光电池的制作方法

专利名称：光电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电池。
背景通常称为太阳能电池的光电池可以转化光如阳光为电能。有一类型光电池通常称为染料敏化太阳能电池(DSC)。
参照

图1，DSC 10的一种实施方案包括第一玻璃基质12和第二玻璃基质14。在每一基质12和14上沉积透明导电涂层，例如掺杂氟的氧化锡层，分别为16和18。DSC 10进一步包括12和14之间夹心的半导体层20(如TiO2粒子)、敏化染料层22、电解质24(如I-/I-3)和催化剂层26(如Pt)。半导体层20沉积在第一基质12的涂层16上。染料层22吸附在半导体层20上，例如为单层。基质12、涂层16、半导体层20和染料层22一起形成工作电极。催化剂层26沉积在第二基质14的涂层18上，和这些组件14、18和26一起形成反电极。电解质24作为氧化还原介质来控制电子从反电极到工作电极的流动。
在使用中，电池10经历产生电子流动即电能的激发、氧化和还原的循环。在染料层22入射光激发染料分子。然后，光激发染料分子将电子注入半导体层20导带中，其使染料分子处于氧化态。注入的电子流经半导体层到外部负载28以提供电能。流经负载28以后，在催化剂层26电子还原电解质24。然后，还原的电解质可以还原氧化态的染料分子返回到它们的中性态。重复激发、氧化和还原这一循环以提供负载连续的电能。
在一些电池制造工艺中，在相对高温，如大约450～500℃烧结基质12、涂层16和半导体层20以提供半导体粒子之间和半导体层和涂层之间的良好接触。结果，一些光电池组件被限制于在相对高温是稳定的材料，例如刚性玻璃。使用材料的限制又引起限制制造工艺的选择，例如分批法。
发明概述该发明涉及光电池。尤其是，该发明涉及具有一种或多种挠性基质的光电池，所述的基质可以在相对低温以连续法制造，例如一卷一卷或一层一层的工艺。例如，在国防、商业、住宅和农业应用的天蓬中可以使用挠性光电池。
在一方面，该发明以制造光电池的方法为特征。方法包括使交联剂与半导体粒子接触，和在光电池中掺入半导体粒子。
实施方法可以包括一个或多个如下特征。交联剂包括有机金属分子，例如金属烷氧基化合物、金属乙酸盐或金属卤化物。交联剂和半导体粒子包括相同的化学元素，如金属，即钛、锆或锌。交联剂和半导体粒子包括相同的化学键，例如金属与非金属键即金属-氧键。交联剂包括溶胶-凝胶母体。
在第一基质上可以放置半导体粒子。方法可以进一步包括电连接第二基质与第一基质。在第一和第二基质之间可以放置半导体粒子。第一和/或第二基质可以是挠性的，例如包括高分子材料即聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯。基质可以包括聚酰亚胺。
方法可以进一步包括在半导体粒子上施加染料。方法可以进一步包括加热第一基质到低于大约400℃。方法可以进一步包括在光电池中掺入聚合电解质。
在另一方面，该发明以光电池为特征，所述的光电池包括其上放置有交联半导体粒子的第一基质和与第一基质电连接的第二基质。
实施方法可以包括一个或多个如下特征。基质之一或二者是挠性的。基质包括高分子材料，例如聚酰亚胺。在第一和第二基质之间是半导体粒子。在第一和第二基质之间电池进一步包括一种高分子聚电解质。聚电解质可包括，例如大约5wt％～大约100wt％，如5wt～60wt％，5wt～40wt％或5wt～20wt％的聚合物，如离子导电聚合物，大约5wt％～大约95wt％，如35～95wt％、60～95wt％或80～95wt％的增塑剂，和大约0.05M～大约10M的氧化还原电解质，如大约0.05M～大约10M，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～大约1M，如0.05～5M、0.05～2M或0.05～1M的碘。电池进一步包括放置在半导体粒子上的染料。
