專利名稱：染料敏化太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種染料敏化太陽電池，尤其是指一種在長波長范圍內(nèi) 具有較佳光子吸收效率并具有較佳光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽電池。
背景技術(shù)：
由于目前人類主要依賴的各種能源來源，如鈾、天然氣與石油等，在 未來數(shù)十年的內(nèi)皆會使用殆盡，科學(xué)家無不投入大量心力與金錢在開發(fā)替 代能源的應(yīng)用上，如太陽能、風(fēng)力、波力及地熱，即所謂的綠色能源。但 是，在前述各種綠色能源中，風(fēng)力、波力及地熱的運用皆具有其地域限制 性，即必須在某些環(huán)境才可以使用，如火山區(qū)或海岸邊。況且，應(yīng)用這些 能源所需使用的設(shè)備也非常龐大，如風(fēng)車及深海海水的取水管線等，造成 這些綠色能源的可應(yīng)用性非常有限。
相反地，由于只要在能被陽光照射到的地方就可以應(yīng)用到太陽能，所 以近幾年來，太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)便成為業(yè)界競相進入的明星產(chǎn)業(yè)，且業(yè)界均 已投入大量資源開發(fā)太陽電池及相關(guān)的裝置?？墒牵捎谀壳暗闹髁魈?電池是以硅做為其主要材料，且因為硅原料產(chǎn)能不足價格昂貴、硅太陽電 池產(chǎn)線的設(shè)備成本極高、硅太陽電池的量產(chǎn)速度過慢及硅太陽電池的光電 轉(zhuǎn)換效率難以突破等缺點，使目前硅太陽電池的發(fā)展面臨瓶頸。
為此，產(chǎn)學(xué)界開發(fā)出另一種太陽電池，即染料敏化太陽電池
(dye-sensitized solar cell, DSSC)，其由依附在寬能隙半導(dǎo)體上的染料加強對 可見光的吸收，以將光能轉(zhuǎn)換成電能。公知的染料敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)便如圖l所示，其包括 一第一基板 1、 一第二基板12、以及一夾置于第一基板11與第二基板12之間光能轉(zhuǎn)換
層13。其中，光能轉(zhuǎn)換層13包含一電解凝體i31及復(fù)數(shù)個染料吸附單元132， 且這些染料吸附單元132分布于電解凝體131中。此外，公知的染料敏化太 陽電池是配合一外部回路10運作，且前述的第一基板11及第二基板12電性 連接于此外部回路IO。另一方面，前述的光能轉(zhuǎn)換層13的電解凝體131包 含復(fù)數(shù)個氧化還原媒介物(redox mediator),而復(fù)數(shù)個染料吸附單元132則包 含復(fù)數(shù)個氧化鈦材質(zhì)的納米球。除此之外，在公知的染料敏化太陽電池中， 一第一透明導(dǎo)電部14設(shè)置于第一基板11的鄰近于光能轉(zhuǎn)換層13的一側(cè)，第 一透明導(dǎo)電部14電性連接于前述的外部回路10。此外， 一第二透明導(dǎo)電部 15設(shè)置于第二基板12的鄰近于光能轉(zhuǎn)換層13的一側(cè)，第二透明導(dǎo)電部15亦 電性連接于前述的外部回路IO。
當公知的染料敏化太陽電池運作時， 一光線是自外界通過第一基板l 1 及第一透明導(dǎo)電部14而到達光能轉(zhuǎn)換層13。但是，當此光線到達光能轉(zhuǎn)換 層13后，此光線可能會直接經(jīng)由第二透明導(dǎo)電部15及第二基板12而射出公 知的染料敏化太陽電池。或者，此光線會在被染料吸附單元132反射后， 再經(jīng)由第一透明導(dǎo)電部14及第一基板11而射出公知的染料敏化太陽電池。 因此，公知的染料敏化太陽電池無法完全地將此光線的光能轉(zhuǎn)換為電能， 造成公知的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率無法再提升。
另一方面，請參閱圖2，是公知的染料敏化太陽電池的各組成單元的 光吸收效率隨著波長變化關(guān)系的示意圖。其中，曲線A代表光能轉(zhuǎn)換層的 氧化鈦材質(zhì)的納米球的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系，曲線B代表光能 轉(zhuǎn)換層的第一染料RuL3的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系，曲線C則代表 光能轉(zhuǎn)換層的第二染料RuL，(NCS)3的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系。
