[go: up one dir, main page]

TWI542023B - Silicon dioxide solar cells - Google Patents

Silicon dioxide solar cells Download PDF

Info

Publication number
TWI542023B
TWI542023B TW101108246A TW101108246A TWI542023B TW I542023 B TWI542023 B TW I542023B TW 101108246 A TW101108246 A TW 101108246A TW 101108246 A TW101108246 A TW 101108246A TW I542023 B TWI542023 B TW I542023B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
cerium oxide
solar cell
cell according
particles
electrolyte
Prior art date
Application number
TW101108246A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201251040A (en
Inventor
Nobuaki Komatsu
Tomoko Ito
Hiroki Nagai
Shin-Ichiro Nanjo
Original Assignee
Internat Frontier Tech Lab Inc
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 Internat Frontier Tech Lab Inc filed Critical Internat Frontier Tech Lab Inc
Publication of TW201251040A publication Critical patent/TW201251040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI542023B publication Critical patent/TWI542023B/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
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2018—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte characterised by the ionic charge transport species, e.g. redox shuttles
    • 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
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01G9/2072—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells comprising two or more photoelectrodes sensible to different parts of the solar spectrum, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/10—Transparent electrodes, e.g. using graphene
    • H10K2102/101—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO]
    • H10K2102/102—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO] comprising tin oxides, e.g. fluorine-doped SnO2
    • 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)

