[发明专利]多孔薄膜型固体电解质、使用其的染料敏化太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔薄膜型固体电解质、使用其的染料敏化太阳能电池及其制造方法。尤其是，本发明涉及一种用于改善染料敏化太阳能电池的长期耐久性的多孔薄膜型固体电解质。

背景技术

随着全球变暖成为一个严重的问题，对于使用清洁能源的技术的发展日益受到关注。尤其是，利用可再生能源的太阳能电池已经被发现是非常有利的。当前可获得的太阳能电池包括硅基太阳能电池、使用例如铜铟镓硒化物(CIGS；Cu(InGa)Se₂)的无机材料的薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳电池、以及有机无机混合太阳能电池。在它们之中，廉价且有经济效益的染料敏化太阳能电池不但在光伏建筑一体化(BIPV)工业中而且在移动电子工业中都有很高价值。

不同于其他太阳能电池，染料敏化太阳能电池能够吸收可见光并且通过光电转换机构产生电力。一般来说，染料敏化太阳能电池使用液态电解质或者凝胶态聚合物电解质(凝胶电解质)。然而当太阳能电池的基板或者外壳破损时，液态或凝胶态电解质通常会泄露，导致耐用性和产品质量的降低以及相关的健康问题。

为了解决这一问题，已经积极地开展了固体电解质的发展。一般来说，固体电解质通过以下方法形成：通过沉积或者旋涂在染料敏化太阳能电池的光电极(或者工作电极，典型地由TiO₂制成)的表面上附着电解质成分，并且彻底地干燥包括在该附着的电解质成分中的溶液。然而，当使用这种固体电解质时，由于电流密度非常低而难以期望适合的发电效率。

而且，虽然通过电纺(electrospinning)形成具有多孔结构的固体电解质以提高太阳能电池的发电效率的技术已经为人所知，但是它要求高的初始投资成本并且可以用作电解质成分的聚合物材料受到限制。

发明内容

为了解决在现有的液态染料敏化太阳能电池中所使用的液态电解质的泄露和长期稳定性的问题，本发明涉及提供一种使用具有低闪点的非离子型乳化剂和紫外光固化聚合物材料制备的、具有多孔结构的薄膜型固体电解质以增加电解质的注入量。

尤其是，本发明还涉及提供一种使用固体电解质的染料敏化太阳能电池及其制造方法，该染料敏化太阳能电池可以通过简单的工艺制造并且能够提高能量转换效率。在一个通常的方面，本发明提供一种通过将电解质材料注入到多孔聚合物薄膜中而制备的多孔薄膜型固体电解质，该多孔聚合物薄膜由包括0.1-90wt％的紫外光固化聚合物材料、0.1-10wt％的非离子型乳化剂以及0.01-0.1wt％的光致交联引发剂的薄膜组合物形成。

特别地，该紫外光固化聚合物材料可以是选自聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)以及聚乙烯醇的一种或多种。该非离子型乳化剂可以是壬基酚聚氧乙烯醚，特别是具有氧乙烯重复单元数n为从1到60的整数的壬基酚聚氧乙烯醚。该紫外光固化聚合物材料可以具有从大约300到20,000的重均分子量，并且该多孔聚合物薄膜可以具有大约1-200μm的大小的微孔。在另一个通常的方面，本发明提供一种具有多孔薄膜型固体电解质的染料敏化太阳能电池。

在另一通常的方面，本发明提供一种用于制造染料敏化太阳能电池的方法，包括：在其上覆有透明导电层的第一基板上形成工作电极；将上述多孔薄膜型固体电解质层叠在该工作电极上；在其上覆有透明涂层的第二基板上形成对电极；以及将第二基板层叠在该固体电解质上，以使其接触该对电极，并且用密封剂接合和固定第一基板和第二基板。

本发明的上述以及其他方面和特征将在下面说明。

附图说明

现在将参考某些示例性的实施方式对本发明的上述和其他目的、特征以及优点进行具体地说明，在附图中示出的实施方式在下文中仅仅是以举例说明的方式给出，并且因此不是对发明的限制，以及其中：

图1示出根据本发明的实施方式的染料敏化太阳能电池的截面图；且

图2是根据本发明的实施方式的用于染料敏化太阳能电池的固体电解质的多孔聚合物薄膜的放大图。

【主要元件的具体说明】

101：第一基板

102：密封剂

103：工作电极(无机氧化层)

104：固体电解质(多孔薄膜型固体电解质)

105：对电极

106：第二基板

应该理解的是，附图不必要成比例，而是呈现对阐明本发明基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。在本文公开的本发明的特定设计特征，包括例如具体的尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定的既定应用和使用环境来确定。