如圖2所示，公知的染料敏化太陽電池的光能轉(zhuǎn)換層的氧化鈦材質(zhì)的 納米球主要吸收波長范圍在400nm以下的光線(曲線A)，而光能轉(zhuǎn)換層的第一染料(RuL3)及第二染料(RuL，(NCS)3)則主要吸收波長范圍400nm至 800nm的光線(曲線B及曲線C)。也就是說，對于波長范圍在800nm以上的 光線，公知的染料敏化太陽電池并無法有效地吸收并將此部分的光線所攜 帶的光能轉(zhuǎn)換為電能。因此，在長波長的范圍中(波長大于800nm)，公知 的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率更無法有效提升。
因此，業(yè)界亟需一種在長波長范圍內(nèi)具有較佳光子吸收效率并具有 較佳光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種染料敏化太陽電池，以能在長波長范 圍內(nèi)具有較佳光子吸收效率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種染料敏化太陽電池，以能具有較佳光 電轉(zhuǎn)換效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的染料敏化太陽電池，配合一外部回路， 包括
一第一基板； 一第二基板；以及
一光能轉(zhuǎn)換層，夾置于該第一基板與該第二基板之間，該光能轉(zhuǎn)換層 包含一電解凝體及復(fù)數(shù)個染料吸附單元，且該些染料吸附單元分布于該電 解凝體中；
其中， 一第一光子晶體層設(shè)置于該第一基板的表面，且一光線自外界 通過該第一光子晶體層及該第一基板而到達該光能轉(zhuǎn)換層，該光能轉(zhuǎn)換層 將該光線的光能轉(zhuǎn)換為電能，該外部回路則電性連接于該第一基板及該第 二基板。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一基板于鄰近該光能轉(zhuǎn)換層的 一側(cè)還設(shè)置有一第一透明導(dǎo)電部，該第一透明導(dǎo)電部與該第一光子晶體層分別位于該第一基板的兩側(cè)，且該第一透明導(dǎo)電部電性連接于該外部回 路。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層設(shè)置于該第一基 板的相對于該光能轉(zhuǎn)換層的另一側(cè)。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二基板于鄰近該光能轉(zhuǎn)換層的 一側(cè)還設(shè)置有一第二透明導(dǎo)電部，且該第二透明導(dǎo)電部電性連接于該外部 回路。
所述的染料敏化太陽電池，其中，還包括一設(shè)置于該第二基板的表面 的第二光子晶體層。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層設(shè)置于該第二基 板的鄰近于該光能轉(zhuǎn)換層的表面。
所述的染料敏化太陽電池，其中，還包括一設(shè)置于該第二光子晶體層 與該光能轉(zhuǎn)換層之間的第二透明導(dǎo)電部，且該第二透明導(dǎo)電部電性連接于 該外部回路。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層利用一納米球數(shù) 組定義蝕刻工藝形成于該第一基板的表面。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該納米球數(shù)組定義蝕刻工藝所使用 的納米球的材質(zhì)為氧化硅。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層包含復(fù)數(shù)個球狀 凹陷部。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該些球狀凹陷部的形狀為圓球形。 所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層包含復(fù)數(shù)個光阻 結(jié)構(gòu)。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層為一抗反射層。 所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層包含至少一納米 球?qū)樱以摷{米球?qū)影瑥?fù)數(shù)個納米球。所述的染料敏化太陽電池，其中，該些納米球的材質(zhì)為氧化硅。 所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層為一分布式布拉 格反射鏡。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層為一反射層。 所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一基板及該第二基板的材質(zhì)為