通过一种材料可以交联半导体粒子，所述的材料包括相同的化学元素，如在半导体粒子中的金属钛、锆或锌。通过一种材料可以交联半导体粒子，所述的材料包括与半导体粒子中化学键相同的化学键，如金属与非金属键，如金属-氧键。
在另一方面，本发明以制造光电池的方法为特征，所述的光电池包括(a)形成第一电极，所述的电极包含放置在挠性基质上的半导体粒子，(b)形成包括第二基质的第二电极，和(c)连续接合第一和第二电极形成光电池。
实施方法可以包括一种或多种如下特征。步骤(a)包括半导体粒子与交联剂接触。步骤(a)包括加热第一电极到低于大约400℃，其中，例如在粒子与交联剂接触之后进行加热。步骤(a)包括施加高分子聚电解质到第一电极。聚电解质可包括，例如大约5wt％～大约100wt％，如5wt～60wt％，5wt～40wt％或5wt～20wt％的聚合物，如离子导电聚合物，大约5wt％～大约95wt％，如35～95wt％、60～95wt％或80～95wt％的增塑剂，和大约0.05M～大约10M的氧化还原电解质，如大约0.05M～大约10M，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～大约1M，如0.05～5M、0.05～2M或0.05～1M的碘。第二基质是挠性的。步骤(b)包括在第二基质上形成催化剂。该方法可以进一步包括半导体粒子与染料的接触。
在另一方面，本发明以制造光电池的方法为特征，这里包括形成第一电极，其中包含施加半导体粒子到挠性第一基质上和施加聚合电解质到第一基质上，其中以连续法进行形成第一电极。
实施方法可以包括一种或多种如下特征。该方法进一步包括交联剂和半导体粒子接触。该方法进一步包括在交联剂与半导体粒子接触之后加热第一电极到低于大约400℃。该方法进一步包括使染料与粒子接触。该方法进一步包括形成其上放置有催化剂的第二电极。以连续法形成第二电极。该方法进一步包括连续地接合第一电极和第二电极以形成光电池。
在另一方面，本发明以包括第一电极，第二电极，和第一和第二电极之间的聚合电解质的光电池为特征。聚电解质可包括，例如大约5wt％～大约100wt％，如5wt～60wt％，5wt～40wt％或5wt～20wt％的聚合物，如离子导电聚合物，大约5wt％～大约95wt％，如35～95wt％、60～95wt％或80～95wt％的增塑剂，和大约0.05M～大约10M的氧化还原电解质，如大约0.05M～大约10M，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～大约1M，如0.05～5M、0.05～2M或0.05～1M的碘。
实施方法可以包括一种或多种如下优点。交联半导体粒子可以提供具有良好完整性和稳定性的粒子。结果，在一些情况下，不需要在高温下烧结粒子，由此增加可以用于基质材料的选择。例如，基质可以包括具有相对低温稳定的材料如高分子材料，这种材料可以制造相对重量轻的电池。对具有相对高生产率的连续或半连续制造方法挠性基质是可被改性的。在连续或半连续制造过程中也可以方便地施加高分子聚电解质。结果，可以相对廉价的处理技术和材料完成制造，而且单位成本具有成本效益性和成本竞争性。
除其它限定外，这里使用的全部技术和科学术语与在所属本领域技术人员通常理解的意义是相同的。尽管类似或等价于这里描述的方法和材料可以用在本发明的实际或实验中，但是如下描述了合适的方法和材料。所有出版物、专利申请，专利和其它在此提到的参考文献全面引入作为参考。在冲突情况下，以本发明说明书包括定义对照。另外，材料、方法和实施例仅仅是说明性的而并不具有任何限制。
本发明的其它特征和优点从如下详细的描述和权利要求中将是显而易见的。
附图简述图1是光电池实施方案的截面图。
图2是光电池实施方案的分解图。
