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CN1964079A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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CN1964079A CNA2006101484356A CN200610148435A CN1964079A CN 1964079 A CN1964079 A CN 1964079A CN A2006101484356 A CNA2006101484356 A CN A2006101484356A CN 200610148435 A CN200610148435 A CN 200610148435A CN 1964079 A CN1964079 A CN 1964079A
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Abstract

太阳能电池包括基板、形成在基板上的电极以及形成在电极上的光吸收层。在电极和光吸收层之间形成接触面积扩大区域。太阳能电池的形成方式为，形成具有接触面积扩大区域的电极以及在电极上形成光吸收层。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明的诸多方面涉及太阳能电池及其制造方法，尤其涉及具有高能量效率的太阳能电池及其制造该太阳能电池的方法。
背景技术
太阳能电池通常利用太阳能这样一种不会枯竭的能源来产生电能，因而有利于保护环境。典型的太阳能电池包括硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池等等。
太阳能电池一般都具有第一电极和第二电极，其中，第一电极具有形成在其表面上的染料吸收多孔膜，而第二电极面对第一电极且在两者之间具有预定的间距。与硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池可以简单的工艺步骤和较低的生产成本来生产。此外，由于在染料敏化太阳能电池中的第一和第二电极都采用透明材料制成，所以染料敏化太阳能电池可以用于建造建筑物或者暖房的外墙。
然而，染料敏化太阳能电池所具有的光电转换效率低于硅太阳能电池，并且在一些特殊实际应用中受到限制。为了提高光电转换效率，已经提出应该增加第二电极的反射率或者应该使用光散射颗粒，但是所建议的方法只是在一定程度上提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。就此而言，就需要开发增强染料敏化太阳能电池以及其它类型太阳能电池的光电转换效率的新技术。
发明内容
本发明的诸多方面提出了一种具有增强的光电转换效率的太阳能电池以及制造该太阳能电池的方法。
根据本发明的一个方面，该太阳能电池包括基板、形成在基板上的电极以及形成在电极上的光吸收层。在电极和光吸收层之间形成接触面积扩大区域。
根据本发明的一个方面，所形成的接触面积扩大区域可具有凹凸部分。特别是，形成接触孔面积扩大区域的方式可以是，在基板上形成凹凸部分和在基板上形成电极以使电极与基板的凹凸部分相一致，并且在电极上形成光吸收层。
根据本发明的一个方面，电极的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。具有电极的基板表面的粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。特别是，在形成电极之前的基板表面的粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
根据本发明的一个方面，所形成的凹凸部分可以呈台阶、网孔、划痕、斑痕或者底层的形状。
根据本发明的另一方面，太阳能电池包括相互面对面设置的第一和第二基板；形成在第一基板上的第一电极；形成在第一电极上的光吸收层；以及形成在第二基板上的第二电极，其中第一电极的表面粗糙度大于第二电极的表面粗糙度。也就是说，第一电极的表面粗糙度所具有的均方根大于第二电极的表面粗糙度所具有的均方根。
根据本发明的一个方面，制造太阳能电池的方法包括形成具有接触面积扩大区域的电极，以及在电极上形成光吸收层。