聚乙烯對苯二甲酸酯。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一基板及該第二基板的材質(zhì)為玻璃。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一透明導(dǎo)電部的材質(zhì)為氧化銦錫。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二透明導(dǎo)電部的材質(zhì)為氧化銦錫。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二透明導(dǎo)電部的材質(zhì)為氧化銦錫。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該電解凝體包含復(fù)數(shù)個氧化還原媒介。
所述的染料敏化太陽電池，其中，該染料吸附單元包含復(fù)數(shù)個氧化鈦 材質(zhì)的納米球。
綜上述，本發(fā)明的染料敏化太陽電池可由其所設(shè)置的光子晶體層(即 第一光子晶體層及第二光子晶體層)，將長波長范圍中的光線吸收并將其所 攜帶的光能轉(zhuǎn)換為電能。也就是說，本發(fā)明的染料敏化太陽電池可有效應(yīng) 用到公知的染料敏化太陽電池所無法應(yīng)用到的光線，如紅外線光。因此， 在長波長范圍內(nèi)，本發(fā)明的染料敏化太陽電池不僅具有較佳光吸收效率， 其更具有較佳光電轉(zhuǎn)換效率，而使得染料敏化太陽電池可取代目前主流的 硅太陽電池。
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圖l是公知的染料敏化太陽電池的示意圖。
圖2是顯示公知的染料敏化太陽電池的各組成單元的光吸收效率隨著
波長變化的關(guān)系示意圖。
圖3是本發(fā)明一較佳實施例的染料敏化太陽電池的示意圖。 圖4是顯示形成一第一光子晶體層于本發(fā)明一較佳實施例的染料敏化
太陽電池的第一基板表面的「納米球數(shù)組定義蝕刻工藝」的示意圖。
圖5A及圖5B顯示形成一第二光子晶體層于本發(fā)明一較佳實施例的染 料敏化太陽電池的第二基板表面的納米球堆棧工藝的示意圖。
圖6是顯示本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池的各組成單元的光吸 收效率隨著波長變化的關(guān)系的示意圖。
圖7是本發(fā)明另一較佳實施例的染料敏化太陽電池的示意圖。
圖8是本發(fā)明又一較佳實施例的染料敏化太陽電池的示意圖。 附圖中主要組件符號說明
10外部回路 11第一基板 12第二基板 13光能轉(zhuǎn)換層 131電解凝體 132染料吸附單元 14第一透明導(dǎo)電部 15第二透明導(dǎo)電部 30外部回路 31第一基板 311表面32第二基板
321表面
33光能轉(zhuǎn)換層
331電解凝體
332染料吸附單元
34第一光子晶體層
341球狀凹陷部
35第二光子晶體層
351納米球?qū)?br> 36第一透明導(dǎo)電部
37第二透明導(dǎo)電部
41納米球?qū)?br> 42氧化硅層
51膠體溶液
52容器
53丙酮溶液
70外部回路
71第一基板
72第二基板
721表面
73光能轉(zhuǎn)換層
731電解凝體
732染料吸附單元
74第一光子晶體層
741球狀凹陷部
75第二光子晶體層76第一透明導(dǎo)電部
77第二透明導(dǎo)電部
80外部回路
81第一基板
811表面
82第二基板
821表面
83光能轉(zhuǎn)換層
831電解凝體
832染料吸附單元
84第一光子晶體層
841光阻結(jié)構(gòu)
85第二光子晶體層
851納米球?qū)?br> 86第一透明導(dǎo)電部
87第二透明導(dǎo)電部
具體實施例方式
本發(fā)明的染料敏化太陽電池的第一光子晶體層可利用任何方式形成 于第一基板的表面，其較佳利用一納米球數(shù)組定義蝕刻工藝、 一將一或復(fù) 數(shù)個納米球?qū)佣褩Ｓ诘谝换宓谋砻娴墓に嚒?一納米壓印工藝或一黃光顯 影定義蝕刻工藝形成于第一基板的表面。其中，前述的納米球數(shù)組定義蝕 刻工藝可使用任何材質(zhì)的納米球，它們的材質(zhì)較佳為氧化硅、聚甲基丙烯 酸甲酯或聚苯乙烯。此外，本發(fā)明的染料敏化太陽電池的第一光子晶體層 可具有任何類型，其較佳為一納米球?qū)?、?fù)數(shù)個納米球?qū)印?fù)數(shù)個光阻結(jié) 構(gòu)或復(fù)數(shù)個球狀凹陷部。至于構(gòu)成前述的一或復(fù)數(shù)個納米球?qū)拥膹?fù)數(shù)個納米球可由任何材質(zhì)構(gòu)成，它們的材質(zhì)較佳為氧化硅、硅、聚甲基丙烯酸甲 酯、聚苯乙烯或氧化鈦。另一方面，前述的復(fù)數(shù)個光阻結(jié)構(gòu)可具有任何類 型，它們較佳為圓柱、橢圓柱或長方形柱。前述的復(fù)數(shù)個球狀凹陷部則可 具有任何形狀，它們的形狀較佳為圓球形或橢圓球形。
