[发明专利]太阳能电池

说明书

本发明的一个实施方案提供了太阳能电池，其包括阳极、设置成与阳极相对的阴极；以及设置在阳极和阴极之间并且包含具有钙钛矿结构的化合物的光活性层。在阳极和光活性层之间交替地设置有至少一个第一有机材料层和至少一个第二有机材料层。所述太阳能电池具有优异的电子运动，所述具有钙钛矿结构的化合物通过使缺陷部分如针孔最小化而具有高光电转换效率。

技术领域

本申请要求于2014年7月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0092764号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本说明书涉及太阳能电池。

背景技术

通常，太阳能电池是将太阳的光能转化为电能的装置。太阳能电池是使用作为无穷能量来源的太阳光来发电的装置，代表性的太阳能电池是已在日常生活中广泛使用的硅太阳能电池，并且近来已经对作为下一代太阳能电池的染料敏化太阳能电池进行了研究。染料敏化太阳能电池是光电化学太阳能电池，其具有比现有硅太阳能电池更高的效率和低得多的每单元制造成本，因此具有替代现有硅太阳能电池的可能性。

染料敏化太阳能电池由位于洛桑的瑞士国家高等技术研究所(EcolePolytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL)的Michael Gratzel等人的研究团队于1991年代表性地报道(参见美国专利第5,350,644号“光伏电池”)。在结构方面，染料敏化太阳能电池的两个电极之一为包括在其上形成有半导体层的透明导电基底的光电极，在所述半导体层上吸附有光敏染料，并且两个电极之间的空间填充有电解质。

下面，染料敏化太阳能电池的工作原理是基于当太阳能被吸收到吸附在电极的半导体层上的光敏染料中以产生光电子时，光电子通过半导体层传导，从而被转移到其中形成有透明电极的导电透明基底，并且已经失去电子并因此被氧化的染料通过包含于电解质中的氧化/还原对被还原。同时，通过外部电线到达作为相对电极的对电极的电子再次还原经氧化的电解质的氧化/还原对，以完成太阳能电池的工作过程。

同时，与现有太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池包括多个界面，例如半导体和染料之间的界面、半导体和电解质之间的界面、半导体和透明电极之间的界面，以及电解质和对电极之间的界面，并且理解和控制每个界面处的物理化学作用是染料敏化太阳能电池技术的实现关键。此外，染料敏化太阳能电池的能量转换效率与通过太阳能吸收产生的光电子的量成比例，并且为了产生大量的光电子，需要制造光电极，其包括可以增加被吸附的染料分子量的结构。

同时，根据用于染料敏化太阳能电池的电解质的特性，其可以分为液体电解质、凝胶型电解质和固体电解质。当通过使用液体电解质制造太阳能电池时，具有提高了能量转换效率的优点，而存在的缺点是，包含于液体电解质中的溶剂可能根据外部温度的增加或太阳能电池的密封状态而泄漏或挥发，从而降低太阳能电池的寿命。相反，当通过使用固体电解质制造太阳能电池时，不会发生电解质的泄漏或挥发问题，但是存在能量转换效率通常下降的缺点，从而在太阳能电池应用中导致困难。因此，需要开发新的电解质或者开发并应用可代替电解质的新材料以解决上述缺点。

通常，钌(Ru)金属络合物已广泛用作用于染料敏化太阳能电池的染料，但是钌金属络合物的缺点在于，钌金属络合物非常昂贵且难以纯化。此外，包含钌金属的有机染料吸附到半导体层上需要至少2小时至多至24小时的长吸附时间，因此缺点在于，增加了制造过程所花费的时间，并且存在仅当半导体层的厚度为至少约10μm时才获得高能量转化效率的局限性。因此，已经尝试使用除了钌金属络合物以外的染料，但是即使在这些情况下，当半导体层的厚度为约10μm时，也只获得了最大约3％的能量转化效率，因而存在当半导体层的厚度薄于10μm时未获得高能量化换效率的问题。

发明内容

技术问题

本说明书已经致力于提供一种太阳能电池。

技术方案