图3是生产光电池工艺实施方案的框图示意图。
图4是交联金属氧化物粒子实施方案的示意图。
图5是连续法制造光电池实施方案的示意图。
详细描述参考图2，挠性的光电池30的实施方案包括第一聚合基质32和第二聚合基质34。二种基质32和34都是挠性的并在其上沉积有透明导电涂层(没有显示)。在基质32和34之间，电池30进一步包括染料敏化的半导体层36、高分子聚电解质层38和催化剂层40。基质32和半导体层36一起形成工作电极或光电极；而且基质34和催化剂层一起形成反电极。
图3表示制造电池30工艺50的实施方案。一般在第一基质32上沉积半导体粒子并用化学交联剂处理粒子和基质。例如，然后在相对低温烧结基质32和粒子，取决于用于基质的材料如大约室温～小于大约200℃。烧结之后，用染料溶液处理半导体粒子，然后并用聚合电解质处理。另外在第二基质34上形成催化剂层40。然后一起应用基质32和34形成电池30。
基质32是由透明和挠性材料形成，例如高分子材料。优选地，基质32具有相对低的和/或与催化剂层36的热膨胀系数可比的热膨胀系数以使在制造期间以使缺陷的发生减少到最小，如裂缝。例如，可以由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或聚酰亚胺形成基质32。聚酰亚胺的例子是KAPTON聚酰亚胺膜(可来自E.I.du Pont de Nemours和Co.)，其中热稳定性高到大约400℃，可以被掺入挠性太阳能电池中，所述的电池基本上在可见区是不透明的。基质32可以有大约50～约1000微米的厚度，例如大约100～大约500微米，或大约150～大约250微米。
基质32包括透明和在其上形成的导电层。在一些实施方案中，在基质32上可使透明和导电涂层图案化以形成电池10的电压和电流。例如，通过热蒸发或低温溅射氧化铟锡(ITO)涂层可以沉积到基质32的活性面积上，例如室温溅射。基质32的活性面积近似地对应于由半导体层36覆盖的预定面积。可以连接合适的导体，如导线，到导电层，而后连接导电层与负载(没有显示)。透明导电层可以是大约100纳米～大约500纳米厚，例如大约100～大约300纳米，或大约100～大约200纳米。
然后，在基质32的透明导电层上沉积胶态半导体粒子以形成透明纳米晶体半导体层。半导体粒子部分地提供具有高表面积的基质32，由此使吸收到半导体层的染料量和光吸收最大化。沉积一般包括形成胶体半导体溶液，掩蔽基质32暴露于活性面积，以及施加溶液到基质的活性面积。
一般在合适的溶剂中通过分散半导体纳米粒子(这里，TiO2)制备胶体溶液(步骤52)，例如水、醇类、酮类和其它有机溶剂。例如，通过递增方式加入大约20毫升稀硝酸或乙酸(在去离子水中pH大约3-4)到正在研钵和杵中碾碎的大约12克TiO2中。对于大量TiO2分散体的制备，可以使用如内混式或球磨技术。二氧化钛可以有如大约21纳米的平均粒度，由德国法兰克弗Huls Degussa AG，D-6000得到。也可以使用其它粒度。混合之前以1毫升增量加入酸之后，并碾碎生产出没有团块的均匀浆糊。另外，可以加入大约0.2毫升乙酰丙酮到大约1毫升水中并加到12克TiO2粉末中，随后在碾碎期间以1毫升增量加入大约19毫升水。另外，可以从适当的母体使用标准的溶胶-凝胶技术制备纳米粒子胶体，如2～100纳米。
也可以使用其它半导体粒子，包括，例如其它氧化物如氧化锆、氧化锌、氧化钨、混合氧化物、硫化物、硒化物和碲化物。
通过许多技术可以沉积半导体粒子，包括例如喷雾涂布、刀片式或刮刀式涂布、铸塑、旋转铸塑、自旋涂层、丝卷材印刷和模板印刷。
另外。例如，使用胶带或掩蔽架掩蔽基质32以形成模，胶体溶液可以流入模中并掩蔽可与其电接触的导电层的一部分。
然后，施加部分胶体溶液(步骤51)到基质32导体涂层的未掩蔽部分。而后，用玻璃棒或下降杆使溶液分布为一般均匀的厚度。