本發(fā)明的染料敏化太陽電池的第二光子晶體層可利用任何方式形成 于第二基板的表面，其較佳利用一納米球數(shù)組定義蝕刻工藝、 一將一或復(fù) 數(shù)個納米球?qū)佣褩Ｓ诘谝换宓谋砻娴墓に嚒?一納米壓印工藝或一黃光顯 影定義蝕刻工藝形成于第二基板的表面。此外，本發(fā)明的染料敏化太陽電 池的第二光子晶體層可具有任何類型，其較佳為一分布式布拉格反射鏡、 一納米球?qū)踊驈?fù)數(shù)個納米球?qū)?。至于?gòu)成前述的一或復(fù)數(shù)個納米球?qū)拥膹?fù) 數(shù)個納米球可由任何材質(zhì)構(gòu)成，它們的材質(zhì)較佳為氧化硅、硅、聚甲基丙 烯酸甲酯、聚苯乙烯或氧化鈦。
最后，本發(fā)明的染料敏化太陽電池的第一基板可由任何材質(zhì)構(gòu)成，其 材質(zhì)較佳為玻璃、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜或 聚碳酸脂。本發(fā)明的染料敏化太陽電池的第二基板可由任何材質(zhì)構(gòu)成，其 材質(zhì)較佳為玻璃、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜或 聚碳酸脂。本發(fā)明的染料敏化太陽電池的第一透明導(dǎo)電部可由任何材質(zhì)構(gòu) 成，其材質(zhì)較佳為氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、氧化鋅鎵。本發(fā)明的 染料敏化太陽電池的第二透明導(dǎo)電部可由任何材質(zhì)構(gòu)成，其材質(zhì)較佳為氧 化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、氧化鋅鎵。
如圖3所示，本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池的示意圖，其包括
一第一基板31、 一第二基板32、以及一夾置于第一基板31與第二基板32之 間光能轉(zhuǎn)換層33。其中，光能轉(zhuǎn)換層33包含一電解凝體331及復(fù)數(shù)個染料 吸附單元332，且這些染料吸附單元332分布于電解凝體331中。在本實施 例中，光能轉(zhuǎn)換層33的電解凝體331包含復(fù)數(shù)個氧化還原媒介物(redox mediator),而復(fù)數(shù)個染料吸附單元332則包含復(fù)數(shù)個氧化鈦材質(zhì)的納米球。此外，本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池配合一外部回路30運作，
前述的第一基板31及第二基板32則電性連接于此外部回路30。此外，在本 發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池中， 一第一光子晶體層34設(shè)置于第一基 板31的表面311，且一第二光子晶體層35設(shè)置于第二基板32的表面321。另 一方面， 一第一透明導(dǎo)電部36設(shè)置于第一基板31的鄰近于光能轉(zhuǎn)換層33的 一側(cè)，使得第一透明導(dǎo)電部36與第一光子晶體層34分別位于第一基板31的 兩偵U，且第一透明導(dǎo)電部36電性連接于前述的外部回路30。最后， 一第二 透明導(dǎo)電部37設(shè)置于第二光子晶體層35與光能轉(zhuǎn)換層33之間，且第二透明 導(dǎo)電部37亦電性連接于前述的外部回路30。
當本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池運作時， 一光線自外界依序通 過第一光子晶體層34、第一基板31及第一透明導(dǎo)電部36而到達光能轉(zhuǎn)換層 33。在本實施例中，由于第一光子晶體層34同時為一抗反射層及一色散層， 所以前述的光線可有效地通過第一光子晶體層34。另一方面，由于光子晶 體結(jié)構(gòu)具有拘限光子的效果，且在本實施例中，第二光子晶體層35為一反 射層，所以前述的到達光能轉(zhuǎn)換層33的光線可因為被第二光子晶體層35反 射而多次通過光能轉(zhuǎn)換層33，即此光線被拘限在光能轉(zhuǎn)換層33中。因此， 當此光線被拘限在本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池的光能轉(zhuǎn)換層33 中時，光能轉(zhuǎn)換層33便可將此光線的光能近乎完全地轉(zhuǎn)換為電能，使得本 發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率遠較公知的染料敏化 太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為高。至于光能轉(zhuǎn)換層33將此光線的光能轉(zhuǎn)換為 電能的機制，由于己廣為業(yè)界所知，在此便不再贅述。
