[go: up one dir, main page]

TW201301538A - 複合型染料敏化光電裝置 - Google Patents

複合型染料敏化光電裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201301538A
TW201301538A TW100122584A TW100122584A TW201301538A TW 201301538 A TW201301538 A TW 201301538A TW 100122584 A TW100122584 A TW 100122584A TW 100122584 A TW100122584 A TW 100122584A TW 201301538 A TW201301538 A TW 201301538A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
charge storage
cavity
layer
electrolyte
electrochromic
Prior art date
Application number
TW100122584A
Other languages
English (en)
Inventor
Kun-Mu Lee
Hsin-Wei Chen
Chih-Yu Hsu
Kuo-Chuan Ho
Wen-Hsiang Yen
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ind Tech Res Inst filed Critical Ind Tech Res Inst
Priority to TW100122584A priority Critical patent/TW201301538A/zh
Priority to US13/310,640 priority patent/US20130000703A1/en
Publication of TW201301538A publication Critical patent/TW201301538A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1516—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising organic material
    • G02F1/15165—Polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本發明一實施例提供一種複合型染料敏化光電裝置，包括一導電基板；一對電極，與導電基板之間夾有一空腔；一擋牆結構，配置於空腔中，並將空腔分隔成一第一腔體與一第二腔體；一光電轉換層，配置於導電基板上，並位於第一腔體中，其中光電轉換層包括一多孔性半導體薄膜以及吸附於多孔性半導體薄膜上的染料，光電轉換層與導電基板構成一工作電極；一第一電解液，填充於第一腔體中；以及一電荷儲存元件、或是一第一電致變色溶液位於第二腔體中，其中電荷儲存元件包括一第一電荷儲存層以及一第二電解液，第一電荷儲存層配置於導電基板及/或對電極上，其中第二電解液不同於第一電解液；或者第一電致變色溶液不同於第一電解液。

Description

複合型染料敏化光電裝置
本發明有關於光電元件，且特別是有關於複合型染料敏化光電裝置。
一般的電致變色元件雖然可以作為具有節能效果之智慧窗玻璃並應用於綠色建築上，但仍然需要外加電源來使電致變色元件變色，以致於必須耗費能源。
近年來，由於節能意識的抬頭，太陽能電池與電致變色元件的結合將是一種新的趨勢，如建築整合型太陽光電系統(Building-integrated Photovoltaic，BIPV)的應用。在不用額外提供電源下，可根據室外光照強度變化，自動調整電致變色窗的顏色深淺，減少室內熱能，進而達到節能的效果。
第1圖繪示習知的結合太陽能電池與電致變色元件的複合裝置的剖面圖。請參照第1圖，習知的複合裝置100具有一導電基板110、一對電極120、一光電轉換層130、一電致變色層140、以及一複合電解液150，其中導電基板110與對電極120相對設置，且兩者間夾有一空腔V。
光電轉換層130配置於導電基板110上，電致變色層140配置於對電極120上。複合電解液150填充於空腔V中，且複合電解液150同時含有用以使太陽能電池運作的電解質以及使電致變色元件運作的電解質，以供光電轉換層130與電致變色層140進行氧化/還原反應。
然而，由於複合電解液150中混合了二種不同用途的電解質，因此，對於光電轉換層130與電致變色層140而言都非最適合的電解液，以致於光電轉換效率與電致變色的效果都不佳。此外，由於光電轉換層130與電致變色層140係重疊設置(亦即，光線會依序穿過光電轉換層130與電致變色層140)，因此，造成複合裝置100的最大光穿透度偏低，從而導致電致變色層140的變色效果不明顯。
本發明一實施例提供一種複合型染料敏化光電裝置，包括一導電基板；一對電極，與導電基板相對配置，並與導電基板之間夾有一空腔；一擋牆結構，配置於導電基板與對電極之間，並將空腔分隔成多個彼此獨立的腔體，腔體至少包括一第一腔體與一第二腔體，擋牆結構的材質為絕緣材料；一光電轉換層，配置於導電基板上，並位於第一腔體中；一第一電解液，填充於第一腔體中；以及一第一電荷儲存元件、或是一第一電致變色溶液位於第二腔體中，其中第一電荷儲存元件包括一第一電荷儲存層以及一第二電解液，第一電荷儲存層配置於導電基板與對電極之至少其中之一上，且第二電解液填充於第二腔體中以接觸第一電荷儲存層，其中第二電解液不同於第一電解液；或者第一電致變色溶液填充於第二腔體中以接觸導電基板與對電極，其中第一電致變色溶液不同於第一電解液。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，以簡化或是方便標示。再者，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。