然后，在大约室温～大约70℃之间加热在其上沉积胶体溶液的基质32小于约10分钟以生产粘合于基质的半导体粒子膜。部分干燥膜。
加热基质32之后(步骤57)，使用交联剂处理基质上半导体粒子膜。不希望被理论所束缚，相信在半导体粒子之间和/或粒子和基质32上的导电涂层之间，交联剂提供电子的和/或机械的连接。相信这些连接可以提供具有完整性和稳定性的半导体层36，所述的完整性和稳定性，例如，模拟或接近由相对高温烧结达到的完整性和稳定性。因此，交联剂提供不用高温烧结具有良好性能的电池30，由此在电池构造中允许使用更多的材料，例如具有相对低温稳定的挠性聚合基质。
一般，半导体粒子层36可通过使层与能够化学和/或物理与半导体粒子结合的试剂接触而进行交联。试剂可以是合适的半导体母体或溶胶-凝胶法的母体。优选地，试剂可以显示类似半导体粒子的电子传导性。例如，对于TiO2粒子，试剂优选包括Ti-O键，如以烷氧基钛存在的那些。参照图4，相信四烷氧基钛可以与TiO2粒子和基质32上导电层互相反应，而形成连接相互粒子和粒子与导电涂层(没有显示)的钛氧桥。结果，交联剂提高了半导体层的稳定性和完整性。交联剂可以包括，例如，有机金属物种如烷氧基金属、金属乙酸盐或金属卤化物。在其它实施方案中，交联剂可以包括不同于半导体中金属的金属。
在示例的交联步骤中，通过混合溶胶-凝胶母体试剂，例如四烷氧基钛如四丁烷氧基钛，与溶剂一起，如乙醇、丙醇、丁醇或更高级的伯醇、仲醇或叔醇，以0～100wt％，如大约5～大约25wt％或大约20wt％的比例混合制备交联剂溶液(步骤53)。一般，溶剂可以是相对母体试剂稳定的任何材料，如不与试剂反应形成金属氧化物(如TiO2)。优选试剂基本上是无水的，其水可以引起TiO2的沉淀。
通过基质32和含有交联剂溶液的半导体粒子接触的办法施加交联剂(步骤55)，如通过室温在溶液中浸渍粒子大约10分钟。其它施加交联剂的方法包括，例如，喷雾试剂，如为气溶胶，以无水形式或在合适的溶剂中，或将半导体层36通过交联剂溶液，或将半导体粒子通过具有交联剂的气氛，如有100％TiCl4气体的炉子。
其次，加热其上形成交联半导体层的基质32(步骤59)。如果有的话，通过蒸发来自交联溶液的溶剂加热干燥基质32。取决于加热温度，加热也可以烧结半导体粒子以将粒子连接在一起和/或将粒子与基质32的导电层连接。一般地，加热温度取决于使用的交联剂和基质32的材料。选择加热温度低于交联剂的分解温度，或其基质32不稳定的温度，如熔化或分解中的任何较小的温度。例如，对于烷氧基钛交联的TiO2半导体层，聚合基质如PET加热温度高到150℃，KAPTON基质高到400℃，和玻璃基质高到500℃，尽管可以利用较低的温度。加热时间范围大约10～大约60分钟。再次参考图3，加热之后，基质32是一个烧结的电极54，所述的电极具有基质，其上沉积有干燥交联的半导体层。
然后，用敏化染料处理烧结的电极54。如上讨论，该染料是初级吸附剂，所述的吸附剂捕获光和注入半导体层电子。一般地，根据它能够提供在光范围内优化吸收的能力选择染料，如电池30暴露于阳光，即它的转移电子到半导体粒子的能力和它在配合和吸收到半导体粒子的有效性。例如，染料可以包括官能团，如可以螯合半导体粒子的多羰基或羟基，例如，在TiO2表面上的Ti(IV)位。典型的染料包括花色素、卟啉、酞菁、曙红和含金属染料如顺-二(氰硫基二)双(2，2′-联吡啶基-4，4′-二羧酸)钌(II)。
通过在合适的溶剂中溶解染料可以制备染料溶液(步骤56)。例如，以大约数十～大约数百微摩尔浓度，顺-二(氰硫基)二(2，2′-联吡啶基-4，4′-双羧酸)钌(II)可以溶解在乙醇中。