除此之外，由于本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池可由選擇具有不 同直徑大小的納米球的方式，調(diào)整其第一光子晶體層及第二光子晶體層的 結(jié)構(gòu)的尺寸，進而調(diào)整其第一光子晶體層及第二光子晶體層所能作用的光 源的波長范圍。所以，本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池可由適當選擇 其第一光子晶體層及第二光子晶體層的結(jié)構(gòu)的尺寸的方式，使得長波長范圍的光線可順利地到達其光能轉(zhuǎn)換層并被局限在其光能轉(zhuǎn)換層中，直到此 光線的光能被完全轉(zhuǎn)換為電能為止。
再如圖3所示，在本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池中，第一基板
31及第二基板32的材質(zhì)為玻璃，第一透明導(dǎo)電部36及第二透明導(dǎo)電部37的 材質(zhì)則為氧化銦錫(ITO)。此外，第一光子晶體層34是利用一 「納米球數(shù)組 定義蝕刻工藝」形成于第一基板31的表面311，所形成的第一光子晶體層 34為一包含復(fù)數(shù)個球狀凹陷部341的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，且這些球狀凹陷 部341的形狀為圓球形。此外，前述的「納米球數(shù)組定義蝕刻工藝」所使 用的納米球的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，而「納米球數(shù)組定義蝕 刻工藝」的詳細步驟，則如下所述
請參閱圖4，首先，于第一基板31的表面311形成一包含復(fù)數(shù)個納米球 的納米球?qū)?1，且這些納米球的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，且其 平均直徑介于400 nm至2000 nm之間。接著，再利用氣相沉積法，同時 于前述的納米球?qū)?1的間隙及第一基板31的部分表面形成一氧化硅層 (SiOx)42，并將具有氧化硅層42的第一基板31以50(TC至90(rC進行退火處 理。
當完成退火步驟后，將第一基板31及位于其上的氧化硅層42浸入一甲 酸(圖中未示)中，將前述的復(fù)數(shù)個納米球移除。如此，便形成一包含復(fù)數(shù) 個球狀凹陷部341的二維光子晶體結(jié)構(gòu)于第一基板31的表面311，即第一光
子晶體層34。需注意的是，若使用不同材質(zhì)的納米球于前述的工藝中，則 移除納米球所需的溶液并不相同。即，若納米球的材質(zhì)為氧化硅，則使用 的溶液為氫氟酸溶液；若納米球的材質(zhì)為聚苯乙烯，則使用的溶液為丁酮 或甲苯。
另一方面，第二光子晶體層35則包含復(fù)數(shù)層納米球?qū)?51，且每一納 米球?qū)?51均包含復(fù)數(shù)個納米球。也就是說，第二光子晶體層35是由將復(fù) 數(shù)個納米球堆棧于第二基板32的表面321的方式形成，而這些納米球的材質(zhì)為氧化硅。至于將這些納米球堆棧于第二基板32的表面321的方式，則
如下所述
請參閱圖5A及圖5B，首先，提供一第二基板32及一膠體溶液51，此 膠體溶液51具有復(fù)數(shù)個納米球及一界面活性劑。接著，將第二基板32放置 于膠體溶液51的容器52中，并使第二基板32浸入膠體溶液51中。待靜置數(shù) 分鐘以后，復(fù)數(shù)個納米球便逐漸堆積于第二基板32的表面并自動堆棧而形 成復(fù)數(shù)層納米球?qū)?51。其中，這些納米球的材質(zhì)為氧化硅，且其平均直 徑介于150nm至450nm之間。但是，在不同的應(yīng)用場合中，前述工藝亦可 以使用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或氧化鈦材質(zhì)的納米球，且其尺寸并 不僅限于前述的范圍，可依照實際需要改變其尺寸。隨后，將具有揮發(fā)性 的丙酮溶液53倒入容器52中，將前述的膠體溶液51揮發(fā)掉。待膠體溶液51 被揮發(fā)干凈后，再將第二基板32從容器52中取出，便得到一具有復(fù)數(shù)層納 米球?qū)?51于其表面的第二基板32。