本發明藉由在導電基板與對電極所夾出的空腔中設置擋牆結構，以將該空腔劃分成多個彼此獨立的腔體，並將染料敏化的太陽能電池元件(光電轉換層以及其專屬的電解液)與電荷儲存元件(電荷儲存層以及其專屬的電解液)或是電致變色溶液置於不同的腔體中，以使各元件皆具有其最適合的電解液，進而提昇各元件的效能(光電轉換效率、電致變色效果、電荷儲存量)。
第2圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。請參照第2圖，本實施例之複合型染料敏化光電裝置200包括一導電基板210、一對電極220、一擋牆結構230、一光電轉換層240、一第一電解液250、一第一電荷儲存元件260。
在一實施例中，導電基板210可為一表面沉積有導電層212的基材214，且基材214可為一透明基材，例如玻璃基板以及塑膠基板，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚奈二甲酸二乙酯(polyethylene nathphalate，PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或聚醯亞胺(polyimide，PI)。導電層212的材質例如為透明導電氧化物(Transparent Conducting Oxide，TCO)，例如摻雜氟的二氧化錫(Fluorine-doped Tin Oxide，FTO，SnO2：F)、氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)、摻雜鋁的氧化鋅(Aluminum-doped Zinc Oxide，AZO)或是導電高分子，例如聚3,4-乙烯二氧噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)、聚3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚(PProDOT-Et2，poly(3,3-diethyl-3,4-dihydro-2H-thieno-[3,4-b][1,4]dioxepine))、或聚苯胺(polyaniline)。導電層212的材質亦可為金屬(例如鈦、不銹鋼、鋁)或是碳材，如石墨烯(graphene)、或奈米碳管(carbon nanotube)。在另一實施例中，導電基板210可為一由導電材料所構成的基板，前述導電材料可為金屬，例如鈦。
對電極220與導電基板210相對配置，並與導電基板210之間夾有一空腔C。在一實施例中，對電極220包括一基板222以及一沉積於基板222上的導電層224。基板222可為一透明基板(其材質例如為玻璃或塑膠，如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚奈二甲酸二乙酯、聚碳酸酯或聚醯亞胺)。
導電層224的材質包括金屬、碳、導電高分子、透明導電氧化物、或是前述之組合。透明導電氧化物例如為摻雜氟的二氧化錫、氧化銦錫、銦鋅氧化物或摻雜鋁的氧化鋅。導電高分子例如為聚3,4-乙烯二氧噻吩、聚3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚、或聚苯胺。本實施例係在基板222上依序形成一透明導電氧化物層224a以及導電性良好且不與電解液反應的一白金層224b，其中透明導電氧化物層224a以及白金層224b構成導電層224。
第3圖繪示第2圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第2圖係繪示沿第3圖之I-I線段的剖面圖。值得注意的是，由於第2圖的實施例係以一可透光的導電基板為例，因此，在上視圖中可直接看見導電基板下方的元件，故第3圖係以實線繪示位於導電基板下方的元件。
請參照第2圖與第3圖，擋牆結構230配置於導電基板210與對電極220之間，並將空腔C分隔成多個彼此獨立的腔體，腔體包括一第一腔體C1與一第二腔體C2。擋牆結構230的材質為絕緣材料，例如高分子材料或是其他絕緣性質良好且不與電解液反應的材料。
光電轉換層240配置於導電基板210上，並位於第一腔體C1中，其中光電轉換層240與導電基板210構成一工作電極W。光電轉換層240包括一多孔性半導體薄膜242以及吸附於多孔性半導體薄膜242上的染料244。在一實施例中，如第2圖所示，多孔性半導體薄膜242係由多個半導體顆粒242a組成，且染料244吸附在半導體顆粒242a上，其中半導體顆粒242a的材質例如為二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、氧化鎳或二氧化錫。
染料244為光敏染料，其包括釕、鋨、鐵、鉯、鉑或鋅之金屬錯合物，亦可為有機染料例如紫質(porphyrin)、酞青(phthalocyanine)、香豆素(coumarin)、花青素(cyanine)或半花青素(hemicyanine)，其中常用者為釕金屬錯合物(Ruthenium metal complex)。
釕金屬錯合物市面上常見的有N3染料、N712染料、N719染料或N749染料。N3染料之化學式為[cis-di(thiocyanato)-bis(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)]，N712染料之化學式為(Bu4N)4[Ru(dcbpy)2(NCS)2](Bu4N=tetrabutyl-ammonium且dcbpy H2=2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid)，N719染料之化學式為[cis-di(thiocyanato)-bis(2,2’-bipyridyl-4-carboxylate-4’-carboxylic acid)-ruthenium(II)]，N749染料之化學式為(4,4’,4”-tricarboxy-2,2’:6’,2’-terpyridine)ruthenium(II)。