通过在染料溶液中浸渍交联的半导体层36大约5分钟到数小时施加染料(步骤61)到烧结的电极54。在一些实施方案中，通过在半导体层吸附聚阳离子的单分子层可以增加在半导体层36上吸收染料的速率。聚阳离子可以是具有多价正电荷的聚合物，所述的电荷或者在聚合物主体上或者在侧连上，例如聚烯丙胺氯化氢(PAH)或聚(氯化二烯丙基甲基铵)(PDAC)。施加染料溶液的其它方法包括，例如，喷雾涂层。应用染料以后，通过用溶剂如乙醇洗涤电极除去过量的染料。
然后，加热电极(步骤63)以除去残留溶剂，如乙醇。例如，在大约50℃～大约80℃加热电极大约10分钟。得到的电极是敏化电极58，所述的电极具有如深棕色到红色的(染料化的)半导体膜。
干燥之后，在敏化电极58的敏化层36上沉积高分子聚电解层38。再次参考图2，电解质允许转移来自反电极(基质34和催化剂层40)的电子到敏化半导体层，由此在持续曝光中允许电池30的激发-氧化-还原循环。优选地，聚电解质是相对粘性的聚合物，如类似果酱状材料。结果，使用技术可以施加聚电解质到敏化层36，所述的技术例如，如果电极是液体的可能不是实际可行的。这些技术包括，例如，可以用在连续或半连续方法的那些，如喷雾涂布、辊涂、刮刀式或刀片式涂布。
通过形成有离子-导电聚合物，增塑剂，和碘化物和碘的混合物的溶液可以制备聚电解质(步骤60)。该聚合物提供机械的和/或尺寸稳定性；增塑剂有助于提供相对高的离子导电性；和碘化物和碘作为氧化还原电解质。聚电解质可包括，大约5wt％～大约100wt％，如5wt～60wt％，5wt～40wt％或5wt～20wt％的离子导电聚合物，大约0wt％～大约95wt％，如35～95wt％、60～95wt％或80～95wt％的增塑剂，和大约0.05M～大约10M，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～大约1M，如0.05～5M、0.05～2M或0.05～1M的碘。例如，离子-导电聚合物可以是聚坏氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)(PMMA)、聚醚和多酚。增塑剂示例包括碳酸乙酯、碳酸异丙烯酯碳酸盐混合物，有机磷酸盐和邻苯二甲酸二烷基酯。氧化还原电解质可以包括其它可逆的有机和/或无机氧化还原体系，如Fe2+/Fe3+，Co2+/Co3+或viologens。
实用的聚合电解质包括大约10％的聚环氧乙烷，大约90wt％的1∶1的碳酸乙酯∶碳酸异丙烯酯，大约0.05M碘和0.5M碘化锂四甲基铵。聚合电解质有相对长的贮藏期(例如高到数年)，在加工中或电池30使用中经历最小的相分离，在半导体层36沉积之前，无需例如熔化处理就可以使用它。
通过刀片涂布技术在半导体层36上沉积聚电解质(步骤65)以生产沉积电解质的敏化电极62。在一些实施方案中，然后加热电极62以除去残留溶剂，如丙烯腈。例如，在大约60℃～大约80℃加热电极62大约5分钟。而后，将电极62施加到金属化的基质64，所述的电极62包括基质32、染料敏化半导体层36和聚电解质层38，所述的基质64包括基质34和催化剂层40。
一般，基质34类似于基质32。即，可以由透明及挠性的材料形成基质34。例如，可以由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)形成基质34。基质34具有厚度大约50～大约1000微米，如大约100～500微米。
类似于基质32，基质34也可以包括沉积其上的透明导电涂层。例如，涂层氧化铟锡(ITO)可以由低温溅射，如室温溅射沉积到基质34的活性面积。合适的导体可以连接到导电层。透明导电涂层可以是大约100～约500纳米厚，例如大约100～约300纳米，或大约100～约200纳米。
通过在基质34上的透明导电涂层上形成催化剂层40(步骤69)来形成金属化基质或电极64。例如，催化剂层40可以包括，碳或优选铂。对于直到相对低温稳定的基质34，可以形成催化剂层40，例如，通过热蒸发，室温溅射或电沉积。例如，通过使用大约0.05克/升PtCl4和0.025M HCl的溶液，电流密度大约1mA/cm2，在基质34的导电涂层上电沉积薄的铂催化剂层大约2～5分钟。催化剂层40可以是大约2～大约10纳米厚，例如大约2～大约3纳米厚。