請參閱圖6，其顯示本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池的各組成單 元的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系的示意圖。其中，曲線D代表光能轉(zhuǎn) 換層所具的氧化鈦材質(zhì)的納米球的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系，曲線 E代表光能轉(zhuǎn)換層的第一染料RuL3的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系，曲 線F代表光能轉(zhuǎn)換層的第二染料RuL'(NCS)3的光吸收效率隨著波長變化的 關(guān)系，曲線G則代表具有第一光子晶體層及第二光子晶體層的本發(fā)明一實
施例的染料敏化太陽電池的光吸收效率隨著波長變化的關(guān)系。
如圖6所示，在長波長的范圍中(波長大于800nm)，本發(fā)明一實施例的
染料敏化太陽電池可由其所設(shè)置的光子晶體層(如第一光子晶體層及第二 光子晶體層)將具有此部分波長的光線(如紅外線)所攜帶的光能吸收并轉(zhuǎn) 換為電能。即，本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電池可吸收并應(yīng)用公知的 染料敏化太陽電池所無法應(yīng)用的紅外線光源的光能。因此，在長波長范圍內(nèi)，相較于公知的染料敏化太陽電池，本發(fā)明一實施例的染料敏化太陽電 池不僅具有較佳光吸收效率，其更具有較佳光電轉(zhuǎn)換效率。
圖7是本發(fā)明另一實施例的染料敏化太陽電池的示意圖，其包括一
第一基板71、 一第二基板72、以及一夾置于第一基板71與第二基板72之間 光能轉(zhuǎn)換層73。其中，光能轉(zhuǎn)換層73包含一電解凝體731及復(fù)數(shù)個染料吸 附單元732，且這些染料吸附單元732分布于電解凝體731中。此外，本發(fā) 明另一實施例的染料敏化太陽電池系配合一外部回路70運作，前述的第一 基板71及第二基板72則電性連接于此外部回路70。另一方面，在本發(fā)明另 一實施例的染料敏化太陽電池中， 一第一光子晶體層74設(shè)置于第一基板71 的表面，且一第二光子晶體層75設(shè)置于第二基板72的表面721。除此之外， 一第一透明導(dǎo)電部76設(shè)置于第一基板71的鄰近于光能轉(zhuǎn)換層73的一側(cè)，使 得第一透明導(dǎo)電部76與第一光子晶體層74分別位于第一基板71的兩側(cè)，且 第一透明導(dǎo)電部76電性連接于前述的外部回路70。最后， 一第二透明導(dǎo)電 部77則設(shè)置于第二光子晶體層75與光能轉(zhuǎn)換層73之間，且第二透明導(dǎo)電部 77亦電性連接于前述的外部回路70。
再如圖7所示，在本發(fā)明另一實施例的染料敏化太陽電池中，第一基 板71及第二基板72的材質(zhì)為聚乙烯對苯二甲酸酯，第一透明導(dǎo)電部76及第 二透明導(dǎo)電部77的材質(zhì)則為氧化銦錫(ITO)。此外，第一光子晶體層74利用 一 「納米壓印工藝」形成于第一基板71的表面并使得第一光子晶體層74為 一包含復(fù)數(shù)個球狀凹陷部741的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，而這些球狀凹陷部741 的形狀為圓球形并與第一基板71整合為一體。另一方面，第二光子晶體層 75則為一分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector)。
如此，當本發(fā)明另一實施例的染料敏化太陽電池運作時， 一自外界依 序通過第一光子晶體層74、第一基板71及第一透明導(dǎo)電部76而到達光能轉(zhuǎn) 換層73的光線便會因為被第二光子晶體層75反射而多次通過光能轉(zhuǎn)換層 73，即此光線被拘限在光能轉(zhuǎn)換層73中。因此，本發(fā)明另一實施例的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率遠較公知的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換 效率為高。
圖8是本發(fā)明又一實施例的染料敏化太陽電池的示意圖，其包括一
