电解质组合物、染料敏化太阳能电池及制造方法

专利名称：：电解质组合物、染料敏化太阳能电池及制造方法
技术领域：
：本公开涉及一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物、包含该电解质组合物的染料敏化太阳能电池和制备该电解质组合物的方法。更具体地讲，本公开涉及这样一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物、包含该电解质组合物的染料敏化太阳能电池和制备该电解质组合物的方法，即，该电解质组合物具有良好的离子电导率，并可提高染料敏化太阳能电池的稳定性和耐久性。
背景技术：
：为了开发可代替传统化石燃料的能源并解决日益逼近的能源危机问题，已经进行了各种研究尝试。具体地讲，为了找到利用替代能源(例如风能、原子能和太阳能)来替代将在几十年内耗尽的石油资源的方法，正在进行广泛的研究。在这些替代能源中，与其它能源相比，太阳能电池利用无限的且对环境友好的太阳能。自1983年首次制造出Se太阳能电池以来，太阳能电池已经受到强烈的关注，近来Si太阳能电池已经引起研究者的注意。然而，因为生产成本高且在提高电池效率方面存在困难，所以难以实际利用Si太阳能电池。为了克服这个问题，研究者正在关注可以以低成本制造的染料敏化太阳能电池。
发明内容一个实施例提供了一种具有优良的离子电导率的用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物。另一实施例提供了一种包括电解质组合物的染料敏化太阳能电池和一种用于制备染料敏化太阳能电池的方法。另一实施例提供了一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物，该组合物包括第一聚合物，具有小于或等于大约500的重均分子量；第二聚合物，具有大于或等于大约2000的重均分子量；无机纳米颗粒。第一聚合物可包括液相的聚合物。第一聚合物可包括从由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚烷基醚、聚亚烷基亚胺、聚亚烃化石危、两种或更多种前述物质的共聚物、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的至少一种。基于所述组合物的总重量，第一聚合物的量可以为大约lwt。/。至大约95wt0/()。第二聚合物可包括固相的聚合物。第二聚合物可包括从由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚亚烷基亚胺、聚亚烃化硫、聚偏二面乙烯、两种或更多种前述物质的共聚物、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的至少一种。基于所述组合物的总重量，第二聚合物的量可为大约lwt。/。至大约20wt。/。。所述无机纳米颗粒可包括从由碳基材料、金属氧化物和它们的组合组成的组中选择的至少一种。所述碳基材料可包括从由石墨、超导电乙炔黑、超导电碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性炭、富勒烯和它们的组合组成的组中选择的至少一种。所述金属氧化物可包括从由Al、Si、Sn、Zr、Ti、W、Zn、In、Ba、Nb、Ta、La、Sr、Y、Ho、Bi、Ce和它们的组合组成的组中选择的一种的氧化物。所述无机纳米颗粒具有小于大约l拜的平均粒径。基于所述组合物的总重量，所述无机纳米颗粒的量可为大约lwt。/。至大约30wt%。所述的组合物还可包括氧化还原衍生物，其中，所述氧化还原衍生物可被构造为产生1/13-氧化还原电对。所述的组合物还可包括从由乙腈、醇、四氢呋喃、丙酮、二甲亚砜、二曱基曱酰胺、曱氧基乙腈、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的挥发性有机溶剂。所述组合物可以为凝胶的形式。另一实施例提供了一种包含上述组合物的染料敏化太阳能电池。太阳能电池还可包括第一电极；第二电极，与第一电极基本相对，其中，所述组合物可置于第一电极和第二电极之间。第一电极和第二电极中的至少一个可以基本上是透明的。所述太阳能电池还可包括第一层，置于第一电极和第二电极之间，第一层包括具有第一粘度的组合物；第二层，置于第一层和第二电极之间，第二层包括具有第二粘度的组合物，第二粘度不同于第一粘度。所述组合物可具有从第一电极向第二电极增大的粘度梯度。另一实施例提供了一种包括太阳能电池的装置，其中，所述装置可选自于由玻璃温室或建筑的外部玻璃墙组成的组。又一实施例提供了一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物，所述电解质组合物包括非挥发性非聚合的液体化合物，具有小于或等于大约500的分子量；聚合的化合物，具有大于或等于大约2000的重均分子量；无机纳米颗粒。所述非聚合的化合物可包括从由碳酸亚烃酯、室温熔融盐和它们的组合组成的组中选择的一种。所述室温熔融盐可包括含有n米唑絲盐的离子液体化合物。基于所述组合物的总重量，所述非聚合物的化合物的量可为大约lwt°/。至大约95wt%。所述聚合的化合物可包括固相的聚合物。所述聚合的化合物可包括从由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚亚烷基亚胺、聚亚烃化硫、聚偏二面乙烯、两种或更多种前述物质的共聚物、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的至少一种。基于所述组合物的总重量，所述聚合的化合物的量可为大约lwtW至大约20wt0/0。所述无机纳米颗粒可包括从由碳基材料、金属氧化物和它们的组合组成的组中选择的至少一种。所述碳基材料可包括从由石墨、超导电乙炔黑、超导电碳黑、乙炔黑、碳納米管、碳納米纤维、碳納米线、碳納米球、活性炭、富勒烯和它们的組合组成的组中选择的至少一种。所述金属氧化物可包括从由Al、Si、Sn、Zr、Ti、W、Zn、In、Ba、Nb、Ta、La、Sr、Y、Ho、Bi、Ce和它们的组合组成的组中选择的一种的氧化物。所述无机纳米颗粒可具有小于大约lpm的平均粒径。基于所述组合物的总重量，所述无机纳米颗粒的量可为大约lwt。/。至大约30wt%。所述组合物还可包括氧化还原衍生物，其中，所述氧化还原衍生物可被构造为产生1/13-氧化还原电对。所述组合物还可包括从由乙腈、醇、四氢呋喃、丙酮、二曱亚砜、二曱基甲酰胺、甲氧基乙腈、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的挥发性有机溶剂。所述組合物可以为凝胶的形式。另一实施例提供了一种包含上述组合物的染料敏化太阳能电池。所述太阳能电池还可包括第一电极；第二电极，与第一电极基本相对，其中，所述組合物可置于第一电极和第二电极之间。第一电极和第二电极中的至少一个可以基本上是透明的。所述太阳能电池还可包括第一层，置于第一电极和第二电极之间，第一层包括具有第一粘度的组合物；第二层，置于第一层和第二电极之间，第二层包括具有第二粘度的组合物，第二粘度不同于第一粘度。所述组合物可具有从第一电极向第二电极增大的粘度梯度。另一实施例提供了一种制造染料敏化太阳能电池的方法，所述方法包括在第一电极上方形成光吸收层，光吸收层包括多孔膜；在光吸收层中或在光吸收层上提供上述组合物中的一种，从而形成凝胶电解质；在凝胶电解质上方形成第二电极。所述组合物还可包括从由乙腈、醇、四氢呋喃、丙酮、二甲亚砜、二曱基甲酰胺、曱氧基乙腈、它们的组合组成的组中选择的挥发性有机溶剂，所述方法还可包括在提供所述组合物之后使挥发性有机溶剂挥发。所述提供组合物的步骤可包括从第一电极向第二电极增大所述组合物的粘度。所述提供组合物的步骤可包括提供具有笫一粘度的组合物；提供具有第二粘度的组合物，第二粘度不同于第一粘度。根据另一实施例，提供了一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物。所述电解质组合物包括第一聚合物或非挥发性液体化合物，具有小于或等于大约500的重均分子量；第二聚合物，具有大于或等于大约2000的重均分子量；无机纳米颗粒；氧化还原衍生物。根据另一实施例，提供了一种包含电解质组合物的染料敏化太阳能电池。根据又一实施例，提供了一种染料敏化太阳能电池。所述染料敏化太阳能电池包括设置在第一电极的一侧上的第一染料敏化电极、设置在第一电极的另一側上的光吸收层、面向第一电极设置的第二电极、设置在第一电极和第二电极之间的电解质。