金属柔性染料敏化太阳能电池及其制造方法与流程

本发明涉及染料敏化型太阳能电池(DYE-SENSITIZEDSOLARCELL)及其制造方法，更详细地说，涉及金属柔性染料敏化太阳能电池及其制造方法，所述金属柔性染料敏化太阳能电池在高分子塑料基板的正面上涂覆或沉积银(Argentum，以下，总称为“Ag”)之后，利用激光或热压纹进行构图，在其上涂覆或沉积保护膜之后，将涂覆有碳类薄膜或Al2O3的阻挡层涂覆在所述高分子塑料基板的背面上，以制造上部电极基板；在高分子塑料基板的正面上涂覆不锈钢(SUS：StainlessUseSteel)薄膜之后，在其上涂覆金属层，从而在以能以柔软的薄膜形态进行应用的方式应用柔性金属基板之后，用二氧化钛(以下，总称为“TiO2”)、SiO2或透明的碳类薄膜对所述金属层进行涂覆，在其上涂覆TiO2纳米粒子层，然后应用彩色有机染料和彩色无机染料制造下部电极基板；在所述上部电极基板与下部电极基板之间注入电解质之后，用密封材料进行双重密封，再用乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EthyleneVinylAcetate，以下总称为“EVA”)进行密封。

背景技术：
因持续使用化石燃料而引起的全球变暖等环境问题正在显现。此外铀的使用会引起放射性污染和核废料处理设施等问题。因此，开始提出对替代能源的要求并展开相应的研究，其中具有代表性的是利用太阳能的太阳能电池。太阳能电池是使用在有光照射时产生电子和空穴的光吸收物质直接进行发电的元件。这起因于以下事实，即，1839年法国的物理学家Becquerel首次发现了由光诱发的化学反应能产生电流的光致发电，随后又在硒(selenium)等固体中发现了类似的现象。随后，1954年在Bell实验室首次开发了具有大约6％的效率的硅类太阳能电池，此后围绕着无机硅持续进行了太阳能电池的研究。这种无机类太阳能电池元件由像硅这样的无机物半导体的p-n节构成。作为太阳能电池的材料的硅大体上分为像单晶硅或多晶硅这样的晶体硅类和非晶硅类。其中，与非晶硅类相比，晶体硅类将太阳能转换为电能的能量转换效率更加优秀，但是由于生长晶体所需的时间和能量，使其生产性降低。由于这样的问题，曾经尝试了对代替硅而利用有机物质的光致发电现象的太阳能电池元件的研究。有机物光致发电现象是如下现象，即，当对有机物质照射光时，吸收光子(Photon)产生电子(Electron)-空穴(Hole)对，将其分离并分别传递给阴极和阳极，通过这样的电荷的流动而产生电流。即，通常来说在有机类太阳能电池中，在对由电子给体(ElectronDonor)和电子受体(ElectronAcceptor)物质的结合构造构成的有机物质照射光时，在电子给体形成电子-空穴对，通过电子向电子受体移动，从而实现电子-空穴的分离。这种过程通常称为“光诱导载流子(ChargeCarrier)”或“光诱导电荷转移现象(PhotoinducedChargeTransfer，PICT)”，通过光产生的载流子分离为电子-空穴并通过外部电路产生电力。但是，利用通常的有机物质的太阳能电池存在能量转换效率低并且使用寿命短的问题，但是1991年瑞士的格兰泽尔(Gratzel)研究小组利用染料作为感光剂开发了作为光电化学型的太阳能电池的染料敏化太阳能电池。由格兰泽尔等提出的光电化学型的太阳能电池是利用由感光性染料分子和纳米粒子的二氧化钛构成的氧化物半导体的光电化学型太阳能电池。即，染料敏化太阳能电池是在透明电极与金属电极之间吸附有染料的像氧化钛这样的无机氧化物层插入电解质，利用光电化学反应制造的太阳能电池。一般来说，染料敏化太阳能电池由两种电极(光电极和相向电极)、无机氧化物、染料以及电解质构成，因为染料敏化太阳能电池使用对环境无害的物质/材料，所以是环保的，具有与现有的无机太阳能电池中的非晶硅类的太阳能电池相匹敌的10％左右的高的能量转换效率，制造单价却只有硅太阳能电池的20％左右，所以商业化可能性非常高。一般来说，染料敏化太阳能电池的构造从下层开始具备玻璃基板、第1透明电极、吸附有染料的无机氧化物层、电解质层、第2透明电极以及上部基板等。无机氧化物层为以纳米(Nano)多孔膜的形态存在的像TiO2、ZnO、SnO2这样的具有宽的带隙的n型氧化物半导体，在其表面吸附有单分子层的染料。