第一電解液250填充於第一腔體C1中，以接觸光電轉換層240。第一電解液250係含有氧化還原對，例如由碘離子(I-)與三碘離子(I3 -)所構成的氧化還原對。第一電解液250的製作方法例如為將適於形成氧化還原對的離子化合物溶於溶劑中。
離子化合物包括鹵化物，例如碘化物或溴化物，具體而言，例如金屬碘鹽或金屬溴鹽，其中又以能夠形成碘離子(iodide，I-)與三碘離子(triiodide，I3 -)者為更佳，例如碘化鋰(LiI)、碘化鉀(KI)與三碘化鉀(KI3)。在一實施例中，碘化鋰與碘(I2)溶於溶劑中可形成碘離子(I-)/三碘離子(I3 -)之氧化還原對。溶劑例如為甲氧基丙腈(MPN，Methoxypropionitrile)、乙腈(AN，acetonitrile)或γ-丁內酯(GBL，γ-Butyrolactone)。
在一實施例中，第一電解液250具有溶於乙腈中的0.1M的碘化鋰、0.05M的碘(I2)、0.6M的1,2-乙烷-3-丙基-咪唑碘化物(1,2-dimethyl-3-propylimi-dazolium iodide(DMPII))、以及0.5M的4-叔丁基吡啶(4-tert-butylpyridine，TBP)。
第一電荷儲存元件260位於第二腔體C2中，其中第一電荷儲存元件260包括一第一電荷儲存層262以及一第二電解液264，第一電荷儲存層262配置於導電基板210與對電極220之至少其中之一上。換言之，可依據材質、特性、或是用途而將第一電荷儲存層262配置於導電基板210或對電極220其中之一上、或是同時設置於導電基板210與對電極220上。第二電解液264填充於第二腔體C2中以接觸第一電荷儲存層262，其中第二電解液264是用以供第一電荷儲存元件260的第一電荷儲存層262進行電致變色或是電荷儲存反應，其成分不同於太陽能電池的第一電解液250。
舉例來說，在一實施例中，第一電荷儲存元件260為一電容元件，且第一電荷儲存層262為一電容電極。此時，可依據對電容大小或是配置方式的需求而將第一電荷儲存層262配置於導電基板210、對電極220、或是導電基板210與對電極220上。
電容電極的材質例如為導電高分子、碳材料、或是其他適合的電容材料。導電高分子例如為聚3,4-乙烯二氧噻吩、聚3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚、或聚苯胺。碳材料例如為活性碳(activated carbon)、奈米碳管(carbon nanotube)、或石墨烯(graphene)。當第一電荷儲存層262為一電容電極時，第二電解液264例如為硫酸。
在另一實施例中，第一電荷儲存元件260為一電致變色元件，且第一電荷儲存層262為一電致變色材料層。此時，可依據對電致變色材料層的尺寸或是配置方式的需求而將第一電荷儲存層262配置於導電基板210、對電極220、或是導電基板210與對電極220上。
電致變色材料層的材質可為導電高分子、有機分子、無機材料、或是其他適合的電致變色材料。導電高分子例如為聚3,4-乙烯二氧噻吩、聚3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚、聚苯胺、或聚比咯(polypyrrole)。有機分子例如為紫精(viologen，1,1’-disubstituted-4,4’-bipyridilium)。無機材料例如為普魯士藍(Prussian blue，iron(III) hexacyanoferrate)、三氧化鎢(WO3)、或五氧化二釩(V2O5)。
在一實施例中，前述電致變色材料層的材質相同於導電層224的材質，兩者同為導電高分子，例如為聚3,4-乙烯二氧噻吩、聚3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚、或聚苯胺。
此外，當第一電荷儲存層262為一電致變色材料層時，第二電解液264例如具有溶於3-甲氧基丙腈(3-methoxypropionitrile)中的1.0M的溴化四丁基銨(tetrabutylammonium bromide，TBABr)、0.1M的過氯酸鋰(LiClO4)、與0.004M的溴(Br2)。
值得注意的是，由於本實施例以擋牆結構230分隔開第一電解液250以及第一電荷儲存元件260的第二電解液264，因此，可分別選擇最適合光電轉換層240以及第一電荷儲存層262的第一電解液250與第二電解液264，故可有效提升光電轉換層240以及第一電荷儲存層262的效能。
此外，由於光電轉換層240與第一電荷儲存元件260分別位於不同的腔體中，因此，光電轉換層240與第一電荷儲存元件260彼此不重疊，故可有效提升複合型染料敏化光電裝置200的最大光穿透度，進而提昇電致變色層的變色效果。
另外，在一實施例中，複合型染料敏化光電裝置200可更包括一高導電結構L。一部分的高導電結構L位於導電基板210上，並夾於擋牆結構230與導電基板210之間，且另一部分的高導電結構L位於對電極220上，並夾於擋牆結構230與對電極220之間。
詳細而言，擋牆結構230係包覆高導電結構L，以避免高導電結構L接觸第一電解液250以及第二電解液264，其中高導電結構L的導電係數高於導電基板210或對電極220的導電係數。高導電結構L的材質包括銀、銅、鋁、銅鋁合金或是其他導電性質良好的材料。高導電結構L可有效地收集光電轉換層240產生的電荷，並且均勻地將這些電荷傳導至第一電荷儲存元件260。