所述光吸收层包括包含半导体颗粒的多孔膜和吸收在多孔膜上的染料。根据再一实施例，提供了一种制造染料敏化太阳能电池的方法。所述方法包括在第一电极上形成包括多孔膜的光吸收层，其中，染料吸收在多孔膜上；将聚合物凝胶电解质组合物涂覆在光吸收层上，以形成聚合物凝胶电解质，其中，所述聚合物凝胶电解质组合物包括重均分子量小于或等于大约500的第一聚合物或非挥发性液体化合物、重均分子量大于或等于大约2000的第二聚合物、无机纳米颗粒和氧化还原衍生物；将第二基底放置在所述聚合物凝胶电解质上，然后组装第一电极和第二电极。第二电极包括至少两个通孔。所述方法还包括组装第一电极和第二电极之后通过通孔去除多余的电解质，随后密封通孔。图1是根据一个实施例的染料敏化太阳能电池的示意性剖视图。图2示出了根据一个实施例的染料敏化太阳能电池的制造工艺。图3A是根据示例1的太阳能电池中填充的电解质的照片。图3B是根据对比例8的太阳能电池中填充的电解质的照片。图4A是示出才艮据示例1的太阳能电池的多孔膜的截面的SEM照片。图4B是示出才艮据对比例4的太阳能电池的多孔膜的截面的SEM照片。图5是示出才艮据示例17和对比例6、7的太阳能电池的光电流-电压特性的曲线图。图6是示出根据示例17和对比例6、7的太阳能电池的入射光子-电流转化效率(IPCE)的曲线图。图7是示出根据示例17和对比例6、7的太阳能电池的电流-电势特性的曲线图。图8是示出才艮据示例10和对比例3的太阳能电池的入射光子-电流转化效率变化的曲线图。图9是示出在超过60天的根据示例IO的太阳能电池的工作过程中效率变化(减量)的曲线图。具体实施方式以下将参照附图来详细描述示例性实施例。与Si太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池是包含光敏染料分子和过渡金属的电化学太阳能电池。染料分子吸收可见光线并产生电子-空穴对。过渡金属传输产生的电子。染料敏化太阳能电池可利用纳米氧化钛，即，可利用锐钛矿。可以以低成本来制造染料敏化太阳能电池。由于它可以使用透明电极，所以它的优点为可以应用于玻璃温室或建筑的外部玻璃墙。然而，由于光电效率低，所以染料敏化太阳能电池在实际使用的应用方面具有局限性。太阳能电池的光电效率与从吸收太阳光束产生的电子的量成比例。因此，为了提高光电效率，应当增大电子的量，或者应当防止产生的和激发的电子被用于引起电子-空穴复合。可通过提高太阳光束的吸收或染料吸收效率来增大产生的电子的量。可以以纳米级(nano-size)来制造氧化物半导体的颗粒，以增大各单位面积的染料吸收效率。可增大铂电极的反射率或者可包含^t米级(micro-sized)氧化物半导体光散射剂，以增大太阳光束的吸收。然而，由于这种方法在增大太阳能电池的光电效率方面具有局限性，所以需要开发可提高光电效率的新技术。染料敏化太阳能电池可包括光电阳极(在下文称作"第一电极")，包含半导体氧化物；光吸收层，包含多孔膜(membrane)和吸收在多孔膜上的染料分子；对电极(counterelectrode)(在下文称作"第二电极，')，包含铂催化剂；电解质，包含氧化还原离子对。电解质的组成对太阳能电池的光电效率和耐久性可具有大的影响。染料敏化太阳能电池利用溶解在有机溶剂(例如用于电解质溶液的乙腈)中的1713-氧化还原电对。然而，当太阳能电池的外部温度由于太阳光而升高时，传统的染料敏化太阳能电池的包含这种有机溶剂的电解质溶液会挥发。因此，这对染料敏化太阳能电池的长期稳定性和商品化不利。有机溶剂的挥发减少了电解质溶液的量。两个电极之间的导电性会劣化，从而降低了太阳能电池的光电特性和寿命。为了克服以上问题，由于非挥发性离子液体电解质在宽的温度范围内以液相存在，所以已经建议采用非挥发性离子液体电解质。非挥发性离子液体可防止由于有机溶剂挥发而引起的电解质溶液劣化的问题。然而，在电池制造过程中会发生电解质泄漏，导致对电池的损坏。这会降低太阳能电池的耐久性。另外，会变得难以操作该电池。作为解决以上问题的尝试，已经建议采用凝胶电解质。可利用单体或低聚物的可连接的官能团通过聚合物的交联或聚合来获得凝月交电解质。然而，这样的凝胶电解质会具有这样的问题，即，官能团在交联或聚合之后会通过副反应或未反应而残留。用于交联或聚合反应的引发剂或交联剂也会残留在电解质中。残留在电解质中的这些材料会使太阳能电池的电压或电流特性劣化。为了将液体电解质转化为凝胶电解质，已经建议采用物理凝胶电解质。可通过利用聚合物的基质来获得物理凝胶电解质。凝胶电解质可解决液体电解质的问题，例如挥发性或泄漏。可由聚合物来形成凝胶电解质，凝胶电解质可具有不规则的结构。这种构造会使对金属氧化物层的粘附劣化。因此，它会阻碍从氧化还原对产生的电子的传输，使电子传导率劣化。此外，当分子链的尺寸大于几十至几百纳米时，难以将它传输到光吸收层的多孔层的孔中。因此，它通常具有小于1(^S/cm的低电导率。才艮据一个实施例，可通过将氧化还原对与重均分子量为大约500或更小的第一聚合物或非挥发性液体单分子以及重均分子量为大约2000或更大的第二聚合物混合，并将无机纳米颗粒添加到上述混合物中，来获得电解质，以提供物理凝胶。该电解质可容易地传输到光吸收层的多孔层中，并提供更高的离子电导率和物理强度。它可以提高染料敏化太阳能电池的稳定性和耐久性。根据一个实施例的用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物包括重均分子量小于或等于500的第一聚合物、重均分子量大于或等于2000的第二聚合物、无机纳米颗粒和氧化还原衍生物。在另一实施例中，该组合物可包括替代第一聚合物的分子量小于或等于大约500的非挥发性液体化合物。第一聚合物或非挥发性液体化合物通过离解氧化还原离子对增大了离子电导率并增大了与电极接触的界面面积。第一聚合物或非挥发性液体化合物还用作增塑剂，以降低聚合物的结晶度。第一聚合物可具有小于或等于大约500的重均分子量。根据一个实施例，第一聚合物可具有小于或等于大约250的重均分子量。根据另一实施例，第一聚合物可具有范围在大约150至大约200的重均分子量。第一聚合物可以是无色的、透明的且粘度低的聚合物。根据一个实施例，第一聚合物可以以液相存在。液相聚合物可具有比固相聚合物的离子电导率高的离子电导率(10-4至l(T3S/cm)，并可容易地渗透到光吸收层的多孔膜的孔中，结果提高了电流密度。第一聚合物可以是用于离解氧化还原离子对的包含极性配体(例如氧、氮、硫等)的聚合物。第一聚合物的非限制性示例可以选自于由聚环氧烷(polyalkyleneoxide)、聚丙烯腈、聚烷基醚(polyalkylether)、聚亚烷基亚胺(polyalkyleneimine)、聚亚烃化疏及它们的共聚物和它们的组合组成的组。根据一个实施例，第一聚合物可以是从由聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚乙二醇二甲醚、聚亚乙基亚胺、聚亚烃化硫及它们的共聚物和它们的组合组成的组中选择的聚合物。非挥发性液体化合物的非限制性示例包括碳酸亚烃酯(例如碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯等)、室温熔融盐及它们的混合物。室温熔融盐可以是包括咪唑鎗盐(imidazolium)的离子盐化合物。离子盐在室温下以液相存在。基于聚合物凝胶电解质组合物的总重量，第一聚合物或非挥发性液体化合物可以以大约1wt。/。至大约95wt。/。的量存在。根据另一实施例，第一聚合物或非挥发性液体組合物可以以大约25wt。/。至大约90wt。/。的量存在，可选地以大约50wt。/。至大约80wt。/。的量存在。第二聚合物与第一聚合物一样用于离解氧化还原离子对，并通过电解质凝胶化来提高机械性能。第二聚合物可具有大于或等于大约2000的重均分子量。根据一个实施例，第二聚合物可具有大约5000至l，OOO，OOO的重均分子量。第二聚合物可以是在电解质中可用作基质并可提高电解质的机械强度的固相聚合物。第二聚合物可以是用于离解氧化还原离子对的没有极性配体(例如氧、氮、疏等)的聚合物。第二聚合物的非限制性的示例可以选自于由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚亚烷基亚胺(polyalkyleneimine)、聚亚烃化硫、聚偏二卤乙烯(polyvinylidenehalide)及它们的共聚物和它们的组合组成的组。