对染料敏化太阳能电池的原理进行说明如下。当太阳光入射到太阳能电池时，染料(Dye)的HOMO(HighestOccupiedMolecularOrbital)能级电子吸收光能跃迁到LUMO(LowestUnoccupiedMolecularOrbital)能级，并快速注入到无机氧化物层(ConductionBand，CB)形成传导电子。此时，失去电子的染料的HOMO能级的空位将由电解质层内的离子(I-)提供的电子所重新填充。即，这可以解释为，随着太阳光的入射，在无机氧化物层侧积累传导电子，同时在电解质层侧逐渐丢失电子，即会积累空穴，在有外部负载时，通过积累的载流子(Carrier)形成电动势。参照以往的染料敏化太阳能电池的制造方法，如图1所示，下部电极基板10在玻璃基板11上沉积FTO(Fluorine-dopedTinOxide)或ITO的第1透明电极12之后，在其上涂覆TiO2胶体溶液，然后在大约450℃以上的温度进行烧结(Sintering)，从而涂覆TiO2薄膜13。通过反复进行本过程，从而能调节所需的无机氧化物层的厚度或状态。接着，浸泡在染料(Dye)溶液中约2～3日左右，使染料在TiO2粒子表面着色而形成染料层14。另一方面，上部电极基板20通过一般溅射(Sputtering)方法在玻璃基板21上涂覆铂(Pt)等，沉积第1透明电极22，然后形成电解质30注入用孔。此后，所述下部电极基板10和上部电极基板20利用高分子封装材料40进行接合，通过预先做好的孔注入电解质30作为阳极物质，通过封合从而完成。这种染料敏化太阳能电池由于廉价的原料以及容易的制作方法从而能以以往硅太阳能电池的四分之一水准的生产费进行制作，并且由于轻量、薄膜化、透明性以及能实现各种色相等而能应用于多种应用领域。此外，染料敏化太阳能电池自身具有柔性，在实现适当的柔性透明电极的情况下，能实现柔性太阳能电池。特别是，用于便携式装置的染料敏化太阳能电池作为移动的动力源，其轻量和柔性可以看作是必需的特性，因为染料敏化太阳能电池自身具有柔性，所以在实现适当的柔性透明电极的情况下，能实现柔性(Flexible)太阳能电池。但是，在当前的染料敏化太阳能电池制造技术上要求高温的烧结(Sintering)过程，所以使用像塑料那样的柔性基板和导电性聚合物等透明电极是困难的。从而，当前大部分的染料敏化太阳能电池都使用玻璃基板的ITO(IndiumTinOxide)等氧化物类透明电极。虽然最近开发出了能进行低温烧结(大约不足150℃)的无机氧化物层，能使用商用导电性塑料基板等，但是在该情况下需要承受光电变换效率的降低。此外，因为透明上部电极基板与ITO基板相比透射度和传导特性较低，所以可预见附加的效率降低。从而，欲实现效率高的柔性染料敏化太阳能电池是相当困难的。此外，虽然这种以往的柔性染料敏化太阳能电池注入了液体电解质等，但是随着时间的流逝，会产生由于注入的液体电解质泄露的电解质泄露现象而造成使用寿命不稳定等问题。

技术实现要素：
发明要解决的课题从而，本发明是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于，提供一种金属柔性染料敏化太阳能电池及其制造方法，在高分子物质的基板上涂覆或沉积吸附有感光性染料分子的纳米粒子氧化物而形成半导体电极，在所述半导体电极上涂覆或沉积Ag之后，通过激光或热压纹进行构图，再沉积或涂覆保护膜，由此形成许多的金属柔性染料敏化太阳能电池单元，以串联或并联方式对这样形成的金属柔性染料敏化太阳能电池单元进行结线而制造金属柔性染料敏化太阳能电池，用密封材料对该金属柔性染料敏化太阳能电池进行双重密封，再用EVA进行三重密封，从而提高太阳能电池的光电效率，防止电解质泄露现象，保护其不会受到微小灰尘等杂质的侵害。