以下將詳細介紹前述複合型染料敏化光電裝置200的其中一種製作方法，且以下的實驗參數與各元件的使用材質僅用以舉例說明，並非用以限定本發明。
第4圖至第5圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的製程上視圖。首先，請參照第4圖，取一基材，並於基材上形成一導電層212，以形成一導電基板。接著，在導電基板的導電層212上形成一罩幕，以遮蔽毋需形成光電轉換層的部份。之後，以網印、刮刀塗佈、或是其他適合的方式在導電基板的部分導電層212上形成一二氧化鈦膠層(titania paste)。然後，移除前述罩幕。
之後，將二氧化鈦膠層連同其下的導電基板置入例如450℃烘箱中燒結，以於導電基板上形成二氧化鈦顆粒層。之後，將二氧化鈦顆粒層連同其下的導電基板浸入一含有染料的溶液中進行染料吸附，吸附時間較佳為24小時，其中染料之成分例如為N719(購自Solaronix)。表面吸附有染料的二氧化鈦顆粒層可作為一光電轉換層240。
之後，請參照第5圖，提供一摻氟二氧化錫導電玻璃，並以熱還原法於其上形成白金層224b，以形成一對電極。熱還原法的製程條件例如為：將7.5mM的白金前驅物(氯鉑酸，H2PtCl6)分散在松油醇(Terpineol)中進行網印塗佈，並進行高溫(400℃)燒結，即可形成島狀結構的透明白金對電極。
然後，配製一用以電鍍電致變色材料層的電鍍溶液，其包含溶於乙腈中的10mM的3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚，(3,3-diethyl-3,4-dihydro-2H-thieno-[3,4-b][1,4]dioxepine，ProDOT-Et2)單體以及100mM的過氯酸鋰。
之後，在白金層224b上形成一罩幕，以遮蔽白金層224b之無需電鍍的部分。接著，將對電極置於電鍍溶液中進行電鍍，電鍍條件例如為定電位1.2V(vs. Ag/Ag+)，電鍍電量為40毫庫侖每平方公分(mC/cm2)，沉積一層導電高分子膜於白金層224b上，以作為一第一電荷儲存層262(亦即，電致變色材料層)。然後，移除前述罩幕。
接著，請參照第4圖與第5圖，可選擇性地在導電基板(或是對電極)上形成一擋牆結構230，擋牆結構230係圍繞光電轉換層240(或是第一電荷儲存層262)。此外，在形成擋牆結構230之前，可預先於導電基板上形成一部分的高導電結構L(如第2圖所示)，之後，才形成擋牆結構230，其中擋牆結構230係覆蓋該部分的高導電結構L。另外，可選擇性地在擋牆結構230或是對電極上形成另一部分的高導電結構L，第5圖是以將另一部分的高導電結構L形成在對電極上為例作說明。
之後，請參照第2圖與第3圖，將導電基板接合至對電極，此時，擋牆結構230連接於導電基板210與對電極220之間，並將導電基板210與對電極220之間的空腔C分隔成一容置有光電轉換層240的第一腔體C1與一容置有第一電荷儲存層262的第二腔體C2。一部分的高導電結構L夾於擋牆結構230與導電基板之間，而另一部分的高導電結構L夾於擋牆結構230與對電極之間。
然後，於第一腔體C1以及第二腔體C2中分別注入染料敏化太陽能電池用的電解液(第一電解液250)以及電致變色元件用的電解液(第二電解液264)，再以封裝材料密封第一腔體C1以及第二腔體C2的注入孔。
如第3圖所示，在一實施例中，空腔C具有一中心區A以及一圍繞中心區A的周邊區B，第一腔體C1位於周邊區B，第二腔體C2位於中心區A，其中第一電荷儲存元件260為一電致變色元件，且光電轉換層240係圍繞電致變色元件。
此時，複合型染料敏化光電裝置200可例如作為一智慧窗，光電轉換層240可位於窗戶外緣，且當外界光線照射到光電轉換層240時可使光電轉換層240產生電流，而使得位於窗戶之中心區的第一電荷儲存元件260變色，進而調節室內的亮度以及溫度。
第6圖繪示本發明另一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。在另一實施例中，如第6圖所示，可對調電致變色元件(第一電荷儲存元件260)與光電轉換層240的位置，以使電致變色元件係圍繞光電轉換層240。
詳細而言，可對調第一腔體C1與第二腔體C2的位置，以使容置有光電轉換層240的第一腔體C1位於中心區A，容置有電致變色元件的第二腔體C2位於周邊區B。
第7圖繪示本發明另一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。請參照第7圖，本實施例的複合型染料敏化光電裝置700相似於第2圖的複合型染料敏化光電裝置200，兩者的差異之處在於複合型染料敏化光電裝置700係將電致變色材料溶於電解液中而形成一第一電致變色溶液270。第一電致變色溶液270填充於第二腔體C2中以接觸導電基板210與對電極220，且第一電致變色溶液270不同於第一電解液250。
第一電致變色溶液270包括電變色材料以及溶劑。電變色材料例如為甲基紫精(methyl viologen)、乙基紫精(ethyl viologen)、庚基紫精(heptyl viologen，HV)、苯基紫精(benzyl viologen)、丙基紫精(propyl viologen)、二甲基吩嗪(dimethylphenazine)、苯二胺(phenylene diamine)、N,N,N’,N’-四甲基-1,4-苯二胺(N,N,N’,N’-tetramethyl-1,4-phenylenediamine，TMPD)，且其氧化/還原電位皆小於3V。第一電致變色溶液270的溶劑例如為碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、γ-丁內酯、乙腈、四氫呋喃或甲基吡咯啶酮。
