[发明专利]染料敏化太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明提供一种染料敏化太阳能电池及其制造方法，包含具有高传导性之复合电极，其包含多壁奈米碳管-石墨烯的复合物层，以提供高的反应面积增加电子传递，提升光电转换效率。

背景技术

染料敏化太阳能电池为现今产业所积极发展的一项技术，其广泛应用于各种电子产品中，具有环保、低成本、不易受使用温度影响、可挠性及透明性等多种优点。

染料敏化太阳能电池主要结构包含工作电极、电解质及对电极，依序设置在二透明导电基板之间。其中，光敏化剂(或称光染料)为附着于工作电极上，可将光能转换成电能。而如何能有效增加光电转换效率及稳定性，则决定于电解质及电极的材质及结构特性。

奈米碳管及石墨烯为近年的新兴材料，其为「纯碳」材料，具有特殊结构及具特异性能。奈米碳管为奈米管状型，具有良好的电性、光学性及热性等，常作为复合材料、生物化学传感器及电子器材等，广泛运用在多种不同领域。石墨烯具有二维结构，其原子间彼此连结构成蜂巢似的结构，富含有电子于各层间自由迁移，具有导电性。即，由于具导电之性能，奈米碳管及石墨烯已被运用在太阳能电池之领域，以辅助增强光电转换效率。

奈米碳管及石墨烯虽然已被用在太阳能电池，但因本身之特性，仍有造成光电转换效率不佳之问题。奈米碳管有不易分散之特性，实务上往往会有容易团聚的情形产生，降低了作为电极之间层的电子传输性；而石墨烯亦有相似之情形，当其与作为基质之有机聚合物混合涂覆后，容易产生彼此堆栈挤压，降低电子藉石墨烯孔洞传输的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多壁奈米碳管-石墨烯复合物，其可涂覆于染料敏化太阳能电池之层间，形成一薄膜层；该多壁奈米碳管-石墨烯复合物为改质奈米碳管及改质石墨烯的复合材料，其形成之薄膜层具有多孔性，进而提升染料敏化太阳能电池。

即，本发明者提供一种染料敏化太阳能电池，包含：一复合对电极，其包含一铂金层以及设置于该铂金层上之多壁奈米碳管-石墨烯复合物层；一工作电极，其中该铂金层上之多壁奈米碳管-石墨烯复合物层位于该铂金层与该工作电极之间；以及一电解质，位于该工作电极与该复合对电极之间。

于较佳实施例中，该多壁奈米碳管-石墨烯复合物层系将多壁奈米碳管及石墨烯各自经酸化后以硅烷偶和剂改质，并混合后加热所形成。

于较佳实施例中，该工作电极系TiO₂、SnO₂及ZnO。

本发明提供一种制备上述之染料敏化太阳能电池用之复合对电极之方法，其包含：(a)提供一铂金层；(b)将一多壁奈米碳管及一石墨烯各自经酸化后以硅烷偶和剂改质，并混合，得到一改质奈米碳管-石墨烯浆液；以及(c)将该改质奈米碳管-石墨烯浆液涂覆至该铂金层上后，烘干该改质奈米碳管-石墨烯浆液得到一多孔性之改质奈米碳管-石墨烯复合物层形成于该铂金层上，形成该复合对电极。

于较佳实施例中，该酸化系使用硫酸及磷酸为9:1之酸化液或硝酸进行。

于较佳实施例中，该经酸化之多壁奈米碳管系以氨基硅烷改质。

于较佳实施例中，该氨基硅烷为N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷。

于较佳实施例中，该经酸化之石墨烯系以环氧基硅烷改质。

于较佳实施例中，该环氧基硅烷为(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷。

本发明提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，包含：(a)以上述之方法制备一复合对电极；(b)提供一工作电极，其中该多孔性石墨烯层位于该铂金层与该工作电极之间；以及(c)提供一电解质于该工作电极与该复合对电极之间。

附图说明

图1为本发明之染料敏化太阳能电池。

图2为本发明之复合对电极。

图3为本发明之制备染料敏化太阳能电池用之复合对电极之方法。

图中标号说明：

1 复合对电极

3 改质奈米碳管-石墨烯复合物层

5 铂金层

6 改质多壁奈米碳管

7 改质石墨烯

9 孔隙

11 黏着剂

13 改质奈米碳管-石墨烯浆液

15 导电基板

17 工作电极

19 电解质

具体实施方式