44具有一第三电极层441、中间基板442、第四电极 层443及第二金属层444，且其是依序设置于第一电极基板41上。而第二 反应积层45则具有一第二电解质层451、 一第二染料层452及一第二金属 氧化物层453，且其是依序设置于中间电极基板44上。而第二电极基板43 则设置于第二反应积层45上。其中，第一电极基板41、第一M积层42、第 二电极基板43是与前述实施例的第一电极基板31、第一反应积层32、第 二电极基板33具有相同的结构及材质，在此不再赘述。本实施例与图4的第二实施例的差异在于利用中间基板44并增加第 二反应积层45即可形成具有复数染料^:化太阳能电池的叠合结构。而藉由 各第一反应积层42及第二反应积层45中染料层422 、 452不同材料的 选择，可使本实施例的染料敏化太阳能电池4可同时接收不同波长的光线L，并产生光电转换反应，增加入射光线L的利用率，也可提升整体光电转 换效率。本实施例是以两个太阳能电池叠合为例，然依实际产品需求亦可 叠合两个以上的太阳能电池。综上所述，因依据本发明的一种染料敏化太阳能电池是利用于第 一 电 极基板上设置一凹凸表面，使第 一电极基板与第 一反应积层的接触面积增 加。与现有习知技术相比较，本发明的染料敏化太阳能电池不仅可藉由增 加第一电极基板与第一反应积层的接触面积，来提升光电转换效率，亦可利 用于第二电极基板上设置凹凸表面，来使入射光线更为均匀，增加入射光 线利用率。更甚者，可将复数个相似结构的太阳能电池叠合，藉由不同染 料的选择，使各太阳能电池吸收不同波长光线，并产生光电转换反应，如此 更能大为提升本发明的光电转换效率。又，由于反应积层与电极基板的接 触面积增加，本发明的染料敏化太阳能电池的面板尺寸大小不仅不需再增 力口，甚至可缩小面板尺寸，从而增加本发明的应用范围。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
权利要求
1、一种染料敏化太阳能电池，其特征在于该太阳能电池包含一第一电极基板，是具有一第一基板及一第一电极层，该第一基板具有一第一凹凸表面，该第一电极层设置于该第一凹凸表面之上；一第二电极层，是与该第一电极层对向设置；以及一第一反应积层，是设置于该第一电极层与该第二电极层之间。
2、 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 第一凹凸表面的凹部与凸部的高度差是为IO纳米以上。
3、 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 第一基板是为刚性基板、柔性基板、玻璃基板或塑胶基板。
4、 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 的第 一电极基板更具有一第 一金属层，该第一金属层是设置于该第一反应 积层与该第一电极层之间。
5、 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 的第一反应积层是具有一第一电解质层、 一第一染料层及一第一金属氧化 物层。
6、 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其更包含 一第二基板，其中该第二电极层是夹设于该第二基板与该第一反应积层之间。
7、 根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 的第二基板是为刚性基板、柔性基板、玻璃基板或塑胶基板。
8、 根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 的第二基板是具有一第二凹凸表面，该第二电极层是设置于该第二凹凸表 面之上。
9、 根据权利要求8所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述 的第二凹凸表面的凹部与凸部的高度差是为IO纳米以上。
10、 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其更包含'.一中间电极基板，其是夹设于该第一反应积层与该第二电极层之间。
11、 根据权利要求IO所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所 述的中间电极基板是具有一中间基板、 一第三电极层、 一第四电极层及一 第二金属层，该第三电极层是夹设于该中间基板与该第一反应积层之间，该 第四电极层是夹设于该中间基板与该第二金属层之间，且该第二金属层是 面对该第二电纟及层。
12、 根据权利要求11所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所述的中间基板是具有相对的一第三凹凸表面与一第四凹凸表面，该第三凹 凸表面是面对该第三电极层。
13、 根据权利要求12所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所 述的第三凹凸表面的凹部与凸部的高度差是为IO纳米以上。
14、 根据权利要求12所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所 述的第四凹凸表面的凹部与凸部的高度差是为IO纳米以上。
15、 根据权利要求11所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所 述的中间基板是为刚性基板、柔性基板、玻璃基板或塑胶基板。
16、 根据权利要求11所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其更包含一第二反应积层，其是夹设于该中间电极基板与该第二电极层之间。
17、 根据权利要求16所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于其中所 述的第二反应积层是具有一第二电解质层、 一第二染料层及一第二金属氧 化物层。
全文摘要
本发明是有关于一种染料敏化太阳能电池包含一第一电极基板、一第二电极层及一第一反应积层。第一电极基板是具有一第一基板及一第一电极层，第一基板具有一第一凹凸表面，第一电极层设置于第一凹凸表面之上。第二电极层是与第一电极层对向设置。第一反应积层是设置于第一电极层与第二电极层之间。本发明的染料敏化太阳能电池不仅第一电极基板与第一反应积层的接触面积大为增加，且光电转换效率亦可得到相应的提升；另外由于反应积层与电极基板的接触面积增加，染料敏化太阳能电池的面板尺寸大小不仅不需再增加，甚至可缩小面板尺寸，从而增加本发明的应用范围。
文档编号H01L31/0224GK101330111SQ20071010940
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月18日 优先权日2007年6月18日
发明者张汉宜 申请人:精碟科技股份有限公司