[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的染料以及包括其的太阳能电池

说明书

本申请要求2008年11月25日提交的韩国专利申请No.10-2008-0117585和No.10-2008-0117601的权益，在此援引这两个专利申请的全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，更具体地，涉及用于染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell)的染料。

背景技术

为了解决能源危机问题，近来正在针对现有石化燃料的替代进行各种研究。特别是，为了替代在几十年后将要耗竭的油气资源，正在针对诸如风力、原子能以及太阳能等自然能的利用进行各种研究。

在这些研究中，太阳能电池是环境友好的，这是因为太阳能电池基于与其它能源不同的无限能源——太阳。自从1983年开发了硅(Si)太阳能电池以来，由于近来的世界能源危机，太阳能电池已经成为近来关注的焦点。

然而，关于这种硅太阳能电池，各国之间由于Si原料的供应与需求而存在着激烈的竞争，并且生产成本很高。为了解决该问题，许多本地和海外研究机构提出了诸多解决方案。能够解决能源危机的多种解决方案中的一种是染料敏化太阳能电池。自从EPFL(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne，在瑞士)的研究组(由Micheal Graetzel博士领导)于1991年开发出染料敏化太阳能电池以来，染料敏化太阳能电池已经成为了学术界关注的焦点。在许多研究机构中已经针对染料敏化太阳能电池开展了诸多活跃的研究。

染料敏化太阳能电池是一种光电化学太阳能电池，通常包括能够通过吸收可视光线来产生电子-空穴对的光敏染料分子和能够传递所产生的电子的过渡金属氧化物，这与硅太阳能电池不同。在常规的多种染料敏化太阳能电池中，主要对利用纳米颗粒的氧化钛的染料敏化太阳能电池进行了研究开发。

利用纳米颗粒的氧化钛的染料敏化太阳能电池的优点在于与现有的硅太阳能电池相比时其能够便宜地制得，并且由于透明的电极而能够应用于建筑物外墙中的玻璃窗或者玻璃温室，但是它的缺点在于它具有较低的光电转换效率。因此，对该利用纳米颗粒的氧化钛的染料敏化太阳能电池需要进行更多的研究。

太阳能电池的光电转换效率与通过吸收太阳光所产生的电子的数目成比例。为了增大效率，需要通过增加氧化钛纳米颗粒所吸收的染料量来增加所产生的电子的数目和所吸收的太阳光量，并且需要避免所产生的激发电子通过电子-空穴再结合而被消灭。

目前存在多种方法，例如，制造具有纳米尺寸的氧化物半导体颗粒以增加每单位面积所吸收的染料量的方法、增大铂电极的反射率以增加所吸收的日光量的方法、以及将几个微米尺寸的若干半导体氧化物散射剂相混合的方法。

然而，这些常规方法在改善太阳能电池的光电转化效率方面已经达到了极限。因此，目前迫切需要开发新的技术来改善效率。

发明内容

本发明的一个方面在于提供具有极佳的光电转化效率和极佳的寿命的用于染料敏化太阳能电池的染料，以及包括该染料的太阳能电池。

根据本发明一实施方式的用于染料敏化太阳能电池的各个染料均可具有以下化学结构1。

[化学结构1]

在上述结构中，各个X和Y均可包括取代基，所述取代基包括分别独立地被取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的芳香杂环基、及其组合；Z可包括取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂环基、乙烯基、以及取代或未取代的聚乙烯基；并且A可包括酸功能基。

附图说明

现在结合附图详细地描述本发明的实现，在附图中，同样的标记涉及同样的部件。

图1为示出了根据本发明一实施方式的染料敏化太阳能电池的简图。

具体实施方式

以下，结合附图详细描述本发明的实现。

根据本发明一实施方式的用于染料敏化太阳能电池的各种染料均可具有以下化学结构1。

[化学结构1]

在上述结构中，各个X和Y均可包括取代基，所述取代基包括分别独立地被取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的芳香杂环基、及其组合；Z可包括取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂环基、乙烯基、以及取代或未取代的聚乙烯基；并且A可包括酸功能基。

X和Y中的至少一个可包括含氟基团(fluoric group)。

各个X和Y均可包括取代基，所述取代基包括碳原子数为5～20个且独立地被取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的芳香杂环基、及其组合。在此，X和Y中的至少一个可包括含氟基团。