然后，通过催化剂层40与聚电解层38的接触，施加金属化基质64到沉积电解质的敏化电极62上以形成敏化的太阳能电池66。
然后，在其周围用聚合物密封剂密封太阳能电池66，例如，环氧或Surlyn热熔(可从杜邦买到)使水渗透和/或空气进入电池减少到最小，其中这些可有害地影响电池性能。作为选择，或另外，可以在其周围热封电池66。
然后，用耐水份和/或氧的阻挡层如一个或多个聚合物外层覆盖密封的电池66，例如Surlyn聚合物(可从杜邦买到)。然后，包装密封和覆盖的电池66，例如安装在支座结构上以提供完成的太阳能组件68。所述的阻挡层可包括UV稳定剂和/或UV吸收发光生色团(其可发射较高波长)和抗氧化剂以保护和改进电池的效率。
以上描述的方法包括允许在连续法中制造电池30的特征。例如，一个特征是交联的半导体层可以显示良好的性能而不必需要高温烧结。这就扩展了基质的选择范围，如具有相对低温稳定及挠性的聚合基质，可以不必以损失性能为代价使用所述的基质。例如，另一个特征是，在连续法vis-à-vis中，可施加到染料敏化电极的是粘性高分子聚电解质，例如可流动的液体电解质，可能是难应用。
参考图5，显示连续的卷对卷或一板接一板工艺制造电池30方案的示意图。一般地，在两个独立的组装线上，金属化电极64和沉积电解质的敏化电极62可由来自具有基质材料卷材的卷轴连续地形成。而后，把这些电极结合在一起形成电池66。然后，从接合的卷材上切割单一电池66或一组电池66，密封和包装。
按照以上描述的和在图3中的方法可以形成金属化电极64和沉积电解质的敏化电极62。通过提供基质34的挠性卷材的卷轴或线轴可以连续地形成金属化电极64，例如，ITO涂布的PET膜，引导卷材沿着辊102并通过溅射沉积催化剂层40。金属化电极64可提供应用于电极62。类似地，通过提供基质32的挠性卷材的卷轴可以连续地形成电极62，并引导卷材沿着辊102将卷材的预定区域，即活性面积，经上述(图5)描述的工艺处理。而后，把电极62和64一起应用形成太阳能电池66。
如下的示例是说明性的而不是具有任何限定的意义。
实施例1按照如下步骤制造具有挠性基质的染料敏化太阳能电池。
通过热蒸发，在PET基质(200微米厚，10毫米×10毫米)上涂布200纳米厚度的ITO涂层。通过在水中(pH3～4)分散P25粒子制备胶体TiO2溶液。通过旋转涂布在PET基质上沉积该TiO2。沉积之后，在大约50℃加热电极大约10分钟。
然后，在20％四丁氧基钛的乙醇溶液(wt/wt)中浸渍TiO2涂层的PET膜15分钟。浸渍之后，从溶液中除去基质，在大约50℃干燥30分钟，并在大约120℃干燥30分钟。
通过在顺-二(氰硫基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-双羧酸)钌(II)的乙醇溶液(1毫克/毫升)中浸渍基质过夜，使该烧结基质进行染料敏化。
在染料敏化的烧结基质上涂布氧化还原聚电解质(液体电解质包括在3-甲氧基丙腈溶液中1M LiI，0.05M碘，1M叔-丁基吡啶)并夹入涂有ITO导电层(200纳米)和铂催化剂层(2.5纳米厚)的第二PET基质。
该电池表明大约3％的太阳能转化效率。
实施例2按照如下步骤制造具有刚性基质的染料敏化太阳能电池。
通过来自TiO2分散体的旋转涂布，ITO涂层的载薄片涂布有TiO2纳米多孔膜涂布(7微米厚)(表面阻抗8欧/平方厘米)。在室温干燥涂层的载薄片30分钟并在炉中450℃烧结1小时。
通过在顺-二(氰硫基)双(2，2′-联吡啶-4，4′-双羧酸)钌(II)的乙醇溶液(1毫克/毫升)中浸渍载薄片过夜，使该烧结载薄片进行染料敏化。