根据本发明的一个方面，在形成具有接触面积扩大区域的电极中，电极可以形成在具有凹凸部分的基板上。基板的凹凸部分可以通过机械刻蚀或者化学刻蚀来形成。机械刻蚀方法可以选用喷沙、拉毛和等离子体刻蚀，而化学刻蚀可以采用选自硝酸、盐酸、氢氟酸及其混合物的溶液进行。
根据本发明的另一方面，制造太阳能电池的基板/电极/光吸收层组件的方法包括采用机械或者化学刻蚀的方法来刻蚀基板，以便于在其表面上形成凹凸的部分；在基板的表面上形成电极，使得电极的表面具有与基板表面的凹凸部分相一致的凹凸部分；以及在电极上形成光吸收层。
根据本发明的另一方面，制造太阳能电池的电极/光吸收层组件的方法包括在基板表面上形成电极和控制形成的工艺条件，使得电极表面粗糙度的均方根为10nm至3000nm；以及在电极上形成光吸收层。
本发明的其它方面和/或优点将通过以下说明书得到一定程度的阐述，并且根据说明书而在一定程度上变得显而易见，或者通过本发明的实践加以理解。
附图简述
通过结合附图的下列详细描述，对本发明将有更为全面的评价，并且本发明许多上述以及其它性能和优点将变得更加清楚和容易理解：
图1是根据本发明实施例的太阳能电池的剖面示意图；
图2是根据图1所示实施例的太阳能电池的第一电极表面的原子力显微镜(AFM)照片，其中电极具有对应的凹凸部分；以及
图3是根据本发明另一实施例的太阳能电池的剖面示意图。
具体实施方式
现在参考附图所图示说明的实施例来详细讨论本发明所提出的实施例，在所有附图中，相同的标号表示类同的单元。通过参照附图来描述实施例以阐释本发明。
图1是根据本发明实施例的太阳能电池的剖面示意图。
如图1所示，根据本实施例诸多方面的太阳能电池包括第一基板10和第二基板20，其中，第一基板10具有第一电极11和含有吸收染料40的多孔膜30，而第二电极20以两者之间具有预定间距的方式面对着第一基板10且具有第二电极21，以及设置在第一基板10和第二基板20之间的电解液50。染料吸收多孔膜30具有在接收入射光后产生电子并将电子传递至第一电极11的作用。多孔膜30和吸收染料40可以共同称之为光吸收层。具有第一电极11和光吸收层的第一基板10可以共同称之为基板/电极/光吸收层组件。分立的的外壳(未显示)可以提供于第一基板10和第二基板20的外部。
在该实施例中，第一基板10的作用是支承第一电极11，它可采用透明材料制成，以便于允许光能够通过。第一基板10可以采用玻璃或塑料来制成。塑料可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)和三聚氰酸三烯丙酯(TAC)。但第一基板10不局限于这些材料，并且有可能使用其它材料。
设置在第一基板10上的第一电极11可以采用铟锡氧化物(ITO)、氟化锡氧化物(FTO)、锑锡氧化物(ATO)、锌氧化物(ZO)、锡氧化物(TO)、ZnO-Ga2O3和ZnO-Al2O3制成。但第一电极11不局限于这些材料，并且可采用其它材料。第一电极11可以采用基于透明材料的单层结构制成，也可以采用层叠结构制成。
在该实施例中，接触面积扩大区域16形成在第一电极11和多孔膜30之间。接触面积扩大区域16是通过在第一电极11上形成凹凸部分来制成。更具体的说，在第一基板10的表面上形成凹凸部分，以及在第一基板的粗糙表面上形成第一电极11。第一电极11与第一基板10的表面相一致，使得第一电极11的表面也具有凹凸部分。
具有凹凸部分的第一基板10表面上的表面粗糙度的均方根(Rms)为10nm至3000nm。由于第一电极11与第一基板10的表面相一致，所以在具有多孔膜30的第一电极11表面上的表面粗糙度的均方根也为10nm至3000nm。但一般来说这并不是必要的，可以在其表面上沉积电极11之前或者在还没有第一电极的情况下，确定第一基板10的表面粗糙度，并且可以在其表面形成光吸收层之前或者在还没有光吸收层的情况下测量第一电极的表面粗糙度。当然，也可以在其它条件下来确定表面粗糙度。
实际上，形成具有表面粗糙度的Rms小于10nm的凹凸部分是有困难的。另一方面，当表面粗糙度的Rms超过3000nm时，就会降低光的透射率并劣化能量效率，其程度将抵消通过增加接触面积而获取的效率提高。此外，如果表面粗糙度的Rms不超过3000nm，就能够更加有效地进行电子传输。
在第一基板10和第一电极11上所形成的凹凸部分具有接触面积扩大区域16功能，其在结构上使得第一电极11和多孔膜30之间的接触面积扩大。所形成的凹凸部分可以呈台阶、网孔、划痕、斑痕、底层的形状或其它的形状。