第8圖繪示第7圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第7圖係繪示沿第8圖之I-I線段的剖面圖。請同時參照第7圖與第8圖，在本實施例中，容置有光電轉換層240的第一腔體C1位於周邊區B，容置有第一電致變色溶液270的第二腔體C2位於中心區A，因此，光電轉換層240係圍繞第一電致變色溶液270。
第9圖繪示本發明另一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。在另一實施例中，如第9圖所示，可對調第一電致變色溶液270與光電轉換層240的位置，以使第一電致變色溶液270係圍繞光電轉換層240。
詳細而言，可對調第一腔體C1與第二腔體C2的位置，以使容置有光電轉換層240的第一腔體C1位於中心區A，容置有第一電致變色溶液270的第二腔體C2位於周邊區B。
第10圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。第11圖繪示第10圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第10圖繪示沿第11圖之I-I線段的剖面圖。請同時參照第10圖與第11圖，本實施例之複合型染料敏化光電裝置1000相似於第2圖的複合型染料敏化光電裝置200，兩者的差異之處在於複合型染料敏化光電裝置1000的擋牆結構230a係將對電極220與導電基板210之間的空腔C分隔成一第一腔體C1、一第二腔體C2以及一第三腔體C3，其中第一腔體C1與第二腔體C2所容置的元件可相同於第2圖的複合型染料敏化光電裝置200的第一腔體C1與第二腔體C2所容置的元件。
第三腔體C3可容置一第二電荷儲存元件280。第二電荷儲存元件280包括一第二電荷儲存層282以及一第三電解液284，第二電荷儲存層282可選擇性地配置於導電基板210上、對電極220上、或者是同時配置於導電基板210與對電極220上(如第10圖所示)。第三電解液284填充於第三腔體C3中以接觸第二電荷儲存層282，其中第三電解液284不同於第一電解液250。
第二電荷儲存元件280的功用可參考前述第一電荷儲存元件260所列舉出的功用，且第二電荷儲存層282及第三電解液284的材質可參考前述第一電荷儲存層262及第二電解液264的材質。第二電荷儲存元件280可相同或不同於第一電荷儲存元件260。
在一實施例中，第一電荷儲存元件260為一電致變色元件，且第一電荷儲存層262為一電致變色材料層，以及第二電荷儲存元件280為一電容元件，且第二電荷儲存層282為一電容電極。
第10圖係繪示第一電荷儲存層262同時位於導電基板210與對電極220上的情況，但僅用以舉例說明，並非用以限定本發明。同樣地，雖然第10圖係繪示第二電荷儲存層282同時位於導電基板210與對電極220上的情況，但僅用以舉例說明，並非用以限定本發明。
第12圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。第13圖繪示第12圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第12圖繪示沿第13圖之I-I線段的剖面圖。請參照第12圖與第13圖，在一實施例中，可將第三腔體C3中的第二電荷儲存元件替換成一第二電致變色溶液290，第二電致變色溶液290填充於第三腔體C3中以接觸導電基板210與對電極220，且第二電致變色溶液290不同於第一電解液250。第二電致變色溶液290的材質可參考前述第7圖的實施例中關於第一電致變色溶液270的材質。
第14圖繪示第2圖之複合型染料敏化光電裝置的染料敏化太陽能電池的電流對電壓特性曲線圖。請參照第14圖，本次測試所使用的光電轉換效率量測系統係包含太陽光模擬器及Keithley 2400多功能數位電源電錶。首先，將太陽光模擬器之功率校正為100 mW/cm2，隨後將封裝完成的複合型染料敏化光電裝置放置於太陽光模擬器光源下方進行效率量測。
本此測試的複合型染料敏化光電裝置的導電基板的材質為摻雜氟的二氧化錫/玻璃，對電極的材質為摻雜氟的二氧化錫/玻璃，光電轉換層的材質為二氧化鈦，以及第一電解液的材質為溶於甲氧基丙腈的0.1M的碘化鋰、0.05M的碘、0.6M的1,2-乙烷-3-丙基-咪唑碘化物、以及0.5M的4-叔丁基吡啶(4-tert-butylpyridine，TBP)。
量測時設定Keithley 2400之掃描電壓為0~-0.8V，掃描速率為100 mV/s，延遲時間為100毫秒，紀錄染料敏化太陽能電池於各電壓下所產生之電流大小，藉以獲得電流對電壓的特性曲線(I-V curve)圖，且可從電流對電壓的特性曲線圖中得知開路電壓(Voc)為0.68伏特(V)、短路電流密度(Jsc)為13.7毫安培每平方公分(mA/cm2)。此外，可根據測試結果算出填充因子(FF，fill factor)為0.55，光電轉換效率(η)為5.2%。
第15圖繪示第2圖之複合型染料敏化光電裝置的電荷儲存元件(電致變色元件)的穿透度變化測試圖。請參照第15圖，本次測試係對電致變色元件施加多次去色程序(bleaching process)與著色程序(coloring process)，並利用紫外光-可見光光度計量測波長為620奈米的入射光對電致變色元件的穿透率隨操作時間的變化。
本次測試的複合型染料敏化光電裝置的導電基板的材質為摻雜氟的二氧化錫/玻璃，對電極的材質為摻雜氟的二氧化錫/玻璃，第一電荷儲存層(電致變色層)的材質為聚3,3-二乙基-3,4-二氫-2H-噻吩并-[3,4-b][1,4]二氧雜環庚(PProDOT-Et2)，以及第二電解液的材質為溶於3-甲氧基丙腈中的1.0M的溴化四丁基銨、0.1M的過氯酸鋰、與0.004M的溴。
測試結果如下所述。去色時間(τb)為2.11秒。著色時間(τd)為1.27秒。去色狀態的穿透率(Tb)為57.9%。著色狀態的穿透率(Td)為12.4%。(去色狀態與著色狀態的)穿透率差值(ΔT)為45.5%。