第一基板81、 一第二基板82、以及一夾置于第一基板81與第二基板82之間 光能轉(zhuǎn)換層83。其中，光能轉(zhuǎn)換層83包含一電解凝體831及復(fù)數(shù)個染料吸 附單元832，且這些染料吸附單元832分布于電解凝體831中。此外，本發(fā) 明又一實施例的染料敏化太陽電池系配合一外部回路80運作，前述的第一 基板81及第二基板82則電性連接于此外部回路80。另一方面，在本發(fā)明又 一實施例的染料敏化太陽電池中， 一第一光子晶體層84設(shè)置于第一基板81 的表面811，且一第二光子晶體層85設(shè)置于第二基板82的表面821。除此之 外， 一第一透明導(dǎo)電部86設(shè)置于第一基板81的鄰近于光能轉(zhuǎn)換層83的一 側(cè)，使得第一透明導(dǎo)電部86與第一光子晶體層84分別位于第一基板81的兩 側(cè)，且第一透明導(dǎo)電部86電性連接于前述的外部回路80。最后， 一第二透 明導(dǎo)電部87則設(shè)置于第二光子晶體層85與光能轉(zhuǎn)換層83之間，且第二透明 導(dǎo)電部87亦電性連接于前述的外部回路80。
再如圖8所示，在本發(fā)明又一實施例的染料敏化太陽電池中，第一基 板81及第二基板82的材質(zhì)為玻璃，第一透明導(dǎo)電部86及第二透明導(dǎo)電部87 的材質(zhì)則為氧化銦錫(ITO)。此外，第一光子晶體層84利用一 「黃光顯影定 義蝕刻工藝」形成于第一基板81的表面811并使得第一光子晶體層84為一 由復(fù)數(shù)個光阻結(jié)構(gòu)841組成的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。另一方面，第二光子晶 體層85則包含一納米球?qū)?51，且納米球?qū)?51包含復(fù)數(shù)個納米球，而這些 納米球的材質(zhì)為氧化硅。
如此，當本發(fā)明又一實施例的染料敏化太陽電池運作時， 一自外界依 序通過第一光子晶體層84、第一基板81及第一透明導(dǎo)電部86而到達光能轉(zhuǎn) 換層83的光線便會因為被第二光子晶體層85反射而多次通過光能轉(zhuǎn)換層 83，即此光線被拘限在光能轉(zhuǎn)換層83中。因此，本發(fā)明又一實施例的染料
18敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率遠較公知的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換 效率為高。
綜上所述，本發(fā)明的染料敏化太陽電池可藉由其所設(shè)置的光子晶體層 (即第一光子晶體層及第二光子晶體層)，將長波長的范圍中的光線吸收并 將其所攜帶的光能轉(zhuǎn)換為電能。也就是說，本發(fā)明的染料敏化太陽電池可 有效應(yīng)用到公知的染料敏化太陽電池所無法應(yīng)用到的光線，如紅外線光。 因此，在長波長范圍內(nèi)，本發(fā)明的染料敏化太陽電池不僅具有較佳光吸收 效率，其更具有較佳光電轉(zhuǎn)換效率，而使得染料敏化太陽電池可取代目前 主流的硅太陽電池。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利要求 范圍自應(yīng)以申請的權(quán)利要求范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權(quán)利要求
1、一種染料敏化太陽電池，配合一外部回路，包括一第一基板；一第二基板；以及一光能轉(zhuǎn)換層，夾置于該第一基板與該第二基板之間，該光能轉(zhuǎn)換層包含一電解凝體及復(fù)數(shù)個染料吸附單元，且該些染料吸附單元分布于該電解凝體中；其中，一第一光子晶體層設(shè)置于該第一基板的表面，且一光線自外界通過該第一光子晶體層及該第一基板而到達該光能轉(zhuǎn)換層，該光能轉(zhuǎn)換層將該光線的光能轉(zhuǎn)換為電能，該外部回路則電性連接于該第一基板及該第二基板。
2、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一基板于鄰近 該光能轉(zhuǎn)換層的一側(cè)還設(shè)置有一第一透明導(dǎo)電部，該第一透明導(dǎo)電部與該 第一光子晶體層分別位于該第一基板的兩側(cè)，且該第一透明導(dǎo)電部電性連 接于該外部回路。
3、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層 設(shè)置于該第一基板的相對于該光能轉(zhuǎn)換層的另一側(cè)。
4、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二基板于鄰近 該光能轉(zhuǎn)換層的一側(cè)還設(shè)置有一第二透明導(dǎo)電部，且該第二透明導(dǎo)電部電 性連接于該外部回路。
5、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，還包括一設(shè)置于該 第二基板的表面的第二光子晶體層。