多孔膜30可以设置或形成在第一电极11上。多孔膜30包括金属氧化物颗粒31，该颗粒具有纳米级平均颗粒直径。金属氧化物颗粒31可以包括氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锶、氧化铟、氧化铱、氧化镧、氧化钒、氧化钼、氧化钨、氧化铌、氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化钪、氧化钐、氧化镓或者氧化锶铟。例如，多孔膜30的金属氧化物颗粒31可以包括氧化钛(TiO2)。但金属氧化物颗粒31不局限于这些材料，并且有可能采用其它材料。
作为一个非限制性实例，具有纳米级平均颗粒直径的金属氧化物颗粒31可以在合适的孔隙率和表面粗糙度下均匀地分布以形成多孔膜30。
为了提高多孔膜30的性能特性，可以将聚合物(未显示)、导电性微颗粒(未显示)和光散射颗粒(未显示)加入多孔膜30。
聚合物可以加入多孔膜30以增加多孔膜30的孔隙率、扩散率和粘度，从而有助于薄膜的形成和粘合。聚合物可以选自聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。但聚合物并不局限于这些材料，并且有可能采用其它材料。聚合物分子量的选择要考虑多孔膜30的形成方法和条件。
导电性微颗粒可以加入多孔膜30，以增强受激发电子的迁移率。例如，导电性微颗粒可以包括铟锡氧化物。但导电性微颗粒并不局限于这些材料，并且可采用其它材料。
光散射颗粒可以加入多孔膜30以延伸太阳能电池中的光路，从而提高其光电转换效率。光散射颗粒可以采用与多孔膜30所采用的金属氧化物颗粒31相同的材料制成。但光散射颗粒并不局限于这些材料，并且可采用其它材料。光散射颗粒较佳的是具有100nm或大于100nm的平均颗粒直径，以便于有效的散射光。
染料40吸收在多孔膜30的金属氧化物颗粒31的表面上，以吸收外部的光和激发电子。染料40可以采用包含铝(Al)、铂(Pt)、钯(Pd)、铕(Eu)、铅(Pb)或铱(Ir)的金属络合物或者采用钌(Ru)络合物来制成。钌(Ru)属于铂族，并且含有钌的染料通常都可以用作为有机金属络合物混合物。但金属络合物并不局限于这些材料，并且可采用其它材料。
此外，也可以选择能够改善长波长可见光的吸收以提高光电转换效率和/或能够容易发射电子的染料。例如，可以可采用有机染料。有机染料可以单独使用或者和金属络合物一起使用，例如，以上所提到的钌络合物。有机染料可以选自香豆素、卟啉、氧杂蒽、核黄素和三苯甲烷。但有机染料并不局限于这些材料，并且可采用其它材料。
在组装太阳能电池时面对着第一基板10的第二基板20支承第二电极21并且采用透明材料制成。第二基板20可以采用玻璃或者塑料来制成。塑料可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺和三聚氰酸三烯丙酯。但第二基板20并局限于这些材料，并且可使用其它材料。
形成在第二基板20上的第二电极21面对着第一电极11并包括透明电极21a和催化剂电极21b。
透明电极21a可以采用透明材料来制成，例如，铟锡氧化物、氟化锡氧化物、锑铟氧化物、氧化锌、氧化锡、以及ZnO-Ga2O3和ZnO-Al2O3。但透明电极21a并不局限于这些材料，并且可采用其它材料。透明电极21a可以采用基于透明材料的单层结构来制成，也可以采用层叠结构来制成。催化剂电极21b激活氧化还原耦合，并且可以采用铂、钌、钯、铱、铑、锇、碳、WO3或TiO2来制成。但催化剂电极21b并不局限于这些材料，并且可采用其它材料。
在该实施例中，在第二电极21上并没有形成起着接触面积扩大区域作用的凹凸部分，因此第一电极11的表面粗糙度大于第二电极21的表面粗糙度。也就是说，第一电极11的表面粗糙度的Rms设定为大于第二电极21的表面粗糙度的Rms。第二电极21的表面粗糙度的Rms可以小于10nm。
第一基板10和第二基板20可以使用粘结剂61相互粘结在一起。电解液50通过形成在第二基板20和第二电极21上的小孔25a注入到第一电极11和第二电极21之间的内部。电解液50均匀地扩散到多孔膜30中。电解液50可以包括含有碘化物和三碘化物的溶液。电解液通过还原和氧化作用接收来自第二电极21的电子并将电子转移给染料40。形成在第二基板20和第二电极21上的小孔25a可以采用粘结剂62和封口玻璃63来密封。
电解液50并不局限于本文所讨论的液体电解液。例如，电解液50可以是其它形式的，例如，凝胶体或固体电解液，只要能够使电解液存在于第一电极11和第二电极21之间即可。