根据一个实施例，第二聚合物可以是从由聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚亚乙基亚胺、聚亚烃化^琉、聚偏二氟乙烯及它们的共聚物和它们的组合组成的组中选择的聚合物。基于聚合物凝胶电解质组合物的总重量，第二聚合物可以以大约1wt%至大约20wt。/。的量存在。根据一个实施例，第二聚合物可以以大约5wt。/。至大约15wt。/。的量存在。无机纳米颗粒用于降低聚合物的结晶度，并用于增大离子电导率，从而防止离子电导率由于凝胶化而减小。它们还通过增大太阳光散射来增大太阳能电池的光电流。可以由从由碳基材料、金属氧化物和它们的组合组成的组中选择的至少一种材料来形成无机纳米颗粒。碳基材料的非限制性的示例包括石墨、超导电乙炔黑(denkablack)、超导电碳黑(ketjenblack)、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性炭、富勒烯(fiillerene)和它们的组合。金属氧化物可以是选自于由Al、Si、Sn、Zr、Ti、W、Zn、In、Ba、Nb、Ta、La、Sr、Y、Ho、Bi、Ce及它们的组合组成的组中的元素的氧化物。根据一个实施例，金属氧化物可以是Ti02、Sn02、Si02、W03、ZnO、BaTi03、Nb205、ln203、Zr02、Ta2Os、La203、SrTi03、Y203、Ho203、Ce02、八1203或沸石。根据另一实施例，金属氧化物可以选自于由Ti02、Sn02、Si02和沸石组成的组。Ti02在纳米颗粒表面上具有良好的离子吸附特性。随着无机纳米颗粒的比表面积变大，更多的阳离子吸附在颗粒表面上，从而可提供更多的阳离子传输路径。无机纳米颗粒可具有小于大约lnm的平均粒径。根据一个实施例，无机纳米颗粒具有大于或等于大约10nm且小于大约lpm的平均粒径。根据另一个实施例，无机纳米颗粒具有大约10nm至大约lOOnm的平均粒径，可选地具有大约20nrn至大约30nm的平均粒径。在一个实施例中，无机纳米颗粒可具有白颜色。在无机纳米颗粒为白色的情况下，可以更多地增大光散射作用，从而在太阳能电池中可以改进光的再利用。基于聚合物凝胶电解质的总重量，无机纳米颗粒可以以大约lwt。/。至大约30wt。/。的量存在。才艮据一个实施例，无机纳米颗粒可以以大约5wt。/。至大约15wt。/。的量存在。氧化还原衍生物用于通过电解质中的可逆氧化还原反应来在第一电极和第二电极之间传输电子。更具体地讲，氧化还原衍生物利用从电极传输的电子来执行氧化还原反应，并将电子传输到处于基态的染料，从而产生电流。氧化还原衍生物是被构造为提供氧化还原电对的材料。氧化还原衍生物的示例包括但不限于金属卣化物盐，例如碘化锂、碘化钠、捵化钾、溴化锂、溴化钠或溴化钾；含氮杂环化合物的碘化物，例如咪唑鎗盐、吡啶盐、季铵盐、吡咯烷鎗盐、吡唑絲盐(pyrazolidiumsalts)、异嗥唑錄盐(isothiazolidiumsalts)、异噁唑鑰盐(isoxazolidiumsalts)等。含氮杂环化合物的捵化物的示例包括l-曱基-3-丙基咪唑碘(l-methyl-3-propylimidazoliumiodide)、1-曱基-3-异丙基咪唑*典、l-甲基-3-丁基咪唑碘、l-甲基-3-异丁基咪唑坱、l-曱基-3-仲丁基咪唑碘、l-曱基-3-戊基咪唑碘、l-曱基-2-异戊基咪唑碘、l-甲基-2-己基咪喳碘、l-甲基-3-异己基咪唑碘、l-曱基-3-乙基咪唑碘、1，2-二曱基-3-丙基咪唑碘、吡咯烷鎗碘(pyrrolidiniumiodide)。氧化还原衍生物被构造为提供1713-氧化还原电对。例如，可通过将碘溶解在磺化物熔融盐中，或者将碘或磺化物溶解在除碘化物之外的化合物的熔融盐中，来制备1713-氧化还原电对。根据一个实施例的聚合物凝胶电解质组合物还可包括选自于由乙腈、醇、四氢呋喃、丙酮、二甲亚砜、二曱基甲酰胺、曱氧基乙腈和它们的组合组成的组的挥发性有机溶剂。挥发性有机溶剂增大了氧化还原电对的溶解度，并减小了由聚合物的加入引起的粘度增加。然而，挥发性有机溶剂在染料敏化太阳能电池的工作过程中会挥发，导致电解质损失和电导率降低。因此，在一个实施例中，挥发性有机溶剂在染料敏化太阳能电池的制造过程中会挥发。基于聚合物电解质凝胶组合物的总重量，挥发性有机溶剂可以以小于或等于大约30wt。/。的量存在。根据一个实施例，挥发性有机溶剂可以以大约10wt。/。至大约20wt。/。的量存在。聚合物凝胶电解质组合物不包含聚合物聚合引发剂、交联剂等。它是通过固相的第二聚合物形成的物理凝胶。聚合物凝胶电解质组合物易于渗透到光吸收层的孔中，并可提供高的离子电导率和机械强度。根据另一实施例，可以描述包含聚合物凝胶电解质组合物作为电解质的染料敏化太阳能电池。图1是示出根据一个实施例的染料敏化太阳能电池的结构的剖4见图。参照图1，染料敏化太阳能电池IO可具有层状结构。所述结构包括两个板状的透明电极彼此面对的第一电极11和第二电极14。光吸收层12设置在第一电极11的面向第二电极14的表面上。两个电极11和14之间的空间填充有电解质13。光吸收层12可包括多孔膜(未示出)和吸收到多孔膜的染料分子，所述多孔膜包含半导体颗粒。在工作过^f呈中，太阳光束进入染料敏化太阳能电池，光吸收层12中的染料分子吸收光子。已吸收了光子的染料分子被从基态激发，这称作电子迁移，从而形成电子-空穴对。激发的电子被注入到半导体颗粒界面上的导带中。注入的电子通过界面迁移到第一电极11，随后它们通过外部电路迁移到第二电极14。由电子迁移导致被氧化的染料被电解质13中的氧化还原电对的离子还原。氧化的离子与已到达第二电极14的界面的电子发生还原反应，以获得电中性。在一个实施例中，第一电极(工作电极、半导体电极)ll可包括透明基底和设置在透明基底上的导电层。透明基底可由透射外部光的任何透明材料(例如玻璃或塑料材料)来形成。塑料材料的非限制性示例可包括聚对苯二甲酸乙二醇斷PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三醋酸纤维素(TAC)和它们的聚合物。透明基底可以掺杂有选自于由Ti、In、Ga和Al组成的组的掺杂材料。导电层可以设置在透明基底上。导电层可包括从由氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、ZnO-(Ga203或A1203)、锡基氧化物、氧化锑锡(ATO)、氧化锌和它们的组合组成的组中选择的导电金属氧化物。由于Sn02或ITO具有良好的导电性、透明度和耐热性，所以Sn02或ITO可以是适合的。导电层可包括单层的或多层的导电金属氧化物。光吸收层12可形成在第一电极11上。光吸收层12可包括多孔膜，包含半导体颗粒；光敏染料，吸收在多孔膜的表面上。多孔膜具有非常微小且均匀的纳米孔，并包含具有非常微小且均匀的粒径的半导体颗粒。半导体颗粒可以是以硅为代表的单质半导体、化合物半导体或钙钛矿化合物。半导体可以是导带的电子通过光学激发变成栽流子并提供阳极电流的n型半导体。化合物半导体的示例包括氧化物，所述氧化物包括从由Ti、Zr、Sr、Zn、In、Yr、La、V、Mo、W、Sn、Nb、Mg、Al、Y、Sc、Sm、Ga、In、和TiSr组成的组中选择的至少一种金属。根据一个实施例，化合物半导体可以是1102、Sn02、ZnO、W03、Nb205、TiSr03或它们的混合物。根据另一个实施例，化合物半导体可以是锐钛矿Ti02。半导体不局限于上述材料，可以单独使用或者组合使用上述材料。半导体颗粒可具有大的表面积，以使吸收到半导体颗粒的表面上的染料吸收大量的光。可以根据制造多孔膜的任何传统方法来制造多孔膜。根据一个实施例，可以根据通过合适地调节处理条件来控制多孔膜的膜密度的机械颈缩(necking)处理来制造多孔膜。多孔膜的表面吸收吸收外部光并产生被激发的电子的染料。染料可以是金属复合物，所述金属复合物包括从由铝(A1)、铂(Pt)、把(Pd)、铕(Eu)、铅(Pb)、铱(Ir)、钌(Ru)等组成的组中选择的至少一种。由于钌属于铂系元素且能形成许多有机金属复合物，所以钌可用作染料。也可采用有机染料，例如香豆素、卟啉、(夹)氧杂蒽(xanthene)、核黄素、三苯曱烷等。在以上描述中，光吸收层12可具有由包含半导体颗粒的多孔膜和吸收在多孔膜上的染料构成的双层结构，但是它可通过还包括在获得光吸收层之后的溶剂洗涤工艺而具有单层结构。在一个实施例中，光吸收层12可具有大约15pm或更小的厚度。根据另一实施例，所述厚度的范围为大约1pm至大约15nm。第二电极(对电极)14形成为基本与第一电极11相对，光吸收层12置于第一电极11和第二电极14之间。