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CN101911309A - 染料敏化太阳能电池用导电玻璃及其制造方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池用导电玻璃及其制造方法 Download PDF

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CN101911309A CN200880123022XA CN200880123022A CN101911309A CN 101911309 A CN101911309 A CN 101911309A CN 200880123022X A CN200880123022X A CN 200880123022XA CN 200880123022 A CN200880123022 A CN 200880123022A CN 101911309 A CN101911309 A CN 101911309A
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solar cell
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李钟灿
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Abstract

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池用导电玻璃，以及用于制备所述导电玻璃的方法。所述导电玻璃其包括玻璃基板、形成于所述的玻璃基板上的多个金属丝、形成于所述的玻璃基板和所述的金属丝上的透明导电材料层。根据本发明，可以降低导电玻璃的电阻以改善其电学性质。将所述的导电玻璃基板应用于染料敏化太阳能电池可以降低原材料成本，简化工艺设备的在线组装。并且，由于包含在光电极中的多个金属丝所引起的散射，增加了太阳能电池的太阳光吸收，因而提供了一种高效的染料敏化太阳能电池。

Description

染料敏化太阳能电池用导电玻璃及其制造方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池用导电玻璃，以及用于制备所述导电玻璃的方法。特别涉及染料敏化太阳能电池用导电玻璃以及用于制备所述导电玻璃的方法，该导电玻璃可以降低导电玻璃的电阻以改善其电学性质，用于染料敏化太阳能电池以降低原材料成本并简化工艺设备的在线组装，并且由于包含在光电极中的多个金属丝(line)所引起的散射，增加了太阳能电池的太阳光吸收，因而提供了一种高效的染料敏化太阳能电池。
背景技术
一般来说，透明导电涂层应用于显示用的透明导电膜、太阳能电池的透明导电膜等，其市场与日俱增。其一般是通过将导电材料涂布到绝缘玻璃(原玻璃(bare glass)、钠钙玻璃)上进行制备。
玻璃是电绝缘体，其室温的导电率为10-10～10-11(Ωcm)-1。为了赋予绝缘玻璃以导电性并同时保持其光透射率，将TCO(透明导电氧化物)膜或金属涂布于玻璃表面以形成透明导电涂层。
但是，如果TCO或金属单独使用，对于金属，导电率由其厚度决定，而对于TCO，导电率则由膜的厚度和掺杂浓度决定。并且，对于金属，即使在低温下也会产生自由电子，并且导电性由于温度升高时的碰撞而降低；而对于TCO，低温下产生的自由电子与空穴会重新结合，因而由于温度升高时自由电子和空穴的增加而使导电性增强。并且，如果将包括TCO的导电玻璃应用于染料敏化太阳能电池，会由于相对高的电阻而使效率降低。
因而，迫切需要开发一种染料敏化太阳能电池用导电玻璃，其具有改善的电阻以适于应用于染料敏化太阳能电池并提高效率。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明的一个目的是提供一种染料敏化太阳能电池用导电玻璃以及制备所述导电玻璃的方法，该导电玻璃可以降低导电玻璃的电阻以改善其电学性质，可以用于染料敏化太阳能电池以降低原材料成本并简化工艺设备的在线组装，并且由于包含在光电极中的多个金属丝所引起的散射，增加了太阳能电池的太阳光吸收(特别是将太阳光吸收到光电极内部的效率)，因而提供了一种高效的染料敏化太阳能电池。
为了实现所述的目的，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用导电玻璃，其包括玻璃基板、形成于所述玻璃基板上的多个金属丝以及形成于所述玻璃基板和所述金属丝上的透明导电材料层。
本发明还提供一种染料敏化太阳能电池，其包括由透明电极组成的第一电极、结合到所述透明电极底部表面的第二电极以及第一电极和第二电极之间的包含氧化物半导体、染料和电解质的中间层，其中所述的第一电极或第二电极包含本发明的导电玻璃。
本发明还提供一种制备染料敏化太阳能电池用导电玻璃的方法，其包括如下步骤：提供玻璃基板、在所述玻璃基板上形成多个金属丝、在所述玻璃基板和所述金属丝上形成透明导电材料层。
根据本法明的染料敏化太阳能电池用导电玻璃及其制备方法，可以降低导电玻璃的电阻以改善其电学性质。将所述的导电玻璃基板应用于染料敏化太阳能电池可以降低原材料成本，简化工艺设备的在线组装。并且，由于包含在光电极中的多个金属丝所引起的散射，增加了太阳能电池的太阳光吸收，因而提供了一种高效的染料敏化太阳能电池。
附图说明
图1表示根据本发明的一个实施方式的染料敏化太阳能电池用导电玻璃的剖面的剖面图。
图2表示根据本发明各个实施方式的金属丝的各种排列的平面视图。
图3示意地表示包含根据本发明的一个实施方式的导电玻璃的染料敏化太阳能电池的剖面。
图4示意地表示制备根据本发明一个实施方式的染料敏化太阳能电池用导电玻璃的方法。
图5表示根据本发明的一个实施方式的染料敏化太阳能电池用导电玻璃的放大照片。
附图标记：
10：玻璃基板      20：金属丝
30：透明导电材料层
100：第一电极
200：第二电极
300：氧化物半导体和染料
350：散射层
400：电解质
500：Pt涂层
具体实施方式
以下参考附图对本法明进行详细说明。
