[发明专利]喷墨印刷用半导体氧化物油墨组合物、其制造方法、以及使用其制造光电转换元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及喷墨印刷用半导体氧化物油墨组合物、其制造方法、以及使用其制造光电转换元件的方法。特别地，本发明涉及适于喷墨印刷的半导体氧化物油墨组合物，其有助于有效地生产光电转换元件，如曲面染料敏化太阳能电池，还涉及制造该半导体氧化物油墨组合物的方法，以及使用该半导体氧化物油墨组合物制造光电转换元件的方法。 

背景技术

近来，对环境友好能源的日益关注已引起对光电转换元件如太阳能电池的深入研究。其中，已知染料敏化太阳能电池适用于光伏建筑一体化(BIPV)，这是因为它们可以沿着建筑物的曲线表面安装，同时保留它们的视觉优势，如美丽的色调和半透明的特点。 

许多高效的混合电动车(“HEVs”)装有天窗，在其顶部具有硅太阳能电池板。然而，这种类型的天窗是不透明的，因而失去了其初始预期的敞开的吸引力。因此，需要开发用于具有染料敏化太阳能电池的车辆的天窗，其具有透明度和空气动力学曲面设计。 

染料敏化太阳能电池的基本结构包括工作电极和连接到该工作电极上的反电极。染料，半导体氧化物和电解液注入到工作电极与反电极之间。该染料吸收光从而发射电子。该半导体氧化物具有多孔的纳米颗粒，其将所发射的电子传输到外部电极上。该电解液释放电子从而弥补所发射的电子。被氧化的电解液可通过该反电极还原。 

将参考图1描述制造染料敏化太阳能电池的基本方法。 

首先，清洗涂覆有透明电极(透明导电层)的导电基底，如ITO(铟掺杂氧化锡)或FTO(氟掺杂氧化锡)，其用作工作电极(ST1)。 

然后利用丝网印刷法将由TiO₂、ZnO、SnO₂、或Nb₂O₅制成的半导体氧化物电极涂覆在所清洗的导电基底上(ST2)，并随后进行干燥 和烧结(ST3)。一般地，当采用TiO₂纳米颗粒时，染料敏化太阳能电池具有优异的效率。重复涂覆和烧结直至获得期望的厚度。 

在大面积染料敏化太阳能电池的情况下，可以利用银格栅(grid)提高效率(ST4)。对于单元电池尺寸的染料敏化太阳能电池，一般不进行这个步骤。像半导体氧化物电极一样，对该银格栅进行丝网印刷、干燥和烧结(ST5)。然后将如此处理的银格栅浸泡在染料中，持续适宜的时间(例如约24小时)，以使该染料可吸附在其上，从而完成工作电极(ST6)。 

接着，清洗涂覆有透明电极的导电基底，其用作反电极。将铂涂覆在所清洗的导电基底上(ST7)，接着进行干燥和烧结(ST8)。如上结合工作电极描述，对于大面积染料敏化太阳能电池，可以包括银格栅从而提高效率。 

通过具有粘附特性的有机或无机材料，如Surlyn^TM、环氧化物、或玻璃料，将如此制造的两个电极(工作电极和反电极)连接在一起(ST9)。将电解液进一步注入两个电极之间，从而完成染料敏化太阳能电池的形成(ST10)。 

在该制造方法中，烧结步骤可以在适宜的温度下进行，例如400℃～800℃的温度，持续适宜的时间，例如5分钟～2小时，或更长。 

如上所述，通过经由丝网印刷法将各种组成材料涂覆在平面基底上，可制备一般的染料敏化太阳能电池。 

为了利用丝网印刷法在导电基底上制备期望的图案，将糊状物挤压地推入到由塑料或金属纤维制成的具有致密网孔的丝网的孔中。使基底与丝网的孔接触，并通过刮浆板(squeegee)施加预定的压力从而在基底上形成涂覆层。在进行丝网印刷法时，必须重复对涂覆层的干燥和烧结过程至少3-6次，从而阻止随后的丝网印刷步骤中可能出现的任何损坏。结果，该制造方法变得更复杂且制造成本增加。 

而且，如果在丝网印刷法中利用曲面基底制造染料敏化太阳能电池，则它可能导致涂覆层沿着该基底表面的厚度不同，如在该基底中心部分和两端之间。此外，如果试图防止此种厚度差而在增加的刮浆板压力下进行涂覆过程，则当在恒定张力下固定时丝网可能被损坏。因此，很难将丝网印刷法应用到曲面基底上。 

因而，有必要利用其他方法制造曲面染料敏化太阳能电池，如具有两个不同曲率R1和R2的曲面染料敏化太阳能电池。 

近年来，随着LCD或OLED技术的发展，用于制造显示器或半导体的喷墨印刷法已受到越来越多的关注，因为喷墨印刷法是无接触的涂覆方法，并且能够对复杂图案进行迅速涂覆。