当诸如太阳光之类的外部光射入太阳能电池内部时，光子就会吸收到染料中，使得染料从一个非激活状态进入到一个激发状态从而产生电子空穴对。所激发的电子迁移到用于多孔膜30的金属氧化物颗粒31的导带中，并且通过第一电极11流向外电路(未显示)以及随后转移到第二电极21。同时，由于电解液50中的碘化物氧化成三碘化物，氧化后的染料被还原，并且三碘化物与已经到达第二电极21的电子反应，从而还原成碘化物。太阳能电池由于电子的迁移作用而工作。
与硅太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池是通过界面上的反应，尤其是在光吸收层的多孔膜30合和电极11之间界面上的反应进行工作的。因此，改善改该界面的特性是有益的。在该实施例中，接触面积扩大区域16形成在具有凹凸部分的第一基板110和第一电极11上，从而改善其接触特性。第一电极11和多孔膜30的接触特性得以改善并增加它们之间的接触面积，从而改善电子的迁移率和速度。
在该实施例中，接触面积扩大区域16是通过在第一基板10上形成凹凸部分来形成的。形成在第一基板10上的第一电极11与第一基板10相一致，使得接触面积扩大区域16形成在第一电极11上。换句话说，第一电极11的表面具有与第一基板表面相同的凹凸部分。与仅仅只在第一电极11而不是在第一基板10上形成凹凸部分的情况相比，当在第一基板10上形成凹凸部分时，该工艺就容易进行并且第一电极11可以避免可能的工艺缺陷。当凹凸部分通过刻蚀方法直接形成在第一电极11上时，第一电极11可能会出现所不希望的损伤。
现在将详细解释上述结构的太阳能电池的制造方法。
提供由诸如玻璃或塑料之类透明材料所制成的第一基板10。该塑料可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺和三聚氰酸三烯丙酯。如上所述，第一基板10并不局限于这些材料，并且可使用其它材料。
之后，通过机械刻蚀或者化学刻蚀在第一基板10上形成凹凸部分。凹凸部分的形成并不局限于这些方法，并且可采用其它方法。机械刻蚀方法可以采用喷沙、拉毛和等离子体刻蚀方法来进行，而化学刻蚀可以通过将基板浸泡在氢氟酸、硝酸、盐酸或者及其混合物的溶液来进行。其结果是，第一基板10的表面粗糙度的Rms在10nm至3000nm的范围内。所形成的凹凸部分可以呈台阶、网孔、划痕、斑痕底层的形状或者其它形状。
通过溅射、化学气相蒸发沉积(CVD)或者喷雾热解沉积(SPD)在具有凹凸部分的第一基板10的表面上沉积导电层，从而形成第一电极11。第一电极11的形成并不局限于这些方法，并且可采用其它方法。因为第一电极11相对较薄，在第一基板10上形成的凹凸部分也出现在第一电极11的表面上。第一电极11的最终的凹凸部分具有接触面积扩大区域16的功能。通过形成凹凸部分，第一电极11的表面粗糙度的Rms在10nm至3000nm的范围内。如上所述，第一电极可以由铟锡氧化物、氟化锡氧化物、锑铟氧化物、氧化锌、氧化锡、ZnO-Ga2O3和ZnO-Al2O3或者其它导电材料所制成。第一电极11可以采用基于透明材料的单层结构来制成，也可以采用层叠结构来制成。
含有金属氧化物颗粒31的浆料涂覆在第一电极11上并进行热处理，从而形成多孔膜30。除了金属氧化物之外，该浆料还可以含有聚合物、光散射颗粒和导电微颗粒。
浆料的涂覆可以各种方法来进行，包括：采用手术刮刀、丝网印刷、旋涂、喷雾和湿法涂覆。涂覆的方法可以选择成与所使用的特殊浆料相兼容。另外，如果已经选择了涂覆的特殊方法，则浆料可以选择成与涂覆的选择方法相兼容。
如果浆料含有粘结剂，则可以对涂覆浆料的电极在450至600℃下进行30分钟的热处理。另一方面，如果浆料不含有粘结剂，则可以在200℃或者以下进行热处理。然而，可以根据浆料的成份来选择不同的加热温度，并且浆料涂覆电极的加热温度并不局限于上述实例。
之后，将表面形成第一电极11和多孔膜30的第一基板10浸泡在含有溶解染料的酒精溶液中且预定的一段时间，从而将染料吸收到多孔膜30中，使之形成光吸收层。
透明电极21a和催化剂电极21b依次形成在第二基板20上，例如，第二基板可由玻璃或者塑料所制成，从而形成第二电极21。第二基板20的材料可以类同于与第一基板10相同，因此省略其详细解释。同样，透明电极21a的材料可以类同于与第一电极11相同，因此也将省略其详细解释。