第二电极14可包括面向第一基底11的透明电极和透明基底、形成在透明基底上的催化电极(未示出)。可以由作为第一电极的玻璃或塑料材料来形成透明基底。塑料的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚>灰酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三醋酸纤维素等。透明电极设置在透明基底上。透明电极可以由透明材料例如氧化铟锡、氧化氟锡、氧化锑锡、氧化锌、氧化锡、ZnO-Ga203、ZnO-Al203等来形成。透明电极可包括单层膜或多层膜。催化电极设置在透明电极上。催化电极用于活化氧化还原电对，并包括从由铂(Pt)、金(Au)、钌(Ru)、钇(Pd)、铑(Rh)、铱(Ir)、锇(Os)、碳(C)、W03、Ti02和导电聚合物组成的组中选择的导电材料。在一个实施例中，催化电极可以是多孔的，以增大表面积，从而提高催化剂的效果。例如，Pt或Au可具有黑态(blackstate)(这里，"黑态，，指不装载在栽体上的状态)，碳可具有多孔态。具体地讲，可通过溅射法、氯铂酸法等来获得铂黑态。此外，可通过烧结碳颗粒或焙烧有机聚合物来获得多孔碳。第二电极14具有穿透第二电极的通孔(未示出)。通孔4吏得当第一电极11与第二电极14结合时多余的电解质13从太阳能电池排出。这种构造允许填充电解质，而不会在太阳能电池内部产生孔和气泡。在另一实施例中，多于两个的通孔可形成在第二电极14中，以将多余的电解质引导至外部。根据另一实施例，形成多于三个的通孔。第一电极11与第二电极14结合之后，采用粘合材料和防护玻璃(coverglass)将所述孔密封。如上所述，电解质13置于第一电极11和第二电极14之间。在上述的实施例中，电解质13可以基本均匀地分散在光吸收层12的多孔膜内部。电解质13可包含与如上所述的聚合物凝胶电解质组合物相同的聚合物凝胶电解质组合物。电解质13可以是具有相同粘度的单层聚合物凝胶电解质，或者可以是粘度从第一电极11向第二电极14增大的多层聚合物凝胶电根据另一实施例，光吸收层12的多孔膜中的电解质的粘度低于置于多孔膜和第二电极14之间的电解质的粘度。这种构造有利于将电解质传输到多孔膜的孔中。根据又一实施例，多孔膜中的电解质的粘度比置于多孔膜和第二电极14之间的电解质的粘度低大约IO倍至大约100倍。可利用包括将光吸收层12设置在第一电极11上的方法来制造染料敏化太阳能电池10。光吸收层12可包括其中吸收有染料的多孔膜。所述方法还包括采用聚合物凝胶电解质组合物涂覆光吸收层12。所述组合物包括重均分子量为大约500或更小的第一聚合物或非挥发性液体单分子、重均分子量为大约2000或更大的第二聚合物、无机纳米颗粒和氧化还原衍生物，以提供聚合物凝胶电解质13。所述方法还包括将第二电极14放置在聚合物凝胶电解质上，以使第二电极14面向第一电极11。应该理解，为了制造具有上述结构的太阳能电池可采用各种方法。在另一实施例中，可提供聚合物凝胶电解质，同时在第一电极和第二电极之间产生粘度梯度。例如，首先可提供较低粘度的组合物，然后可顺序地提供较高粘度的组合物，或者反之亦然。这种构造有利于将较低粘度的聚合物凝胶电解质组合物传输到多孔膜的孔中，并对多孔膜上的较高粘度的聚合物凝胶电解质组合物提供良好的机械强度。图2示出了包含不同粘度的电解质的根据另一实施例的染料敏化太阳能电池的制造工艺。如图2所示，光吸收层12形成在第一电极上(S1)。第一电极11可以与上述的第一电极相同，并可根据任何合适的制造方法来制造。例如，可通过根据电镀或溅射工艺、电子束沉积工艺等在透明基底上形成包含导电材料的导电层来获得第一电极11。多孔膜形成在第一电极ll上，染料分子被吸收在多孔膜中，以提供光吸收层12。可通过以下过程来获得多孔膜将半导体颗粒分散在溶剂(例如醇、水等)中，以提供用于多孔膜的組合物；根据任何合适的涂覆工艺将所述組合物涂覆在第一电极上；加热所得物或者使所得物机械颈缩(necking)。随后，用包含染料的分散溶液喷射、涂覆或浸渍多孔膜，以使染料吸收在多孔膜中。可通过将多孔膜在包含染料的分歉溶液中浸渍大约12小时，来使染料吸附在多孔膜中的半导体颗粒的表面上。这里，染料可以与上述的染料相同。溶剂是非限制性的，但是可以包括乙腈、二氯甲烷、醇系溶剂等。此外，含有染料的分散溶液还可包含各种有机着色剂，以提高对长波长可见光的吸收。形成染料层之后，用溶剂洗涂所得物，以提供单层的光吸收层12。将具有较低粘度的第一聚合物凝胶电解质组合物涂覆在获得的光吸收层12上，以提供第一聚合物凝胶电解质13a(S2)。第一聚合物凝胶电解质组合物可以与上述的聚合物凝胶电解质相同。第一聚合物凝胶电解质13a可具有较低粘度(例如，大约10cP至大约50cP)，以有利于将其传输到多孔膜的孔中。根据另一实施例，粘度范围可以为大约10cP至大约30cP。可根据第一聚合物或非挥发性有机溶剂的量来合适地调节第一聚合物凝胶电解质的粘度范围。可利用从由丝网印刷、喷涂、刮刀涂覆、照相凹版式涂覆(gravurecoating)、浸渍涂覆、丝网法、涂抹(painting)、狭缝模具式涂覆(slotdiecoating)、旋涂和它们的组合组成的组中选择的方法来涂覆第一聚合物凝胶电解质组合物。可根据组合物粘度来选择涂覆方法。根据一个实施例，由于可以以均匀的厚度将组合物涂覆在多孔膜上，所以可采用刮刀涂覆。形成第一聚合物凝胶电解质13a之后，涂覆较高粘度的聚合物凝胶电解质组合物，以提供第二聚合物凝胶电解质13b(S3)。聚合物凝胶电解质组合物可以与上述的聚合物凝胶电解质相同。然而，根据另一实施例，第二聚合物凝胶电解质13b可具有范围为大约100cP至大约5000cP的粘度，以提供良好的机械强度。根据另一实施例，粘度范围可以为大约500cP至大约3000cP。可根据第一聚合物和第二聚合物或非挥发性有机溶剂的量来合适地调节第二聚合物凝胶电解质的这种粘度控制。可根据上述方法来涂覆较高粘度的聚合物凝胶电解质组合物。涂覆第一或第二聚合物凝胶电解质组合物之后，还可包括使第一或第二聚合物凝胶电解质中包含的挥发性有机溶剂挥发。可通过自然蒸发或真空干燥来进行所述挥发工艺。因而，可防止形成气泡或孔，增大了聚合物凝胶电解质和第二电极之间的接触界面。另外，制备第二电极14，并将第二电极14设置在第二聚合物凝胶电解质13b上。随后，第二电极14与第一电极11结合(S4)，以提供染料敏化太阳能电池(S5)。第二电极14可包括如上所述的透明基底、透明电极、催化电极，并可根据任何传统的方法来制造。可通过任何合适的方法使第一电极11与第二电极14结合。例如，可通过利用粘合材料^f吏第一电极11与第二电极14结合。粘合材料15可包括热塑性聚合物膜，例如一种商品名为Surlyn的热塑性聚合物膜(可从杜邦公司(E.I.duPontdeNemoursandCompany)获得)。热塑性聚合物膜置于两个电极之间，并被热压，从而密封两个电极。粘合材料还可包括环氧树脂或紫外线(UV)硬化剂。这里，执行热处理或UV处理之后，粘合材料^硬化。当热压第一电极11和第二电极14时，多余的电解质13通过第二电极14的通孔16溢出。因而，可通过将多余的电解质通过通孔引导至外部来基本均匀地填充电解质，而不在太阳能电池内部产生孔。通过上述工艺制造的染料敏化太阳能电池包括聚合物凝胶电解质，所以它可提高电池稳定性和耐久性。下面的示例更加详细地示出了本公开。然而，应该理解，本公开不受这些示例的限制。示例1将1-丙基-3-曱基。米哇石典(l-propyl誦3-methylimidazoliumiodide)以1.20mol/L并将碘以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDME，重均分子量为250g/mol)中，以制备混合溶液。将10wt。/o的聚环氧乙烷(重均分子量为1，000，000g/mol)加入到混合溶液中，然后搅拌。接着，将10wt。/。的氧化钛纳米颗粒(P-25，平均粒径为30nm，可从德国杜塞尔多夫(Diisseldorf)的Degussa公司获得)加入到溶液中，并通过搅拌和超声波打磨处理(ultra-sonicationgrinding)将其分散，以制备粘度为1800cP的聚合物凝胶电解质组合物。将30wt。/。的平均粒径为20nm的1102半导体颗粒分散在100ml乙酰丙酮中，以制备用于多孔膜的组合物。利用刮刀(doctorblade)以5mm/s的速度将所述组合物涂覆到其上涂覆有氧化铟锡(掺杂了氧化锡的铟)的基底电阻为10ft/o的透明玻璃基底上。执行千燥和压制，以形成包含Ti02的多孔膜。