6、 如權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層設(shè)置于該第二基板的鄰近于該光能轉(zhuǎn)換層的表面。
7、 如權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽電池，其中，還包括一設(shè)置于該 第二光子晶體層與該光能轉(zhuǎn)換層之間的第二透明導(dǎo)電部，且該第二透明導(dǎo) 電部電性連接于該外部回路。
8、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層 利用一納米球數(shù)組定義蝕刻工藝形成于該第一基板的表面。
9、 如權(quán)利要求8所述的染料敏化太陽電池，其中，該納米球數(shù)組定義蝕刻工藝所使用的納米球的材質(zhì)為氧化硅。
10、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體層包含復(fù)數(shù)個球狀凹陷部。
11、 如權(quán)利要求10所述的染料敏化太陽電池，其中，該些球狀凹陷部 的形狀為圓球形。
12、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體 層包含復(fù)數(shù)個光阻結(jié)構(gòu)。
13、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一光子晶體 層為一抗反射層。
14、 如權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層包含至少一納米球?qū)樱以摷{米球?qū)影瑥?fù)數(shù)個納米球。
15、 如權(quán)利要求14所述的染料敏化太陽電池，其中，該些納米球的材質(zhì)為氧化硅。
16、 如權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層為一分布式布拉格反射鏡。
17、 如權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二光子晶體層為一反射層。
18、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一基板及該 第二基板的材質(zhì)為聚乙烯對苯二甲酸酯。
19、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一基板及該 第二基板的材質(zhì)為玻璃。
20、 如權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽電池，其中，該第一透明導(dǎo)電部的材質(zhì)為氧化銦錫。
21、 如權(quán)利要求4所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二透明導(dǎo)電部的材質(zhì)為氧化銦錫。
22、 如權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽電池，其中，該第二透明導(dǎo)電 部的材質(zhì)為氧化銦錫。
23、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該電解凝體包含 復(fù)數(shù)個氧化還原媒介。
24、 如權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽電池，其中，該染料吸附單元 包含復(fù)數(shù)個氧化鈦材質(zhì)的納米球。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種在長波長范圍內(nèi)具有較佳光子吸收效率并具有較佳光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽電池。本發(fā)明的染料敏化太陽電池，配合一外部回路，包括一第一基板；一第二基板；以及一夾置于此第一基板與此第二基板之間的光能轉(zhuǎn)換層。其中，光能轉(zhuǎn)換層包含一電解凝體及復(fù)數(shù)個分布于此電解凝體中的染料吸附單元。此外，一第一光子晶體層設(shè)置于此第一基板的表面，且一光線自外界通過此第一光子晶體層及此第一基板而到達此光能轉(zhuǎn)換層。此光能轉(zhuǎn)換層將此光線的光能轉(zhuǎn)換為電能，而此外部回路則電性連接于此第一基板及此第二基板。
文檔編號H01L51/42GK101431111SQ20071016928
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者李崇華, 蔡宏杰 申請人:和椿科技股份有限公司