綜上所述，由於本發明藉由在工作電極的導電基板與對電極之間配置擋牆結構，以形成多個彼此獨立的腔體，因此，可將染料敏化的太陽能電池元件與電荷儲存元件分別設置於不同的腔體中。因此，各元件可搭配最適合的電解液，而可避免習知技術中不同用途的電解液互相干擾的問題，因此，可提升各元件的效能。
再者，將不同元件配置於不同的獨立腔體中可避免習知技術中光電轉換層與電致變色層重疊設置的問題，故可有效提升本發明之複合型染料敏化光電裝置的最大光穿透度，進而提昇電致變色層的變色效果。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．複合裝置
110、210．．．導電基板
120、220．．．對電極
130、240．．．光電轉換層
140．．．電致變色層
150．．．複合電解液
200、700、1000．．．複合型染料敏化光電裝置
212．．．導電層
214．．．基材
222．．．基板
224．．．導電層
224a．．．透明導電氧化物層
224b．．．白金層
230、230a．．．擋牆結構
242．．．多孔性半導體薄膜
242a．．．半導體顆粒
244．．．染料
250．．．第一電解液
260．．．第一電荷儲存元件
262．．．第一電荷儲存層
264．．．第二電解液
270．．．第一電致變色溶液
280．．．第二電荷儲存元件
282．．．第二電荷儲存層
284．．．第三電解液
290．．．第二電致變色溶液
A．．．中心區
B．．．周邊區
C、V．．．空腔
C1．．．第一腔體
C2．．．第二腔體
C3．．．第三腔體
L．．．高導電結構
W．．．工作電極
第1圖繪示習知的結合太陽能電池與電致變色元件的複合裝置的剖面圖。
第2圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。
第3圖繪示第2圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第2圖係繪示沿第3圖之I-I線段的剖面圖。
第4圖至第5圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的製程上視圖。
第6圖繪示本發明另一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。
第7圖繪示本發明另一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。
第8圖繪示第7圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第7圖係繪示沿第8圖之I-I線段的剖面圖。
第9圖繪示本發明另一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。
第10圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。
第11圖繪示第10圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第10圖繪示沿第11圖之I-I線段的剖面圖。
第12圖繪示本發明一實施例之複合型染料敏化光電裝置的剖面圖。
第13圖繪示第12圖的複合型染料敏化光電裝置的上視圖，其中第12圖繪示沿第13圖之I-I線段的剖面圖。
第14圖繪示圖2之複合型染料敏化光電裝置的染料敏化太陽能電池的電流對電壓特性曲線圖。
第15圖繪示圖2之複合型染料敏化光電裝置的電荷儲存元件(電致變色元件)的穿透度變化測試圖。
200．．．複合型染料敏化光電裝置
210．．．導電基板
212．．．導電層
214．．．基材
220．．．對電極
222．．．基板
224．．．導電層
224a．．．透明導電氧化物層
224b．．．白金層
230．．．擋牆結構
240．．．光電轉換層
242．．．多孔性半導體薄膜
242a．．．半導體顆粒
244．．．染料
250．．．第一電解液
260．．．第一電荷儲存元件
262．．．第一電荷儲存層
264．．．第二電解液
C．．．空腔
C1．．．第一腔體
C2．．．第二腔體
L．．．高導電結構
W．．．工作電極。

Claims (10)

  1. 一種複合型染料敏化光電裝置，包括：一導電基板；一對電極，與該導電基板相對配置，並與該導電基板之間夾有一空腔；一擋牆結構，配置於該導電基板與該對電極之間，並將該空腔分隔成多個彼此獨立的腔體，該些腔體至少包括一第一腔體與一第二腔體，該擋牆結構的材質為絕緣材料；一光電轉換層，配置於該導電基板上，並位於該第一腔體中，其中該光電轉換層包括一多孔性半導體薄膜以及吸附於該多孔性半導體薄膜上的染料，該光電轉換層與該導電基板構成一工作電極；一第一電解液，填充於該第一腔體中；以及一第一電荷儲存元件、或是一第一電致變色溶液位於該第二腔體中，其中該第一電荷儲存元件包括一第一電荷儲存層以及一第二電解液，該第一電荷儲存層配置於該導電基板與該對電極之至少其中之一上，且該第二電解液填充於該第二腔體中以接觸該第一電荷儲存層，其中該第二電解液不同於該第一電解液；或者該第一電致變色溶液填充於該第二腔體中以接觸該導電基板與該對電極，其中該第一電致變色溶液不同於該第一電解液。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該第一電荷儲存元件為一電容元件，且該第一電荷儲存層為一電容電極。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該第一電荷儲存元件為一電致變色元件，且該第一電荷儲存層為一電致變色材料層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該對電極包括一基板以及一沉積於該基板上的導電層，該導電層的材質包括金屬、碳、或是導電高分子。