多孔膜具有0.035mm的厚度。将其上形成有多孔膜的第一电极在0.3mmol/L的Ru(4，4-二羧基-2，2'-联吡咬MNCS)2溶液中浸泡24小时，以使染料吸收在多孔膜上。用乙醇洗涤其上吸收了染料的多孔膜。将聚合物凝胶电解质组合物涂覆在其上包含多孔膜的第一电极上，从而形成电解质层。通过在真空下干燥使聚合物凝胶电解质组合物中的挥发性有机溶剂挥发。通过'减射使其上涂覆有氧化铟锡的基底电阻为10H/口的透明玻璃基底沉积有铂，以形成表面电阻为0.5ft的催化电极。因而，制造出第二电极。通过直径为0.75mm的钻头来形成穿透第二电极的通孔。将第一电极上的电解质布置为面向第二电极，随后将6(Hmi厚的热塑性聚合物膜置于第一电极的透明基底和第二电极的透明基底之间。将第一电极和第二电极在80。C下热压9秒种，以组装第一电极和第二电极。通过第二电极的通孔去除多余的电解质，随后密封第二电极的通孔，从而制造出染料敏化太阳能电池。示例2除了采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二曱醚来制备粘度为1900cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例3除了采用碳酸亚乙酯(分子量为88.1g/mol)非挥发性液体化合物代替聚乙二醇二曱醚来制备粘度为1700cP(在25。C下)的聚合物凝胶电解质组合物之外，才艮据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例4除了采用碳纳米管(平均粒径为30nm)代替氧化钛纳米颗粒并采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二曱醚来制备粘度为1800cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例5除了采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二甲醚和氧化铟锡(平均粒径为30nm)来制备粘度为1800cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例6除了采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二曱瞇和氧化钛纳米颗粒(JA-01,可从日本的Tayca公司获得，平均粒径为180nm)来制备粘度为1800cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例7除了采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二甲醚和氧化钛纳米颗粒(合成的颗粒，平均粒径为10nm)来制备粘度为1900cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例8除了采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二甲醚和氣化钛纳米颗粒(合成的颗粒，平均粒径为100nm)来制备粘度为1900cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，才艮据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例9除了采用重均分子量为500g/mol的聚乙二醇二甲醚和氧化钛纳米颗粒(合成的颗粒，平均粒径为1^im)来制备粘度为1600cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例10将l-丙基-3-甲基咪唑石典以1.20mol/L并将碘(12)以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDME,重均分子量为250g/mol)中，以制备混合溶液。将10wt。/。的聚环氧乙烷(重均分子量为1，000，000g/mol)加入到混合溶液中，然后搅拌。将10wt。/。的氧化钛纳米颗粒(P-25，平均粒径为30nm，可从Degussa公司获得)和20wt%的乙腈加入到溶液中，并通过搅拌和超声波打磨处理将其分散，以制备粘度为1000cP的聚合物凝胶电解质组合物。采用聚合物凝胶电解质组合物，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例11除了按lwt。/。的量使用氧化钛纳米颗粒来制备粘度为1200cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例10的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例12除了按5wt。/。的量使用氧化钛纳米颗粒来制备粘度为1100cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例IO的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例13除了按20wt。/。的量使用氧化钛纳米颗粒来制备粘度为920cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例IO的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例14除了按30wt。/。的量使用氧化钛纳米颗粒来制备粘度为850cP的聚合物凝胶电解质组合物之夕卜，根据与示例10的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例15除了按15wt。/。的量使用氧化钛納米颗粒来制备粘度为1000cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例IO的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例16除了按40wt。/。的量使用氧化钛纳米颗粒来制备粘度为800cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例10的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例17除了使用重均分子量为400g/mol的聚乙二醇二甲醚来制备粘度为2000cP的聚合物凝胶电解质组合物之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。示例18将l-丙基-3-曱基咪唑碘以1.20mol/L并将碘以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDME，重均分子量为250g/mol)中，以制备混合溶液。将10wt。/。的聚环氧乙烷(重均分子量为1，000，000g/mol)力。入到混合溶液中，然后搅拌。将10wtQ/。的氧化li纳米颗粒(P-25，平均粒径为30nm，可从Degussa公司获得)和20wt。/。的乙腈加入到溶液中，并通过搅拌和超声波打磨处理将其分散，以制备粘度为25cP至30cP的第一聚合物凝胶电解质组合物。除了使用5wt。/。的乙腈之外，根据与第一聚合物凝胶电解质组合物的制备方法相同的方法来制备第二聚合物凝胶电解质组合物。将30wt。/。的平均粒径为20nm的1102半导体颗粒分散在100ml乙酰丙酮中，以制备用于多孔膜的组合物。利用刮刀以5mm/s的速度将所述组合物涂覆到其上涂覆有氧化铟锡(掺杂了氧化锡的铟)的基底电阻为10Q/a的透明玻璃基底上。执行干燥和压制，以形成包含Ti02的多孔膜。多孔膜具有0.035mm的厚度。将其上形成有多孔膜的第一电极在0.3mmol/L的Ru(4，4-二羧基-2，2'-联吡啶MNCS)2溶液中浸泡24小时，以使染料吸收在多孔膜上。用乙醇洗涤其上吸收了染料的多孔膜。将第一聚合物凝胶电解质組合物涂覆在其上包含多孔膜的第一电极上，从而形成第一电解质层。通过在真空下干燥使第一聚合物凝胶电解质组合物中的挥发性有机溶剂挥发。将第二聚合物凝胶电解质组合物涂覆在其上包括第一电解质层的第一电极上，以形成第二电解质层。通过溅射使其上涂覆有氧化铟锡的基底电阻为ion/口的透明玻璃基底沉积有铂，以形成表面电阻为0.5Q的催化电极。因而，制造出第二电极。