催化剂电极21b可以采用诸如铂、钌、钯、铱、铑、锇、WO3、TiO2或碳之类来制成。催化剂电极21b的形成可以通过诸如物理蒸发沉积(例如，电镀、溅射和电子束沉积)或者湿法涂覆(例如，旋涂、浸涂和流涂)来完成。例如，当催化剂电极21b采用铂来形成时，可以将H2PtC16溶解于诸如甲醇、乙醇和异丙醇(IPA)之类的有机溶剂中，以便于形成溶液，并且将溶液湿法涂覆在透明电极21a上以及在大气或者氧气氛下进行400℃的热处理。
之后，将第一基板10和第二基板20设置成第一电极11和多孔膜30面对着第二电极21，并且采用粘结剂61相互粘结在一起。粘结剂61可以由热塑聚合薄膜(例如，杜邦(DuPont)提供的注册商标SURLYNTM名下的树脂)、环氧树脂或者紫外固化剂制成。当粘结剂61采用热塑聚合薄膜时，该热塑聚合薄膜可以设置在第一基板10和第二基板20之间，随后进行热挤压，从而将第一基板10和第二基板20相互粘结在一起。
电解液50通过形成在第二基板20和第二电极21上的小孔25a注入到第一基板10和第二基板20之间的内部，并且使用粘结剂62和封口玻璃63来密封小孔25a。(如果使用固体或者其它非液体的电解液，则可以在第一基板10和第二基板20封接之前添加电解液。)这样就完成了太阳能电池的制造。分立的外壳(未显示)提供在第一基板10和第二基板20的外部。
图3是根据本发明另一实施例的太阳能电池的剖面示意图。在该实施例中，对与上述实施例中涉及的结构部件相同或类似的结构部件使用类同的标号，并且仅描述不同的结构。制造太阳能电池的方法也基本类似于上述实施例相关的方法，因此省略除第一电极形成之外的描述。
在该实施例中，第一电极110具有没有粗糙部分的平坦和平整的表面。凹凸部分形成在第一电极111上从而形成接触面积扩大区域116。第一电极111通过溅射、化学蒸发沉积或者喷雾热解沉积来形成，并且控制工艺条件，使得第一电极111的表面粗糙度具有10nm至3000nm的Rms。
现在籍助于实例来具体解释根据本发明的太阳能电池。该实例仅仅只用于阐释本发明，并不是用于对本发明的范围进行限定。
实例1
第一基板可以采用钠钙玻璃制成，其尺寸为水平边2.2cm，垂直边2.2cm，并且厚度1.1mm。第一基板使用蒸馏水进行超声波清洗。清洁后的第一基板浸泡在含有49wt％氢氟酸的含氢氟酸水溶液中20分钟并进行刻蚀。随后，使用蒸馏水对第一基板进行超声波清洗，并采用喷雾热解沉积的方法在第一基板上沉积厚度为500nm的氧化铟锡层，从而形成第一电极。
含有平均颗粒直径为7nm至50nm的TiO2颗粒的浆料通过丝网印刷的方法涂覆在1cm2区域的第一电极表面上，并在450℃下进行30分钟的热处理，从而形成厚度为15微米含有TiO2的多孔膜。
将具有多孔膜和第一电极的第一基板浸泡在钌(4，4-dicarboxy-2，2’-bipyridine)2(NCS)2的0.3mM溶液中24小时，从而使染料吸收到多孔膜中。吸收染料的多孔膜可以使用乙醇来清洗。
第二基板可以采用钠钙玻璃制成，其尺寸为水平边2.2cm，垂直边2.2cm并且厚度1.1mm。第二基板使用蒸馏水进行超声波清洗。在第二基板上形成两个小孔。之后，采用喷雾热解沉积的方法在第二基板上沉积厚度为500nm的氧化铟锡层，从而形成透明电极。基于铂的催化剂电极具有3Ω/sq的表面电阻率，采用溅射的方法形成在透明电极上。
第一和第二基板设置成使形成在第一电极上的多孔膜面对第二电极。热塑聚合物薄膜沉积在第一和第二基板之间，并进行热挤压，从而将第一和第二基板相互粘结在一起。电解液通过形成在第二基板和第二电极上的两个小孔注入到在第一和第二基板之间的内部，并使用热塑聚合物薄膜和封口玻璃密封小孔，从而完成太阳能电池。电解液以这样一种溶液为基础，其中21.928g碘化四丙铵和1.931g碘化物溶解在100ml的80vol％碳酸乙烯酯和20vol％乙腈的混合溶剂中。
实例2
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板的刻蚀40分钟之外。
实例3
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板的刻蚀90分钟之外。
实例4
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板的刻蚀150分钟之外。
实例5
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板的刻蚀300分钟之外。