在基质上涂布氧化还原聚电解质(10％聚环氧乙烷，90％1∶1碳酸乙酯∶碳酸异丙烯酯，乙腈中0.05M碘和0.05M LiI)，并用涂有ITO导电层(200纳米)的第二玻璃载薄片和铂催化剂层(2.5纳米厚)形成夹层结构。
该电池表明大约7％的太阳能转化效率。聚电解质是稳定的，到至少180天没有观测到相分离的迹象。
其它实施方案应该理解尽管结合其详细描述已经对本发明进行了描述，但前述的描述是说明性的，并不限制本发明的范围，其由附属的权利要求的范围所限定。
例如，当描述以上的特征和方法应用于光电池时，这些特征和方法可以适用于其它的应用，例如电致变色窗和陶瓷涂层，如TiO2涂层。
光电池的其它实施方案可以包括由刚性材料制成的基质，如玻璃和如上描述的聚电解质。
在其它实施方案中，基质32和/或34可以是薄箔，如相对透明金属箔如大约5～50微米厚的钛或钼箔。透明导电涂层除ITO外可以包括其它材料，如掺杂氟的氧化锡。
电池30可以是一个混合型体系，如有一个刚性基质和一个挠性基质。例如，光电极可以包括如以上描述的连续法形成的挠性基质，并施加到刚性基质，如在独立的非连续工艺中SnO2F涂布的玻璃。
其它方面、优点和改进在随后权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种制造光电池的方法，该方法包括使交联剂与半导体粒子接触；和将半导体粒子掺入光电池中。
2.权利要求1的方法，其中交联剂包括有机金属分子。
3.权利要求1的方法，其中交联剂和半导体粒子各包括相同的化学元素。
4.权利要求3的方法，其中化学元素是金属。
5.权利要求3的方法，其中化学元素选自钛、锆和锌。
6.权利要求1的方法，其中交联剂和半导体粒子包括相同的化学键。
7.权利要求6的方法，其中相同的化学键是金属与非金属键。
8.权利要求6的方法，其中化学键是金属-氧键。
9.权利要求1的方法，其中交联剂是选自金属烷氧基化合物，金属乙酸盐和金属卤化物的材料。
10.权利要求1的方法，其中交联剂包括溶胶-凝胶母体。
11.权利要求1的方法，进一步包括在半导体粒子上施加染料。
12.权利要求1的方法，其中将半导体粒子置于第一基质上。
13.权利要求12的方法，进一步包括将第二基质电连接到第一基质。
14.权利要求1 3的方法，其中半导体粒子置于第一和第二基质之间。
15.权利要求13的方法，其中第二基质是挠性的。
16.权利要求13的方法，其中第二基质包括高分子材料。
17.权利要求16的方法，其中高分子材料选自聚对苯二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸乙二酯。
18.权利要求16的方法，其中第二基质包括聚酰亚胺。
19.权利要求12的方法，进一步包括加热第一基质到低于约400℃。
20.权利要求12的方法，其中第一基质是挠性的。
21.权利要求12的方法，其中第一基质包括高分子材料。
22.权利要求2 1的方法，其中高分子材料选自聚对苯二加酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯。
23.权利要求21的方法，其中基质包括聚酰亚胺。
24.权利要求1的方法，进一步包括将聚合电解质掺到光电池中。
25.一种制造光电池的方法，该方法包括(a)使二氧化钛粒子与第一挠性聚合基质接触，在第一基质上形成氧化钛膜；(b)使氧化钛膜与烷氧基钛接触以使粒子交联；(c)使氧化钛膜与染料接触；(d)使氧化钛膜与聚电解质接触；和(e)在聚电解质上施加第二挠性聚合基质以形成电池。
26.一种制造光电池的方法，该方法包括(a)连续形成第一电极，包括挠性聚合第一基质；置于第一基质上的氧化钛膜；置于氧化钛膜上的包括钌的染料；和置于氧化钛膜上的聚电解质；(b)连续形成第二电极，包括挠性聚合第二基质；和置于第二基质上的包括铂的催化剂层；和(c)连续连接第一和第二电极以形成电池。