通过直径为0.75mm的钻头来形成穿透第二电极的通孔。将第一电极上的电解质布置为面向第二电极，随后将60nm厚的热塑性聚合物膜置于第一电极的透明基底和第二电极的透明基底之间。将第一电极和第二电极在80。C下热压9秒种，以组装第一电极和第二电极。通过第二电极的通孔去除多余的电解质，随后密封第二电极的通孔，从而制造出染料敏化太阳能电池。对比例1将l-丙基-3-甲基咪哇碘以1.20mol/L并将碘以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDME,重均分子量为250g/mol)中，以制备混合溶液。将30wt。/。的平均粒径为20nm的1102半导体颗粒分散在100ml乙,酰丙酮中，以制备用于多孔膜的组合物。利用刮刀以5mm/s的速度将所述组合物涂覆到其上涂覆有氧化铟锡(掺杂了氧化锡的铟)的基底电阻为1的透明玻璃基底上。执行干燥和压制，以形成包含Ti02的多孔膜。多孔膜具有0.035mm的厚度。将其上形成有多孔膜的第一电极在0.3mmol/L的Ru(4，4-二羧基-2，2'-联吡啶HNCS)2溶液中浸泡24小时，以使染料吸收在多孔膜上。用乙醇洗涤其上吸收了染料的多孔膜，以制备光吸收层。通过溅射使其上涂覆有氧化铟锡的基底电阻为10Q/d的透明玻璃基底沉积有铂，以形成表面电阻为0.5Q的催化电极。因而，制造出第二电极。通过直径为0.75mm的钻头来形成穿透第二电极的通孔。将第一电极上的光吸收层布置为面向第二电极，随后将60pm厚的热塑性聚合物膜置于第一电极的透明基底和第二电极的透明基底之间。将第一电极和第二电极在80。C下热压9秒种，以组装第一电极和第二电极。将如上制备的电解质注入到第二电极的通孔中。用热塑性树脂膜和防护玻璃来密封通孔，从而制造出染料敏化太阳能电池。对比例2将l-丙基-3-曱基咪唑碘以1.20mol/L并将捵以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDME，重均分子量为250g/mol)中，以制备混合溶液。将10wt。/。的二氧化磋纳米颗粒(平均粒径为30nm)(气相二氧化硅，可从Mo的St.Louis的Aldrich获得)加入到混合溶液中，随后通过搅拌和超声波打磨处理将其分散，以制备粘度为3000cP的聚合物凝胶电解质组合物。使用聚合物凝胶电解质组合物，根据与对比例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。对比例3将l-丙基-3-曱基咪峻碘以1.20mol/L并将碘以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二曱醚(PEGDME，重均分子量为250g/mol)中，以制备混合溶液。将10wt。/。的聚环氧乙烷(重均分子量为1,000，000g/mol)加入到混合溶液中，随后通过搅拌和超声波打磨处理将其a,以制备粘度为2000cP的聚合物凝胶电解质組合物。使用聚合物凝胶电解质组合物，才艮据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。对比例4除了使用重均分子量为750g/mol的聚乙二醇二甲醚之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。对比例5除了使用重均分子量为lOOOg/mol的聚乙二醇二曱醚之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。对比例6除了将l-丙基-3-曱基咪唑碘以1.20mol/L并将碘以0.12mol/L溶解在溶剂聚乙二醇二曱醚(PEGDME，重均分子量为400g/mol)中以制备用作电解质的混合溶液之外，根据与对比例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。对比例7将l-丙基-3-甲基咪峻碘以1.20mol/L并将碘以0.12mol&溶解在溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDME，重均分子量为400g/mol)中，以制备混合溶液。将10wt。/o的聚环氧乙烷(重均分子量为1，000，000g/mol)加入到混合溶液中，搅拌，以制备粘度为2200cP的聚合物凝胶电解质组合物。使用聚合物凝胶电解质组合物，根据与示例1的方法相同的方法来制造染料敏化太阳能电池。对比例8除了使用重均分子量为750g/mol的聚乙二醇二甲醚之外，根据与示例1的方法相同的方法来制造聚合物凝胶电解质组合物。将30wt。/。的平均粒径为20nm的1102半导体颗粒分散在100ml乙酰丙酮中，以制备用于多孔膜的组合物。利用刮刀以5mm/s的速度将所述组合物涂覆到其上涂覆有氧化铟锡(掺杂了氧化锡的铟)的基底电阻为10n/::的透明玻璃基底上。执行干燥和压制，以形成包含Ti02的多孔膜。多孔膜具有0.035mm的厚度。将其上形成有多孔膜的第一电极在0.3mmol/L的Ru(4,4-二羧基-2,2'-联吡啶MNCS)2溶液中浸泡24小时，以使染料吸收在多孔膜上。用乙醇洗涤其上吸收了染料的多孔膜。将聚合物凝胶电解质组合物涂覆在其上包含多孔膜的第一电极上，从而形成电解质层。通过'减射使其上涂覆有氧化铟锡的基底电阻为100/口透明玻璃基底沉积有柏，以形成表面电阻为0.5Q的催化电极。因而，制造出第二电极。将第一电极上的电解质布置为面向第二电极，随后将60pm厚的热塑性聚合物膜置于第一电极的透明基底和第二电极的透明基底之间。将第一电极和第二电极在80。C下热压9秒种，以组装第一电极和第二电极。在电解质填充方面对根据示例1和对比例8的染料敏化太阳能电池进行了评价。评价结果示出在图3A和图3B中。图3A是填充在才艮据示例1的太阳能电池中的电解质的照片，图3B是填充在才艮据对比例8的太阳能电池中的电解质的照片。标号16指第二电极的通孔。如图3A和3B所示，在根据示例1的太阳能电池中，通过穿透第二电极的通孔去除过量的电解质，从而完全地填充聚合物电解质，以实现电解质和第二基底之间的完全粘附。相反，在根据对比例8的没有通孔的太阳能电池中，没有完全填充电解质，从而在电解质和笫二电极之间实现不完全接触。测量根据示例1至示例3以及对比例2至对比例5的太阳能电池的离子电导率(mS/cm)、开路电压(V)、短路电流(mA/cm2)、填充系数(％)和光电效率(%)。测量结果示出在下面的表l中。这里，使用Oriel01193氯灯(可从美国Newport公司获得)作为光源，通过利用标准光电电'池(FrunhoferInstituteSolareEngeriessysteme,i人i正号C-ISE369,材料类型单晶硅+KG填充料(Mono-Si+KGfiter))来校正氙灯的曰光条件(AM1.5)。填充因子是通过VmpxJmp除以VocxJsc获得的数值，其中，Vmp是处于最大电功率下的电流密度，Jmp是处于最大电功率下的电压。太阳能电池的光电效率Ol)是太阳能转化为电能的转化效率，可通过如下面的等式1所示的太阳能电池电能(电流X电压X填充因子)除以每单位面积的能量(Pinc)来获得。ri=(Voc.Jsc.FF)/(Pinc)其中，Pinc是100mW/cm2(1sun)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>如表1所示，根据示例1至示例3的包含电解质的太阳能电池与对比例2至对比例5的太阳能电池相比显示出良好的电池特性。包含重均分子量大于500g/mol的第一聚合物的根据对比例4至对比例5的太阳能电池显示出较低的特性。这些结果表明第一聚合物的特性对电池特性具有的大的影响。包含由第一聚合物、第二聚合物和Ti02納米颗粒组成的聚合物凝胶电解质的根据示例1的太阳能电池与包含聚合物凝胶电解质(其中，通过添加二氧化硅纳米颗粒来使第一聚合物凝胶化)的根据对比例2的太阳能电池相比表现出高的离子电导率和短路电流。由这样的事实导致了这些结果，即，用于凝胶剂的二氧化硅纳米颗粒由于弱的颗粒相互作用而降低了电解质的凝胶化，且由于凝胶化而使得电解质离子电导率劣化。示例1中的Ti02纳米颗粒与对比例2中的二氧化硅纳米颗粒相比在提高离子电导率和光散射作用方面具有更多的优势。通过SEM照相来评价根据示例1和对比例4的太阳能电池的多孔膜的截面。结果示出在图4A和图4B中。图4A是示出将电解质填充在根据示例1的太阳能电池中的多孔膜的截面的SEM照片。图4B是示出将电解质填充在才艮据对比例4的太阳能电池中的多孔膜的截面的SEM照片。