用于解决课题的方案本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池，其中，该金属柔性染料敏化太阳能电池包括：上部电极基板，该上部电极基板通过在第1高分子塑料基板的正面上涂覆或沉积Ag之后，利用激光或热压纹进行构图，在进行构图的Ag上沉积或涂覆保护膜之后，在所述第1高分子塑料基板的背面上涂覆由透明的碳类薄膜和Al2O3中的任一种形成的第1阻挡层而制造；下部电极基板，该下部电极基板通过在第2高分子塑料基板的正面上涂覆不锈钢(StainlessUseSteel，SUS)薄膜之后，在不锈钢上涂覆金属层，在所述金属层的正面和背面涂覆由TiO2、SiO2和透明的碳类薄膜中的任一种形成的第2阻挡层，在第2阻挡层上涂覆TiO2纳米粒子层，然后形成应用了多种彩色有机染料和多种彩色无机染料的染料层而制造；以及注入到所述上部电极基板与下部电极基板之间的电解质，其中，用密封材料对与所述电解质相接的第2阻挡层和所述上部电极基板形成一次密封壁，用密封材料对所述上部电极基板和下部电极基板形成二次密封壁，用EVA对所述第1阻挡层和所述第2高分子塑料基板进行涂覆。本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池的制造方法，其中，该方法包括：准备第1高分子塑料基板的步骤；用Ag涂覆所述第1高分子塑料基板的正面的步骤；利用激光或热压纹对所述涂覆有Ag的第1高分子塑料基板进行构图的步骤；在所述进行构图的Ag上涂覆保护膜的步骤；在所述第1高分子塑料基板的背面上涂覆由透明的碳类薄膜和Al2O3中的任一种形成的第1阻挡层，以制造上部电极基板的步骤；准备第2高分子塑料基板的步骤；在所述第2高分子塑料基板的正面上涂覆SUS的步骤；在所述SUS上涂覆金属层的步骤；在所述金属层的正面和背面上涂覆第2阻挡层的步骤；在所述第2阻挡层上涂覆TiO2纳米粒子层的步骤；在所述TiO2纳米粒子层上形成染料层，以制造下部电极基板的步骤；用密封材料对所述第2阻挡层和上部电极基板进行一次密封，以形成一次密封壁的步骤；用密封材料对所述上部电极基板和所述下部电极基板进行二次密封，以形成二次密封壁的步骤；在所述上部电极基板和所述下部电极基板之间注入电解质的步骤；以及用EVA对所述上部电极基板和所述下部电极基板进行涂覆的步骤。发明效果如上所述，本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池在上部电极基板与下部电极基板之间注入电解质之后，用密封材料进行双重密封，再用EVA进行密封，从而具有如下优点，即，能提高太阳能电池的光电效率，能防止电解质泄露现象，提高具有电极劣化可能性的染料敏化型太阳能电池的可靠性，能保护其不会受到微小灰尘或湿气等杂质的侵害。此外，具有能通过保护膜保护涂覆在上部电极基板上的Ag不受电解质的侵害的优点。附图说明图1是以往的染料敏化型太阳能电池的截面图；图2是本发明的第1实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的截面图；图3是本发明的第1实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池制造方法的流程图；图4是本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的截面图；图5是本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池制造方法的流程图；图6是本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池模块的概略性的放大截面图；图7是本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池的产品照片。附图标记说明200：上部电极基板201：第1高分子塑料基板202：Ag203：保护膜204：第1阻挡层210：下部电极基板211：第2高分子塑料基板212：SUS薄膜213：金属层214：第2阻挡层215：TiO2纳米粒子层216：染料层220：电解质230：一次密封壁240：二次密封壁250：EVA具体实施方式以下，通过参照附图进行的对实施例的详细的说明对本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池及其制造方法进行更详细的记述。在对本发明进行说明时，在判断为对相关的公知技术或结构的具体的说明有可能不必要地混淆本发明的要旨的情况下，将省略其详细的说明。而且，后述的用语是考虑了在本发明中的功能而定义的用语，有可能根据客户或运用者、使用者的意图或习惯等而有所不同。因此，应基于本说明书整体内容进行定义。