[发明专利]染料敏化太阳电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种染料敏化太阳电池，尤其是指一种在长波长范围内具有较佳光子吸收效率并具有较佳光电转换效率的染料敏化太阳电池。

背景技术

由于目前人类主要依赖的各种能源来源，如铀、天然气与石油等，在未来数十年的内皆会使用殆尽，科学家无不投入大量心力与金钱在开发替代能源的应用上，如太阳能、风力、波力及地热，即所谓的绿色能源。但是，在前述各种绿色能源中，风力、波力及地热的运用皆具有其地域限制性，即必须在某些环境才可以使用，如火山区或海岸边。况且，应用这些能源所需使用的设备也非常庞大，如风车及深海海水的取水管线等，造成这些绿色能源的可应用性非常有限。

相反地，由于只要在能被阳光照射到的地方就可以应用到太阳能，所以近几年来，太阳能相关产业便成为业界竞相进入的明星产业，且业界均已投入大量资源开发太阳电池及相关的装置。可是，由于目前的主流太阳电池是以硅做为其主要材料，且因为硅原料产能不足价格昂贵、硅太阳电池产线的设备成本极高、硅太阳电池的量产速度过慢及硅太阳电池的光电转换效率难以突破等缺点，使目前硅太阳电池的发展面临瓶颈。

为此，产学界开发出另一种太阳电池，即染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)，其由依附在宽能隙半导体上的染料加强对可见光的吸收，以将光能转换成电能。

公知的染料敏化太阳电池的结构便如图1所示，其包括：一第一基板11、一第二基板12、以及一夹置于第一基板11与第二基板12之间光能转换层13。其中，光能转换层13包含一电解凝体131及复数个染料吸附单元132，且这些染料吸附单元132分布于电解凝体131中。此外，公知的染料敏化太阳电池是配合一外部回路10运作，且前述的第一基板11及第二基板12电性连接于此外部回路10。另一方面，前述的光能转换层13的电解凝体131包含复数个氧化还原媒介物(redox mediator)，而复数个染料吸附单元132则包含复数个氧化钛材质的纳米球。除此之外，在公知的染料敏化太阳电池中，一第一透明导电部14设置于第一基板11的邻近于光能转换层13的一侧，第一透明导电部14电性连接于前述的外部回路10。此外，一第二透明导电部15设置于第二基板12的邻近于光能转换层13的一侧，第二透明导电部15亦电性连接于前述的外部回路10。

当公知的染料敏化太阳电池运作时，一光线是自外界通过第一基板11及第一透明导电部14而到达光能转换层13。但是，当此光线到达光能转换层13后，此光线可能会直接经由第二透明导电部15及第二基板12而射出公知的染料敏化太阳电池。或者，此光线会在被染料吸附单元132反射后，再经由第一透明导电部14及第一基板11而射出公知的染料敏化太阳电池。因此，公知的染料敏化太阳电池无法完全地将此光线的光能转换为电能，造成公知的染料敏化太阳电池的光电转换效率无法再提升。

另一方面，请参阅图2，是公知的染料敏化太阳电池的各组成单元的光吸收效率随着波长变化关系的示意图。其中，曲线A代表光能转换层的氧化钛材质的纳米球的光吸收效率随着波长变化的关系，曲线B代表光能转换层的第一染料RuL₃的光吸收效率随着波长变化的关系，曲线C则代表光能转换层的第二染料RuL’(NCS)₃的光吸收效率随着波长变化的关系。

如图2所示，公知的染料敏化太阳电池的光能转换层的氧化钛材质的纳米球主要吸收波长范围在400nm以下的光线(曲线A)，而光能转换层的第一染料(RuL3)及第二染料(RuL’(NCS)3)则主要吸收波长范围400nm至800nm的光线(曲线B及曲线C)。也就是说，对于波长范围在800nm以上的光线，公知的染料敏化太阳电池并无法有效地吸收并将此部分的光线所携带的光能转换为电能。因此，在长波长的范围中(波长大于800nm)，公知的染料敏化太阳电池的光电转换效率更无法有效提升。

因此，业界亟需一种在长波长范围内具有较佳光子吸收效率并具有较佳光电转换效率的染料敏化太阳电池。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种染料敏化太阳电池，以能在长波长范围内具有较佳光子吸收效率。

本发明的另一目的在于提供一种染料敏化太阳电池，以能具有较佳光电转换效率。

为实现上述目的，本发明提供的染料敏化太阳电池，配合一外部回路，包括：

一第一基板；

一第二基板；以及