27.一种光电池，包括第一基质，其上布置有交联半导体粒子；和第二基质，其电连接到第一基质上。
28.权利要求27的电池，其中基质之一是挠性的。
29.权利要求27的电池，其中基质之一包括高分子材料。
30.权利要求27的电池，其中基质之一包括聚酰亚胺。
31.权利要求27的电池，其中半导体粒子位于第一和第二基质之间。
32.权利要求31的电池，在第一和第二基质之间进一步包括高分子聚电解质。
33.权利要求32的电池，其中聚电解质包括约5wt％～约100wt％的聚合物；约5wt％～约95wt％的增塑剂；和约0.5M～约10M的氧化还原电解质。
34.权利要求27的电池，进一步包括置于半导体粒子上的染料。
35.权利要求27的电池，其中通过一种材料使半导体粒子交联，所述的材料包括与半导体粒子中的化学元素相同类型的化学元素。
36.权利要求35的电池，其中化学元素是金属。
37.权利要求35的电池，其中化学元素选自钛、锆和锌。
38.权利要求27的电池，其中通过一种材料使半导体粒子交联，所述的材料包括与半导体粒子中相同的化学键。
39.权利要求38的电池，其中化学键是金属与非金属键。
40.权利要求38的电池，其中化学键是金属-氧键。
41.权利要求27的电池，其中二种基质都是挠性的。
42.权利要求27的电池，其中二种基质都包括高分子材料。
43.一种制造光电池的方法，该方法包括(a)形成第一电极，所述的第一电极包括置于挠性基质上的半导体粒子；(b)形成第二电，所述的第二电极包括第二基质；和(c)连续接合第一和第二电极以形成光电池。
44.权利要求43的方法，其中步骤(a)包括使半导体粒子与交联剂接触。
45.权利要求43的方法，其中步骤(a)包括加热第一电极到低于约400℃。
46.权利要求45的方法，其中在粒子与交联剂接触之后进行加热。
47.权利要求43的方法，其中步骤(a)包括将高分子聚电解质施加到第一电极。
48.权利要求47的方法，其中聚电解质包括约5wt％～约100wt％的聚合物，约5wt％～约95wt％的增塑剂和约0.5M～约10M的氧化还原电解质。
49.权利要求43的方法，其中第二基质是挠性的。
50.权利要求43的方法，其中步骤(b)包括在第二基质上形成催化剂。
51.权利要求43的方法，进一步包括使半导体粒子与染料接触。
52.一种制造光电池的方法，该方法包括形成第一电极，包括(a)将半导体粒子施加到挠性第一基质上；和(b)将聚合电解质施加到第一基质上，其中以连续法形成第一电极。
53.权利要求52的方法，进一步包括使交联剂与半导体粒子接触。
54.权利要求53的方法，进一步包括在交联剂与半导体粒子接触之后，加热第一电极到低于约400℃。
55.权利要求52的方法，进一步包括使粒子与染料接触。
56.权利要求52的方法，进一步包括形成其上置有催化剂的第二电极。
57.权利要求56的方法，其中以连续法形成第二电极。
58.权利要求57的方法，进一步包括连续接合第一和第二电极以形成光电池。
59.一种光电池，包括第一电极；第二电极；和在第一和第二电极之间的聚合电解质，电解质包括约5wt％～约100wt％的聚合物；约5％～约95％的增塑剂；和约0.5M～约10M的氧化还原电解质。
全文摘要
一种制造光电池的方法，包括使交联剂与半导体粒子接触，并将半导体粒子掺入光电池。
文档编号H01L31/0248GK1533611SQ02814369
公开日2004年9月29日 申请日期2002年6月14日 优先权日2001年6月15日
发明者凯蒂尼·G·基蒂巴布, 何晋安, 林恩·安·塞缪尔森, 李廉, 苏坎托·特里帕蒂, 贾亚纳特·库马尔, 斯里尼瓦桑·巴拉苏布拉马尼亚, 特里帕蒂, 凯蒂尼 G 基蒂巴布, 安 塞缪尔森, 特 库马尔, 瓦桑 巴拉苏布拉马尼亚 申请人:麻省大学