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該第一電荷儲存元件為一電致變色元件，該第一電荷儲存層為一電致變色材料層，且該電致變色材料層的材質與該導電層的材質皆為該導電高分子。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該些腔體更包括一第三腔體，且該複合型染料敏化光電裝置更包括：一第二電荷儲存元件、或是一第二電致變色溶液位於該第三腔體中，其中該第二電荷儲存元件包括一第二電荷儲存層以及一第三電解液，該第二電荷儲存層配置於該導電基板與該對電極之至少其中之一上，且該第三電解液填充於該第三腔體中以接觸該第二電荷儲存層，其中該第三電解液不同於該第一電解液；或者該第二電致變色溶液填充於該第三腔體中以接觸該導電基板與該對電極，且該第二電致變色溶液不同於該第一電解液。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該第一電荷儲存元件為一電致變色元件，且該第一電荷儲存層為一電致變色材料層，以及該第二電荷儲存元件為一電容元件，且該第二電荷儲存層為一電容電極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該空腔具有一中心區以及一圍繞該中心區的周邊區，該第一腔體位於該周邊區，該第二腔體位於該中心區，其中該第一電荷儲存元件為一電致變色元件，且該光電轉換層係圍繞該電致變色元件或是該第一電致變色溶液。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該空腔具有一中心區以及一圍繞該中心區的周邊區，該第一腔體位於該中心區，該第二腔體位於該周邊區，其中該第一電荷儲存元件為一電致變色元件，且該電致變色元件或是該第一電致變色溶液係圍繞該光電轉換層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之複合型染料敏化光電裝置，其中該導電基板包括：一透明基材，具有一朝向該腔體的表面；以及一透明導電層，配置於該表面上。
TW100122584A 2011-06-28 2011-06-28 複合型染料敏化光電裝置 TW201301538A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100122584A TW201301538A (zh) 2011-06-28 2011-06-28 複合型染料敏化光電裝置
US13/310,640 US20130000703A1 (en) 2011-06-28 2011-12-02 Complex dye-sensitized photovoltaic apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100122584A TW201301538A (zh) 2011-06-28 2011-06-28 複合型染料敏化光電裝置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201301538A true TW201301538A (zh) 2013-01-01

Family

ID=47389343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100122584A TW201301538A (zh) 2011-06-28 2011-06-28 複合型染料敏化光電裝置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20130000703A1 (zh)
TW (1) TW201301538A (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2863472B1 (en) * 2013-03-22 2017-03-08 Panasonic Corporation Photoelectric conversion element
US10027278B2 (en) * 2013-05-10 2018-07-17 Sinton Consulting, Inc Characterization of substrate doping and series resistance during solar cell efficiency measurement
KR101507300B1 (ko) 2013-10-10 2015-04-08 재단법인대구경북과학기술원 태양전지-전기변색부 일체형 소자 및 이의 제조방법
WO2015068317A1 (ja) * 2013-11-08 2015-05-14 パナソニック株式会社 電気化学デバイス
CN103762085A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 中国科学院半导体研究所 集成染料敏化太阳能电池自驱动电致变色器件的制备方法
KR101786220B1 (ko) * 2015-11-20 2017-10-17 현대자동차주식회사 리튬-공기 전지용 액상 촉매
SE540184C2 (en) 2016-07-29 2018-04-24 Exeger Operations Ab A light absorbing layer and a photovoltaic device including a light absorbing layer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7122398B1 (en) * 2004-03-25 2006-10-17 Nanosolar, Inc. Manufacturing of optoelectronic devices
