[发明专利]阵列纳米管型太阳能电池薄膜的制作方法

说明书

技术领域

本发明关于一种太阳能电池薄膜的制作方法，特别是指一种利用硅园片制造的阵列纳米管型太阳能电池薄膜的制作方法。

背景技术

环顾目前大众所处的生活环境，由于工业的发展，使得全球的能源正急遽地被消耗。借助许多学者专家调查出来的调查报告，人类逐渐开始意识到自己目前正处于能源严重短缺关键年代，全球各国无不竞相发展无污染且可回收的再生能源。根据美国能源局的估算，自2003年起算，石油、天然气与煤等的非再生性能源将分别在41年、67年与192年内耗竭。在这样的情况下，太阳能、风力、地热、生物能等再生能源技术的开发势必会越来越受到重视。

在众多的再生能源技术当中，由于太阳能具有发电过程无污染且无需维持费用的特性，所以目前普遍受世界各国的青睐，因而趋使太阳能电池市场在近几年快速蓬勃发展。在此前提下，有关太阳能开发议题日渐受到重视，因而驱使许多国家纷纷开始着手推行新能源政策，并实施补助奖励办法，以求积极发展与推广太阳能电池。

依据专家的统计结果显示，太阳每年辐射至地球的能量约为5.4×10²⁴焦耳，而全世界每年所需的能量约为1.1×10²⁰焦耳；因此，只要人类可充分地利用从太阳辐射至地球的能量的五万分之一，则人类目前所面临的许多能源问题马上便可被迎刃而解。有鉴于此，实有必要积极发展太阳能电池以求纾解能源问题。

环顾现有的太阳能电池的制作技术中，由于湿式太阳能电池的加工简便且其转换效率可达10％，显见其极有可能会成为未来太阳能电池技术的主流。随着纳米技术的发展，人类对各种材料的物理结构与化学特性的掌握逐渐可以延伸到纳米的微观世界。近年来，由于部份专家积极将纳米技术的引进到太阳能电池的领域，更是让太阳能电池的制作技术与效能产生革命性的重大突破，使太阳能产品逐渐能够符合民生用品的使用需求。

回顾到2001年，太阳能发电量只占全球用电量的0.1％，太阳能产业以每年35～40％的速率持续成长。然而，到了2005年，全球光伏(Photovoltaic)总装机容量达2200百万伏特，年发电量约30亿仟瓦-小时。预估到2010年底，全球太阳光电市场的规模将超过500亿美元。

进一步讨论，目前的太阳能电池的种类大致可分为：(1)单/多晶硅太阳能电池(Mono/Polycrystalline Solar Cell)；(2)非晶硅/薄膜太阳能电池(Amorphous/Thin Film Solar Cell)；(3)无机半导体(Inorganic Solar Cell)；(4)有机高分子太阳能电池(Organic Solar Cell)；以及(5)染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell；DSSC)。其中，自从瑞士科学家Gratzel于1991年提出其DSSC结构组件以及工作原理以来，许多专家相继提出多种二氧化钛(TiO2)薄膜、颗粒、以及纳米管(NT，nanotubes)的太阳能制作技术。

以中国台湾专利第097132538(申请)号(专利名称为「大面积染料敏化太阳能电池及其热熔射喷涂制造方法」，以下简称「’538号专利案」)为例，其中揭露了一种大面积染料敏化太阳能电池，其包含：一基材，于其上具有二氧化钛(TiO₂)纳米管，以作为电池的阳极；光敏染料，吸附于二氧化钛纳米管的表面；透明导电阴极，相对于阳极而设置，并且在透明导电阴极的表面附着铂(Pt)纳米触媒层；以及电解液，封装在阳极与透明导电阴极之间，其中二氧化钛纳米管经由热熔射喷涂法将钛(Ti)喷涂于基材的表面上，以产生钛喷涂层，然后对钛喷涂层进行阳极处理以及热处理而加以形成。

关于太阳能电池的阳极板的加工，包含以下步骤：以热熔射喷涂法将钛喷涂在基材的表面上，而产生钛喷涂层；然后对钛喷涂层进行阳极处理以及热处理以形成二氧化钛纳米管，借以作为太阳能电池的阳极板。然而，举凡本领域的技术人员皆可理解，光敏染料与阳极板的二氧化钛(包含二氧化钛纳米管与未形成二氧化钛纳米管的二氧化钛)的接触面积与光电转换效率息息相关。由于在公知’538号专利案所揭露的技术中，基材不具备排列指向性，而且在喷涂钛时容易混有杂质而使钛纯度降低等缘故；导致在所制作出的太阳能电池的阳极板上，二氧化钛纳米管分布的密度较为稀疏，且其长度也较短。