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的组成要素。图2是本发明的第1实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的截面图，图3是本发明的第1实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池制造方法的流程图，图4是本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的截面图，图5是本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池制造方法的流程图，图6是本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池模块的概略性的放大截面图，图7是本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池的产品照片。以下，通过下述实施例对本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池及其制造方法更加具体地进行说明。[实施例1]本发明的第1实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池如图2所示，包括：上部电极基板200，该上部电极基板200通过在第1高分子塑料基板201的正面上涂覆或沉积Ag202之后，利用激光或热压纹进行构图，在其上沉积或涂覆保护膜203之后，在所述第1高分子塑料基板201的背面上涂覆由透明的碳类薄膜和Al2O3中的任一种形成的第1阻挡层204而制造；下部电极基板210，该下部电极基板210通过在第2高分子塑料基板211的正面上涂覆不锈钢(StainlessUseSteel，SUS)薄膜212之后，在其上涂覆金属层213，在所述金属层213的正面和背面涂覆由TiO2、SiO2和透明的碳类薄膜中的任一种形成的第2阻挡层214，在其上涂覆TiO2纳米粒子层215，然后形成应用了多种彩色有机染料和多种彩色无机染料的染料层216而制造；以及注入到所述上部电极基板200与下部电极基板210之间的电解质220。在此，用密封材料对与所述电解质220相接的第2阻挡层214和所述上部电极基板200形成一次密封壁230，用密封材料对所述上部电极基板200和下部电极基板210形成二次密封壁240，用EVA250对所述第1阻挡层204和所述第2高分子塑料基板211进行三次密封。此外，只在与电解质220相接的第2阻挡层214上形成所述TiO2纳米粒子层215。此外，所述第1高分子塑料基板201和第2高分子塑料基板211由PET(PolyethyleneTerephthalate)、PEN(PolyethyleneNaphthalate)、PES(Polyethersulfone)中的任一种构成。此外，所述保护膜203和所述透明的碳类薄膜是透明的碳纳米管(CarbonNanoTube，以下总称为“CNT”)薄膜或透明的石墨烯(Graphen)薄膜。此外，所述金属层213由Ti、W、Zn、Co、Ni、Al、SUS、Cr、Mo、Cu中的任一种形成。此外，所述电解质220是液体电解质或准固体电解质。下面，参照图3对这样的本发明的第1实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的制造方法详细地进行说明，本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池的制造方法包括：准备第1高分子塑料基板201的步骤S300；用Ag202涂覆所述第1高分子塑料基板201的正面的步骤S301；利用激光或热压纹对所述涂覆有Ag202的第1高分子塑料基板201进行构图的步骤S302；在所述进行构图的Ag202上涂覆保护膜203的步骤S303；在所述第1高分子塑料基板201的背面上涂覆由透明的碳类薄膜和Al2O3中的任一种形成的第1阻挡层204，以制造上部电极基板200的步骤S304；准备第2高分子塑料基板211的步骤S305；在所述第2高分子塑料基板211的正面上涂覆SUS212的步骤S306；在所述SUS212上涂覆金属层213的步骤S307；在所述金属层213的正面和背面上涂覆第2阻挡层214的步骤S308；在所述第2阻挡层214上涂覆TiO2纳米粒子层215的步骤S309；在所述TiO2纳米粒子层215上形成染料层，以制造下部电极基板的步骤S310；用密封材料对所述第2阻挡层214和上部电极基板200进行一次密封，以形成一次密封壁230的步骤S311；用密封材料对所述上部电极基板200和所述下部电极基板210进行二次密封，以形成二次密封壁240的步骤S312；在所述上部电极基板200和所述下部电极基板210之间注入电解质的步骤S313；以及用EVA250对所述上部电极基板200和所述下部电极基板210进行涂覆的步骤S314。在此，如前所述，所述TiO2纳米粒子层215只在与电解质220相接的第2阻挡层214上形成。此外，所述第1高分子塑料基板201和第2高分子塑料基板211由PET(PolyethyleneTerephthalate)、PEN(PolyethyleneNaphthalate)、PES(Polyethersulfone)中的任一种构成。此外，所述保护膜203和所述透明的碳类薄膜是透明的CNT薄膜或透明的石墨烯(Graphen)薄膜。此外，所述金属层213由Ti、W、Zn、Co、Ni、Al、SUS、Cr、Mo、Cu中的任一种形成。此外，所述电解质220是液体电解质或准固体电解质。从而，这样形成的金属柔性染料敏化太阳能电池能通过双重密封防止电解质泄露现象，通过EVA涂覆能保护其不受微小灰尘或湿气等杂质的侵害。此外，能通过保护膜保护涂覆在上部电极基板上的Ag不受电解质的侵害。下面，对本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的模块进行说明。[实施例2]本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池如图4所示，在第2高分子塑料基板211的正面上涂覆像Ti、W、Zn、Co、Ni、Al、SUS、Cr、Mo或Cu那样的金属层213。从而，除了在所述第2高分子塑料基板211的正面上没有涂覆不锈钢薄膜212以外，都与实施例1相同，因此，省略对其的详细说明。此外，本发明的第2实施例的金属柔性染料敏化太阳能电池的制造方法如图5所示，由准备第2高分子塑料基板211的步骤S305和在所述第2高分子塑料基板211的正面上涂覆金属层213的步骤S306构成。即，除了省略了在第2高分子塑料基板211的正面上涂覆SUS212的实施例1的步骤S306以外，都与实施例1的制造方法相同，因此省略对其的详细说明。参照图示了本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池模块的概略性的放大截面的图6，在上部电极基板(未图示)上涂覆Ag202之后，利用激光或热压纹进行构图(Patterning)，然后涂覆保护膜203，在其下侧设置沉积在下部电极基板(未图示)上的吸附有有机和无机染料的TiO2纳米粒子层215。这样形成本发明的太阳能电池模块，用A表示的部分就是本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池模块。这样形成的本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池的产品如图7所示，该产品能以柔软的形态进行弯曲，所以能附着在手机、可穿戴PC等下一代PC产业所需的电源的家用充电器或衣物、帽子、汽车玻璃、建筑物等进行使用。如前所述的本发明的金属柔性染料敏化太阳能电池用密封材料进行双重密封再用EVA进行三重密封，从而能提高太阳能电池的光电效率，能防止电解质泄露现象，能提高具有电极劣化可能性的染料敏化型太阳能电池的可靠性，能保护其不受微小灰尘或湿气等杂质的侵害。此外，能通过保护膜保护涂覆在上部电极基板上的Ag不受电解质的侵害。虽然像以上那样根据良好的实施例对本发明进行了说明，但是这些实施例并不用于限制本发明，只是举例说明，所以本发明所属技术领域的技术人员能在不脱离本发明的技术思想的情况下进行对上述实施例的多种变化、变更或调节。因此，本发明的保护范围应理解为包括属于本发明的技术思想要旨的所有的变化例、变更例或调节例。