如图4A和图4B所示，随着第一聚合物的重均分子量变大，粘度增大。随着分子尺寸增大，电解质不完全地侵入到多孔膜的纳米孔中，电解质离子电导率降低。为了评价取决于无机纳米颗粒的添加和无机纳米颗粒的平均粒径的太阳能电池特性，测量了才艮据示例2、示例4至示例9以及对比例3的太阳能电池的开路电压(V)、短路电流(mA/cm2)、填充系数(％)和效率(％)。结果示出在下面的表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>如表2所示，包含添加了各种无机纳米颗粒的聚合物凝胶电解质的根据示例2、示例4至示例9的太阳能电池与包含没有无机纳米颗粒的聚合物电解质的对比例3的太阳能电池相比显示出良好的电池效率。这些结果还表明短路电流根据Ti02纳米颗粒的平均粒径而变化。例如，包含1000nm的7102颗粒的根据示例9的太阳能电池由于颗粒的比表面积减小而表现出开路电流显著减小。即使短路电流由于比表面积的增大而增大，包含粒径小于或等于10nm的Ti02颗粒的才艮据示例7的太阳能电池由于光散射作用的减小也显示出略孩i减小的短路电流。这些结果表明，可优选地使用平均粒径小于lnm的无机纳米颗粒。根据一个实施例，无机纳米颗粒可具有大于或等于10nm且小于l拜的平均粒径。为了评价取决于无机纳米颗粒的量的电池特性，如上所述来测量根据示例IO至示例16的太阳能电池的开路电压(V)、短路电流(mA/cm2)、填充系数(%)和效率(％)。结果示出在下面的表3中。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>如表3所示，当以lwt。/o至30wt。/。的量来使用氧化钛納米颗粒时，更高地提髙了效率。当氧化钛纳米颗粒为5wt。/。时，效率提高的最大。包含40wt0/0的氧化钛纳米颗粒的示例16显示出短路电流显著减小，从而劣化了效率。这些结果表明，电解质电池中的多余的量的无机纳米颗粒减少了填充在电解质中的离子量，从而太阳能电池的氧化还原反应不顺利地发生。为了评价#据示例17和对比例6、对比例7的太阳能电池的光电效率,测量光电流-电压。从测量的光电流-电压曲线，计算出短路电流、开路电压、填充系数和光电效率。结果示出在图5和下面的表4中。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>图5示出了根据示例17和对比例6、对比例7的太阳能电池的光电流-电压特性。如表4和图5所示，包括聚合物凝胶电解质的根据对比例7的太阳能电池显示出明显低的电流和光电效率。相反，包含聚合物凝胶电解质(其中，还加入氧化钛无机纳米颗粒)的根据示例17的太阳能电池与包含液体电解质的才艮据对比例6的太阳能电池相比显示出更好的电流和提高更高的效率。测量根据示例17和对比例6、对比例7的太阳能电池的光电荷效率(IPCE:入射光子-电流转化效率)。在图6中示出结果。如图6所示，包含聚合物凝胶电解质的根椐对比例7的太阳能电池与包含液体电解质的根据对比例6的太阳能电池相比显示出具有低的IPCE。由这样的事实导致该结果，即，根据对比例7的太阳能电池除包含液体电解质之外还包含聚合物，以被凝胶化，导致离子电导率和电流产生的减小。相反，在聚合物凝胶电解质中包含氧化钛无机纳米颗粒的根据示例17的太阳能电池显示出由添加了氧化钛而引起的离子电导率的增大，从而电流产生增大。氧化钛无机纳米颗粒由于光散射作用还增大了长波长处的IPCE。相对于才艮据示例17和对比例6、对比例7的太阳能电池，测量电流-电势。从该测量，通过等式2计算出离子扩散系数(Dapp)。在图7中示出结果。等式2其中，在等式2中，U是正常状态下的电流，n是每分子转移的电子的数目，c是浓度，a是铂微电极的直径，F是法拉第(Faraday)常数。如图7所示，在4艮据对比例7的太阳能电池的情况下，离子扩散系数由于粘度的增大而显著减小。然而，在包含添加到电解质中的氣化钛无机纳米颗粒的根据示例17的太阳能电池的情况下，离子扩散系数恢复至与根据对比例6的电解质的液体电解质的离子扩散系数相等。根据与如上所述的方法相同的方法来测量根据示例10的太阳能电池的开路电压(V)、短路电流(mA/cm2)、填充系数(％)和效率(°/。)，并将其与根据对比例1的太阳能电池的结果作比较。在下面的表5中示出结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>如表5所示，根据示例IO的太阳能电池显示出比包含液体电解质的对比例1的效率更高的效率。在根据示例IO的太阳能电池的情况下，即使通过添加聚合物来执行凝胶化，氧化钛无机纳米颗粒也提高了电解质离子电导率。从这些结果可以看出，添加到聚合物凝胶电解质中的无机纳米颗粒与液体电解质相比将电池效率提高了大约4%,并赋予了良好的耐久性。测量根据示例IO和对比例3的太阳能电池的光电荷效率变化(IPCE:入射光子-电流转化效率)。在图8中示出结果。(结果示出在图8中)如图8所示，因为液体电解质中添加的聚合物的凝胶化导致离子电导率和电流产生的减小，所以包含聚合物凝胶电解质的根据对比例3的太阳能电池显示出比示例10的IPCE^^的IPCE。然而，才艮据示例10的太阳能电池的聚合物凝胶电解质中添加的氧化钛无机纳米颗粒增大了离子电导率，从而增大了电流产生。氧化钛无机纳米颗粒由于光散射作用还增大了长波长处的IPCE。测量在才艮据示例10的太阳能电池60天的工作过程中的效率减小(减量)。通过下面的等式3由测量的效率相对于初始效率的比例来获得标准化的效率。在图9中示出结果。等式3标^^的欢举-^^xK)0教始效卓如图9所示，根据示例IO的包含聚合物凝胶电解质的太阳能电池的标准化的效率不减小。根据与如上所述的方法相同的方法来测量根据示例IO至示例18的太阳能电池的开路电压(V)、短路电流(mA/cm2)、填充系数(％)和效率(％)。测量结果示出在下面的表6中。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>如表6所示，才艮据示例18的太阳能电池显示出比示例IO的包含凝胶电解质的太阳能电池的效率高的效率。在根据示例18的太阳能电池的情况下，顺序地涂覆具有各种粘度的聚合物溶液，以改进第一电极和第二电极之间的组装性质。结果，才艮据示例18的太阳能电池显示出更高的效率。在前面的讨论中，称作对比例的例子不是必然地代表现有技术，术语"对比例"并不构成对现有技术的陈述。当根据一个实施例的用于染料敏化太阳能电池的电解质应用于染料敏化太阳能电池时，该电解质提高了离子电导率，并增强了电池稳定性和耐久性。虽然结合当前被认为是实践性的示例性实施例的内容描述了本公开，但是应该理解，本发明不局限于实施例，相反，本公开意在覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。权利要求1、一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物，包括第一聚合物，具有小于或等于大约500的重均分子量；第二聚合物，具有大于或等于大约2000的重均分子量；无机纳米颗粒。2、如权利要求1所述的组合物，其中，所述第一聚合物包括液相的聚合物。3、如权利要求1所述的组合物，其中，所述第一聚合物包括从由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚烷基醚、聚亚烷基亚胺、聚亚烃化硫、两种或更多种前述物质的共聚物、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的至少一种。4、如权利要求1所述的组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述第一聚合物的量为大约lwt。/。至大约95wt0/。。5、如权利要求1所述的组合物，其中，第二聚合物包括固相的聚合物。6、如权利要求1所述的组合物，其中，所述第二聚合物包括从由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚亚烷基亚胺、聚亚烃化硫、聚偏二卣乙烯、两种或更多种前述物质的共聚物、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的至少一种。7、如权利要求1所述的组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述第二聚合物的量为大约lwt。/。至大约20wt%。8、如权利要求1所迷的组合物，其中，所述无机納米颗粒包括从由碳基材料、金属氧化物和它们的组合组成的组中选择的至少一种。