EP1624472A3 (en) * 2004-07-08 2011-03-16 Sumitomo Chemical Company, Limited Porous Electrodes, Devices including the Porous Electrodes, and Methods for their Production
TWI384310B (zh) * 2009-04-13 2013-02-01 Univ Nat Cheng Kung 光伏致變色元件及其應用

Also Published As

Publication number Publication date
US20130000703A1 (en) 2013-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dokouzis et al. Photoelectrochromic devices with cobalt redox electrolytes
Venkatesan et al. High-efficiency bifacial dye-sensitized solar cells for application under indoor light conditions
JP5498641B2 (ja) パターン化された光起電力セルを形成する方法
EP1981047B1 (en) Photoelectric conversion device
JP2010129291A (ja) 機能性デバイス及びその製造方法
KR20100038077A (ko) 색소 증감 광전 변환 소자 및 그의 제조 방법 및 전자 기기 및 반도체 전극 및 그의 제조 방법
TW201301538A (zh) 複合型染料敏化光電裝置
Lee et al. Co-sensitization promoted light harvesting for plastic dye-sensitized solar cells
Li et al. Iodide‐free ionic liquid with dual redox couples for dye‐sensitized solar cells with high open‐circuit voltage
Arslan et al. Optimization of fabrication parameters for efficient dye-sensitized solar cells based on dyes containing benzothiadiazole, indoline, and their co-sensitization
Sharma et al. Effect of surface modification of TiO2 on the photovoltaic performance of the quasi solid state dye sensitized solar cells using a benzothiadiazole-based dye
US8952248B2 (en) Dye-sensitized solar cell module and method of fabricating the same
US20120048357A1 (en) Dye-sensitized solar cell
TWI886688B (zh) 染料敏化光伏電池
JP5535718B2 (ja) 複合体、光電極、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール
KR101088676B1 (ko) 요오드화피롤리디니움계 이온성 액체를 포함한 염료감응 태양전지용 전해질 용액, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법
Santa-Nokki et al. A dye-sensitized solar cell driven electrochromic device
EP2696372A1 (en) Metal oxide semiconductor electrode having porous thin film, dye-sensitized solar cell using same, and method for manufacturing same
JP2011228312A (ja) 機能性デバイス
KR101088675B1 (ko) 요오드화피리디니움계 이온성 액체를 포함한 염료감응 태양전지용 전해질 용액, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법
Jiang et al. Impact of fluorine-induced effects on co-sensitization systems in dye-sensitized solar cells
Susmitha et al. Novel photoanode architecture for optimal dye-sensitized solar cell performance and its small cell module study
Wu et al. Photoelectrochromic devices based on cobalt complex electrolytes
JP6472665B2 (ja) 色素増感型太陽電池、色素増感型太陽電池モジュール及び色素増感型太陽電池の製造方法
JP4628728B2 (ja) 透明導電性基板及びこれを備えた色素増感型太陽電池