实例6
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板的刻蚀600分钟之外。
比较实例1
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板没有进行刻蚀之外。
比较实例2
太阳能电池采用与实例1相同的方法来制成，除了第一基板的刻蚀1200分钟之外。
对于根据实例2的太阳能电池，图2呈现了具有凹凸部分的第一电极表面的原子力显微镜(AFM)照片。从图2中可知，在具有通过刻蚀所形成的凹凸部分的第一基板表面上形成的第一电极也同样具有凹凸部分。可以推测的是，第一电极和多孔膜之间的接触面积会因为凹凸部分而增加。图2仅仅只示出了根据实例2的太阳能电池的第一电极表面的照片，但是可以预料其它实例也可以获得相同类型的结果。
对于根据实例1至6以及比较实例1和2的太阳能电池来说，表面粗糙度的Rms、开路电压、短路电流、填充因子、光透射率和效率如表1所列。开路电压可由电压-电流曲线来评价(其中，100mW/cm2的光源可由Si标准电池来校正)和测量。为更清楚起见，所列序列根据表面粗糙度Rms的大小来排列。
表1
  表面粗糙度Rms   开路电压(V)   短路电流(mA)   填充因子   光透射率(％)   效率(％)
  比较实例1   8   0.763   6.810   0.613   82.2   3.187
  实例1   38   0.751   7.090   0.611   82.1   3.253
  实例2   70   0.713   8.185   0.600   81.4   3.499
  实例3   180   0.724   8.214   0.595   81.3   3.538
  实例4   325   0.691   8.199   0.641   80.5   3.632
  实例5   680   0.678   8.105   0.613   80.1   3.370
  实例6   1280   0.671   8.091   0.591   79.1   3.209
  比较实例2   3200   0.614   7.610   0.577   76.5   2.700
从表1可知，与根据比较实例1和2地太阳能电池相比较，根据实例1至6的太阳能电池具有非常高的短路电流和相互类似的填充因子。根据实例1至6的太阳能电池的短路电流高于根据比较实例1和2的太阳能电池的短路电流，这里假设是由于多孔膜和第一电极之间的接触面积增加所致。因此，与根据比较实例1和2的太阳能电池相比较，根据实例1至6的太阳能电池由于高的短路电流而具有优良的效率。
随着表面粗糙度的Rms的增加，光透射率就会劣化。当根据比较实例2的太阳能电池的表面粗糙度Rms为3200时，光透射率劣化所致的效率降低会大于短路电流改善(由接触面积增加所致)导致的效率增加，因此，总的效率仍会降低。
如上所述，对于根据本发明诸多方面的太阳能电池，在与光吸收层交界的第一电极上形成接触面积扩大区域，从而可提高和改善光吸收层和第一电极的接触特性并增加两者之间的接触面积。因此，改善了激发电子的迁移特性和迁移速度，从而增加短路电流强度并改善太阳能电池的光电转换效率。
这里借助实施例描述的是形成凹凸部分作为接触面积扩大区域，但是本发明并不局限于此。也就是说，可以设置各种不同的结构部件来增加第一电极和多孔膜之间的接触面积，并且这些替代实施例也属于本发明的范围。
以上描述以染料敏化太阳能电池作为太阳能电池的例子，但本发明并不局限于此。也就是说，所发明的结构也可以应用于其它类型的太阳能电池。即，具有电极和光吸收层的其它类型的太阳能电池也可以具有在电极和光吸收层之间增加的接触面积扩大区域，并且这种其它类型的太阳能电池也在本发明的范围之内。
尽管已经显示和讨论了本发明的若干实施例，但是所属领域内的技术人员可在不背离本发明的原理和精神的前提下对实施例作出各种变化，因此本发明的范围由权利要求及其等效内容定义。

Claims (22)

1.一种太阳能电池，包括：
基板；
形成在所述基板上的电极；以及
形成在所述电极上的光吸收层；