9、如权利要求8所述的组合物，其中，所述碳基材料包括从由石墨、超导电乙炔黑、超导电碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性炭、富勒烯和它们的组合组成的组中选择的至少一种。10、如权利要求8所述的组合物，其中，所述金属氧化物包括从由Al、Si、Sn、Zr、Ti、W、Zn、In、Ba、Nb、Ta、La、Sr、Y、Ho、Bi、Ce和它们的组合组成的组中选择的一种的氧化物。11、如权利要求1所述的组合物，其中，所述无机纳米颗粒具有小于大约lpm的平均粒径。12、如权利要求1所述的組合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述无4几纳米颗丰立的量为大约lwtn/o至大约30wt%。13、如权利要求1所述的组合物，还包括氧化还原衍生物，其中，所述氧化还原衍生物被构造为产生1/v氧化还原电对。14、如权利要求1所述的组合物，还包括从由乙腈、醇、四氢吹喃、丙酮、二曱亚砜、二甲基甲酰胺、甲氧基乙腈、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的挥发性有机溶剂。15、如权利要求l所述的组合物，其中，所述组合物为凝胶的形式。16、一种染料敏化太阳能电池，包含如权利要求1所述的組合物。17、如权利要求16所述的太阳能电池，还包括第一电极；第二电极，与所述第一电极基本相对，其中，所述组合物置于所述第一电极和所述第二电极之间。18、如权利要求17所述的太阳能电池，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个基本上是透明的。19、如权利要求17所述的太阳能电池，还包括第一层，置于所述第一电极和所述第二电极之间，所述第一层包含具有第一粘度的组合物；第二层，置于所述第一层和所述第二电极之间，所述第二层包含具有第二粘度的组合物，所述第二粘度不同于所述第一粘度。20、如权利要求17所述的太阳能电池，其中，所述组合物具有从所述第一电极向所述第二电极增大的粘度梯度。21、一种包括如权利要求16所述的太阳能电池的装置，其中，所述装置选自于由玻璃温室或建筑的外部玻璃墻组成的组。22、一种用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物，包括非挥发性非聚合的液体化合物，具有小于或等于大约500的分子量；聚合的化合物，具有大于或等于大约2000的重均分子量；无机纳米颗粒。23、如权利要求22所述的组合物，其中，所述非聚合的化合物包括从由碳酸亚烃酯、室温熔融盐和它们的组合组成的组中选择的一种。24、如权利要求23所述的组合物，其中，所述室温溶融盐包括含有咪唑総盐的离子液体化合物。25、如权利要求22所述的组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述非聚合物的化合物的量为大约lwt。/。至大约95wt0/0。26、如权利要求22所述的组合物，其中，所述聚合的化合物包括固相的聚合物。27、如权利要求22所述的组合物，其中，所述聚合的化合物包括从由聚环氧烷、聚丙烯腈、聚亚烷基亚胺、聚亚烃化硫、聚偏二卣乙烯、两种或更多种前述物质的共聚物、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的至少一种。28、如权利要求22所述的组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述聚合的化合物的量为大约lwtM至大约20wt%。29、如权利要求22所述的组合物，其中，所述无机纳米颗粒包括从由碳基材料、金属氧化物和它们的组合组成的组中选择的至少一种。30、如权利要求29所述的组合物，其中，所述碳基材料包括从由石墨、超导电乙炔黑、超导电碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性炭、富勒烯和它们的组合组成的组中选择的至少一种。31、如权利要求29所述的组合物，其中，所述金属氧化物包括从由Al、Si、Sn、Zr、Ti、W、Zn、In、Ba、Nb、Ta、La、Sr、Y、Ho、Bi、Ce和它们的组合组成的组中选择的一种的氧化物。32、如权利要求22所述的组合物，其中，所述无机纳米颗粒具有小于大约1^im的平均粒径。33、如权利要求22所述的组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述无机纳米颗粒的量为大约lwt。/。至大约30wt%。34、如权利要求22所述的组合物，还包括氧化还原衍生物，其中，所述氧化还原衍生物被构造为产生1/V氧化还原电对。35、如权利要求22所述的组合物，还包括从由乙腈、醇、四氩呋喃、丙酮、二甲亚砜、二曱基曱酰胺、曱氧基乙腈、两种或更多种前述物质的混合物组成的组中选择的挥发性有机溶剂。36、如权利要求22所述的组合物，其中，所述组合物为凝胶的形式。37、一种染料敏化太阳能电池，包含如权利要求22所述的组合物。38、如权利要求37所述的太阳能电池，还包括第一电极；第二电极，与所述第一电极基本相对，其中，所述组合物置于所述第一电极和所述第二电极之间。39、如权利要求38所述的太阳能电池，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个基本上是透明的。40、如权利要求38所述的太阳能电池，还包括第一层，置于所述第一电极和所述第二电极之间，所述第一层包含具有第一粘度的组合物；第二层，置于所述第一层和所述第二电极之间，所述第二层包含具有第二粘度的组合物，所述第二粘度不同于所述第一粘度。41、如权利要求38所述的太阳能电池，其中，所述组合物具有从所述第一电极向所述第二电极增大的粘度梯度。42、一种包括如权利要求37所述的太阳能电池的装置，其中，所述装置选自于由玻璃温室或建筑的外部玻璃墙组成的组。43、一种制造染料敏化太阳能电池的方法，所述方法包括在第一电极上方形成光吸收层，所述光吸收层包括多孔膜；在所述光吸收层中或在所述光吸收层上提供如权利要求1所述的组合物，从而形成凝胶电解质；在所述凝胶电解质上方形成第二电极。44、如权利要求43所述的方法，其中，所述组合物还包括从由乙腈、醇、四氢呋喃、丙酮、二甲亚砜、二曱基曱酰胺、曱氧基乙腈、它们的组合组成的组中选择的挥发性有机溶剂，其中，所述方法还包括在提供所述组合物之后使所述挥发性有机溶剂挥发。45、如权利要求43所述的方法，其中，所述提供组合物的步骤包括从所述第一电极向所述第二电极增大所述组合物的粘度。46、如权利要求43所述的方法，其中，所述提供组合物的步骤包括提供具有第一粘度的组合物；提供具有第二粘度的组合物，所述第二粘度不同于所述第一粘度。47、一种制造染料敏化太阳能电池的方法，所述方法包括在第一电极上方形成光吸收层，所述光吸收层包括多孔膜；在所述光吸收层中或在所述光吸收层上提供如权利要求22所述的组合物，从而形成凝胶电解质；在所述凝胶电解质上方形成第二电极。48、如权利要求47所述的方法，其中，所述組合物还包括从由乙腈、醇、四氢呋喃、丙酮、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲氧基乙腈、它们的組合組成的组中选择的挥发性有机溶剂，其中，所述方法还包括在提供所述組合物之后使所述挥发性有机溶剂挥发。49、如权利要求47所述的方法，其中，所述提供组合物的步骤包括从所述第一电极向所述第二电极增大所述组合物的粘度。50、如权利要求47所述的方法，其中，所述提供组合物的步骤包括提供具有第一粘度的组合物；提供具有第二粘度的组合物，所述第二粘度不同于所述第一粘度。51、如权利要求43所述的方法，其中，所述第二电极包括至少两个通孔。52、如权利要求51所述的方法，所述方法还包括在组装所述第一电极和所述第二电极之后通过所述通孔去除多余的聚合物电解质，然后密封所述通孔。全文摘要根据一个实施例的用于染料敏化太阳能电池的电解质组合物包括第一聚合物或非挥发性液体化合物，具有小于或等于500的重均分子量；第二聚合物，具有大于或等于大约2000的重均分子量；无机纳米颗粒；氧化还原衍生物。文档编号C08L63/00GK101182384SQ20071000555公开日2008年5月21日申请日期2007年2月12日优先权日2006年11月17日发明者姜文盛,安光淳,崔在万,文琇津,朴晶远,权问奭,李在官,李知爰,李禾燮,申炳哲申请人:三星Sdi株式会社