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池用导电玻璃，其包括玻璃基板10、形成于玻璃基板10上的多个金属丝20、形成于玻璃基板10和金属丝20上的透明导电材料层30。
特别地，根据本发明的染料敏化太阳能电池用导电玻璃，不仅将TCO涂布在玻璃基板上，还将金属丝嵌入到所述的透明导电材料层和玻璃基板之间。从而，显著降低了玻璃基板的电阻，而进入太阳能电池的透射光的透射率的降低被最小化。而且，由于由具有优良的反射性的多个金属丝导致的透射光的散射，增加了太阳能电池的太阳光吸收。图1-图3表示了其实施方式。
图1表示根据本发明的一个实施方式的染料敏化太阳能电池用导电玻璃的剖面，其中，金属丝20形成于玻璃基板10上，透明导电材料层30涂布在其整个表面。
金属丝20有助于增加玻璃基板的导电性，因此，所述的金属丝优选为彼此交叉、彼此平行或成网状结构，其实施方式示于图2。具体地，图2表示玻璃基板从顶部的平面图，其中，a表示彼此平行排列的金属丝，b表示具有网状结构的金属丝，c表示彼此交叉的金属丝。但这些仅是示例性的，如果金属丝具有网状结构或彼此交叉，则其角度不应必须是直角。作为金属丝，可以采用本领域所知的各种金属，优选为由具有优良导电性的Ag构成的金属丝，因为其能降低电阻。
作为透明导电材料，可以采用本领域所知的各种TCO，根据工艺稳定性和简便性，优选ITO或FTO。
如果所述的金属丝具有网状结构，则优选为格状，这是因为其在制造的方便性和电学性质的一致性方面是有利的。优选地，考虑到制造和电学性质，每个格的尺寸为(100～300μm)×(100～300μm)，丝的宽度为10～30μm。更优选的是，每个格的尺寸为270μm×270μm，丝宽度为22μm。为了获得膜厚度的均一性，丝的厚度优选为10μm，更优选为3μm。
本发明还提供一种包含上面所述的导电玻璃的染料敏化太阳能电池，包括由透明电极组成的第一电极100、结合到透明电极100底部表面的第二电极200以及包含第一电极100和第二电极200之间的氧化物半导体、染料300和电解质400的中间层，其中所述的第一电极100或第二电极200包含上面所述的导电玻璃。
本发明的染料敏化太阳能电池的一个实施方式示于图3。参考图3，第一电极和第二电极均由本发明的染料敏化太阳能电池用导电玻璃构成。但是，可以仅是第一电极或仅是第二电极包含本发明的导电玻璃。
一般来说，染料敏化太阳能电池包括第一电极100、第二电极200、包含金属氧化物半导体颗粒和染料的层300以及设置于其下面的电解质层400。另外，还可以进一步包括散射层350。其中，所述的第一电极可以包含本发明的染料敏化太阳能电池用导电玻璃；或者所述的第二电极可以包含本发明的导电玻璃，在这种情况下，可以在其上涂布Pt以进一步包括Pt涂层500。
从而，如图3所示，由于透射光的散射，增强了太阳能电池的太阳光吸收。
本发明还提供一种制备上面所述的染料敏化太阳能电池用导电玻璃的方法，其包括如下步骤：提供玻璃基板，在玻璃基板上形成多个金属丝，在玻璃基板和金属丝上形成透明导电材料层。
如图2所示，金属丝20可以彼此交叉、彼此平行或成网状结构。作为金属丝，可以使用本领域所知的各种金属，优选使用由Ag形成的金属丝。
如果金属丝由Ag形成，则优选通过格拉瓦(Gravia)印刷将Ag浆形成彼此交叉、彼此平行或成网状结构的丝。图4表示其实施方式。具体地，导电浆(优选为银浆)被加到具有图案的格拉瓦辊(Gravia roll)上，传送至卷辊(blanket roll)，然后转印到玻璃基板上。随后进行煅烧(例如550～600℃，10～15分钟)形成透明导电氧化物(TCO)层，然后对形成的TCO层进行加热。形成TCO之后进行加热使TCO结晶，从而使其硬度增加。
为形成透明导电材料层，可以使用本领域所知的各种导电材料采用本领域所知的各种涂布方法进行涂布。优选采用i)气相沉积，例如CVD，ii)溅射，或者iii)湿式沉积，例如旋涂，等。作为导电涂布材料，可以使用各种TCO，优选使用ITO或FTO。由于透明导电材料层用作导电保护层，所以形成的厚度优选为100～
使用上面所述的Ag浆通过Gravia印刷形成如图5(表示的是煅烧后的网状结构)所示的具有网状结构的Ag金属丝，并在其上形成厚度为100～
Figure BPA00001169637400052
的FTO，将四触点探针应用于42英寸玻璃基板来测定玻璃基板的薄膜电阻。作为结果，得到了如下面表1所示的薄膜电阻，平均值约为0.30～0.36Ω/sq，这比仅采用FTO时得到的10Ω/sq的薄膜电阻要小得多。
表1
  基板   触点1   触点2   触点3   触点4   触点5   触点6   触点7   触点8   触点9   触点10   平均
  #1   0.37   0.34   0.36   0.37   0.34   0.29   0.33   0.34   0.26   0.34   0.34
  #2   0.23   0.33   0.30   0.32   0.34   0.25   0.27   0.34   0.32   0.29   0.30
  #3   0.27   0.36   0.29   0.35   0.44   0.33   0.38   0.36   0.31   0.35   0.34
  #4   0.33   0.38   0.39   0.37   0.34   0.37   0.31   0.31   0.30   0.38   0.35
  #5   0.32   0.39   0.49   0.37   0.39   0.33   0.34   0.33   0.34   0.29   0.36
本发明并不局限于前面的示例及其附图，本领域的技术人员可以在不偏离所附权利要求书描述的本发明的方面和范围的前提下，作出各种变形或替代。
工业实用性
根据本发明的染料敏化太阳能电池用导电玻璃及其制备方法，可以降低导电玻璃的电阻以改善其电学性质。将所述的导电玻璃基板应用于染料敏化太阳能电池可以降低原材料成本，简化工艺设备的在线组装。并且，由于包含在光电极中的多个金属丝所引起的散射，增加了太阳能电池的太阳光吸收，因而提供了一种高效的染料敏化太阳能电池。