其中，在所述电极和所述光吸收层之间形成接触面积扩大区域。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述接触面积扩大区域包括凹凸部分。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述接触面积扩大区域的形成方式为，在所述基板上形成凹凸部分，并在所属基板上形成电极以使所述电极与所述基板的凹凸部分相一致，以及在所述电极上形成所述光吸收层。
4.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所形成的所述凹凸部分呈台阶、网孔、划痕、斑痕或者底层的形状。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电极的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基板的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根，且是在没有在其表面形成所述电极时测得的。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电极和所述光吸收层之间的所述接触面积扩大区域提供一个便于电子从所述光吸收层运动到所述电极的增强界面。
8.一种太阳能电池，包括：
相互面对着的第一和第二基板；
形成在所述第一基板上的第一电极；
形成在所述第一电极上的光吸收层；以及
形成在所述第二基板上的第二电极；
其中，所述第一电极的表面粗糙度大于所述第二电极的表面粗糙度。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极的表面粗糙度的均方根大于所述第二电极的表面粗糙度的均方根。
10.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
11.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，具有第一电极的所述第一基板的表面粗糙度具有10nm至3000nm的均方根。
12.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括：
形成具有接触面积扩大区域的电极；以及
在所述电极上形成光吸收层。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成具有接触面积扩大区域的电极包括在具有凹凸部分的基板上形成电极。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通过机械刻蚀或者化学刻蚀形成。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通过喷沙、拉毛或等离子刻蚀形成。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通过化学刻蚀来形成，进行该化学刻蚀的溶液从由硝酸、盐酸、氢氟酸及其混合物组成的组中选择。
17.一种太阳能电池的基板/电极/光吸收层组件的制造方法，该方法包括：
采用机械或化学刻蚀方法刻蚀基板，以在其表面上形成凹凸部分；
在所述基板表面上形成电极，使得所述电极表面具有与所述基板表面的凹凸部分相一致的凹凸部分；以及
在所述电极上形成光吸收层。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通过机械刻蚀方法来形成，该机械刻蚀方法从由喷沙、拉毛或等离子刻蚀组成的组中选择。
19.如权利要求17所述方法，其特征在于，所述基板的凹凸部分通过化学刻蚀来形成，进行该化学刻蚀所用的溶液从由硝酸、盐酸、氢氟酸及其混合物组成的组中选择。
20.一种太阳能电池的电极/光吸收层组件的制造方法，该方法包括：
在基板的表面形成电极并且控制形成的工艺条件，使得所述电极的表面粗糙度的均方根为10nm至3000nm；以及
在所述电极上形成光吸收层。
21.制造权利要求20所述太阳能电池的电极光吸收层组件的方法，其特征在于，在所述基板表面形成所述电极之前，所述基板具有平整的表面。
22.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括：
形成具有接触面积扩大区域的第一电极；
在所述电极上形成光吸收层；以及
形成第二电极，其中，所述第一电极的表面粗糙度大于所述第二电极的表面粗糙度。
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