Claims (10)

1.一种染料敏化太阳能电池用导电玻璃，包括：
玻璃基板，
形成于所述的玻璃基板上的多个金属丝，以及
形成于所述的玻璃基板和所述的金属丝上的透明导电材料层。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用导电玻璃，其中所述的金属丝由Ag形成，其彼此交叉、彼此平行或成网状结构。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用导电玻璃，其中所述的透明导电材料是ITO或FTO。
4.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池用导电玻璃，其中所述的网状结构为格状，每个格的尺寸为(100～300μm)×(100～300μm)，丝的宽度为10～30μm，丝的最大厚度为10μm。
5.一种染料敏化太阳能电池，包括：
由透明电极组成的第一电极，
结合到所述透明电极底部表面的第二电极，以及
包含第一电极和第二电极之间的氧化物半导体、染料和电解质的中间层，
其中所述的第一电极或第二电极包含权利要求1～4中任意一项所述的导电玻璃。
6.一种制备染料敏化太阳能电池用导电玻璃的方法，其包括如下步骤：
提供玻璃基板，
在所述的玻璃基板上形成多个金属丝，以及
在所述的玻璃基板和所述的金属丝上形成透明导电材料层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述的金属丝由Ag(银)形成，其彼此交叉、彼此平行或成网状结构。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的Ag(银)通过格拉瓦印刷采用Ag浆被形成为彼此交叉、彼此平行或成网状结构的丝。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述的透明导电材料是ITO或FTO。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述的透明导电材料通过i)气相沉积、ii)溅射或者iii)湿式沉积例如旋涂形成。
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PB01 Publication
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