Description

二氧化矽太陽電池
本發明係關於太陽電池，特別係關於使用二氧化矽的二氧化矽太陽電池。
使用諸如矽等半導體的乾式太陽電池已處於實用階段。半導體太陽電池的轉換效率較高，但另一方面卻因為使用高純度材料而為高價位。
較廉價的太陽電池有如使用二氧化鈦(TiO2)與電解質的濕式太陽電池。
利用圖1說明二氧化鈦太陽電池的構造。
圖1中，(a)所示係基本構造的二氧化鈦太陽電池，(b)所示係經改良過之通稱色素增感型的二氧化鈦太陽電池。
(a)所示基本構造的二氧化鈦太陽電池，1係玻璃基板，在其中一面上形成諸如FTO等透明導電膜2，而形成光電極。3係多孔質二氧化鈦燒結體。4係電解液，一般係使用在碘化鉀水溶液中溶解碘的碘系電解質。5係白金反電極，形成於已形成有FTO等導電膜6的玻璃基板7上。又，8係密封材，9係電阻器等外部負載。
穿透玻璃基板1上的透明導電膜2並入射的光，會被多孔質二氧化鈦燒結體3所吸收。經吸收光的多孔質二氧化鈦燒結體3便從電子性基態轉成激發狀態，被激發的電子利用擴 散被從透明導電膜2取出於外部，再經由負載9從透明導電膜6導引於白金反電極5。
然而，能利用於二氧化鈦發電的光僅有波長在380nm以下的紫外線，該波長區域的紫外線在太陽光中僅不過4%而已，太陽光的利用效率最大亦只有4%而已，實際上最多僅有1%，因而就太陽電池而言，太陽光的利用效率屬於極低。
為彌補可利用波長區域狹窄的二氧化鈦缺點，已知有藉由使燒結多孔質氧化鈦吸附釕錯合物色素，使可利用的光範圍擴大至波長較紫外線更長之可見光區域的色素增感太陽電池(DSSC：Dye Sensitized Solar Cell)。
(b)係針對色素增感太陽電池的基本構造進行說明。
在此圖中，1係玻璃基板，其中一面上形成FTO等透明導電膜2。3係多孔質二氧化鈦燒結體，在空孔表面上吸附著釕錯合物色素。4係電解液，一般係使用在碘化鉀水溶液中溶解碘的碘系電解質。5係白金反電極，形成於已形成有FTO等導電膜6的玻璃基板7上。又，8係密封材，9係電阻器等外部負載。
穿透過玻璃基板1上的FTO透明導電膜2並入射的光，會被在多孔質二氧化鈦燒結體3的空孔表面上所吸附釕錯合物色素吸收。經吸收光的釕錯合物色素便從電子性基態轉為激發狀態，而激發狀態的釕錯合物色素之電子會被注入多孔質二氧化鈦燒結體3中。結果，釕錯合物色素便成為氧化 狀態。此時，為使釕錯合物色素的激發電子能有效地注入多孔質二氧化鈦燒結體3中，釕錯合物色素的激發能階必需較低於屬於半導體的多孔質二氧化鈦燒結體3之導電帶能階。被注入於多孔質二氧化鈦燒結體3中的電子，利用擴散被從透明導電膜2取出於外部，再經由負載9被導引於白金反電極5。另一方面，被氧化的釕錯合物色素會從碘系電解質4中的碘收取電子，而返回為基態的釕錯合物色素。
具有此種構造的色素增感太陽電池之太陽光利用效率，理論上係為30%，但實際上最大僅為10%。
二氧化鈦係具有光觸媒機能，同樣的具有光觸媒機能的材料係有如經利用氫鹵酸處理過的熔融石英，在日本專利特開2004-290748號公報及特開2004-290747號公報已有揭示。
同樣的，具有光觸媒能的材料係有如經利用氫氟酸處理過的人工水晶，在國際公開公報WO2005/089941號中已有揭示。
人工水晶光觸媒係以日本專利特開2004-290748號公報及特開2004-290747號公報所揭示熔融石英為原材料，在較光觸媒更寬200~800nm之波長區域中具有光觸媒的機能。
本發明者等發現屬於二氧化矽的人工水晶或熔融石英具有光電動勢，便提案在國際公開WO2011/049156號公報中所記載的二氧化矽太陽電池。
利用圖2，針對國際公開WO2011/049156號公報所記載 的太陽電池進行說明。
該圖中，11與17係30mm×30mm的玻璃基板，為電荷取出用分別形成有20mm×20mm透明導電層FTO(氟摻雜氧化錫)層12及FTO層16。
在光入射側的FTO層上形成氧化鋅(ZnO)、氧化鈦(TiO2)等n型半導體層13，在光入射側FTO層12相對向的FTO層16上形成白金膜15。
在n型半導體層25與白金膜26之間，依0.15~0.20mm厚度封入由含SiO2之玻璃與電解質相混合的太陽電池材料20。
太陽電池材料27係使用將含有SiO2的玻璃等粒在5%氫氟酸水溶液中浸漬5分鐘，經水洗後施行乾燥，再依粒徑成為0.2mm以下的方式施行粉碎者。
電解質係將LiI(0.1mol)、I2(0.05mol)、4-第三丁基吡啶(0.5mol)及四丁基銨碘化物(0.5mol)，添加於乙腈溶劑中者。
太陽電池材料最有用的係人工水晶，但即便熔融石英玻璃、鈉石灰玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸玻璃亦會發電。
藉由照射15,000~19,000勒克司螢光燈而獲得的短路電流與開放電壓，係如下：人工水晶：短路電流0.5μA、解放電壓35mV
熔融石英玻璃：短路電流0.5μA、解放電壓30mV
鈉石灰玻璃：短路電流0.3μA、解放電壓15mV
無鹼玻璃：短路電流0.4μA、解放電壓30mV
硼矽酸玻璃：短路電流0.3μA、解放電壓14mV
再者，即便未施行氫氟酸處理的二氧化矽組成物，仍可獲得以下的短路電流及開放電壓：人工水晶：短路電流0.1μA、解放電壓3mV
熔融石英玻璃：短路電流0.2μA、解放電壓3mV
鈉石灰玻璃：短路電流0.1μA、解放電壓5mV
無鹼玻璃：短路電流0.1μA、解放電壓5mV
硼矽酸玻璃：短路電流0.2μA、解放電壓12mV
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-290748號公報
[專利文獻2]日本專利特開2004-290747號公報
[專利文獻3]國際公開WO2005/089941號公報
[專利文獻4]國際公開WO2011/049156號公報
本申請案發明課題在於獲得：發揮較高之光利用效率的太陽電池。
本發明者等發現藉由將經氫鹵酸處理的人工水晶粒子及熔融石英粒，施行微粉末化，便可發揮更優異的太陽電池機能。
本發明者等發現將經施行微粉碎至接近光波長的人工水晶或玻璃，當作太陽電池材料，可發揮更優異的機能。
本發明者等發現二氧化矽太陽電池利用紅外光亦可進行發電。
本申請案發明係根據該等發現而藉由在二氧化矽太陽電池中依串聯構造組合二氧化鈦太陽電池，再從二氧化矽太陽電池側的電極與二氧化鈦太陽電池側的電極取出輸出，便可獲得能利用從紫外光至紅外光的全區域光進行發電之太陽電池。
藉由將串聯構造的其中一者的二氧化鈦太陽電池設為色素增感型，便可拓廣所利用光的範圍。
經微粉末化之二氧化矽粒擴散於電解質中，吸附於增感色素上，而有使增感色素降低機能之現象。
此時，在二氧化矽太陽電池部與色素增感二氧化鈦太陽電池部之間設置隔牆。
本申請案發明的太陽電池，係在由二氧化鈦與碘系電解質構成的太陽電池中，使採用經氫鹵酸處理且屬於結晶質的人工水晶粒子或經氫鹵酸處理且屬於非結晶質的石英玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸玻璃、鈉石灰玻璃等之二氧化矽太陽電池，依串聯構造組合。
本申請案發明的太陽電池，係在由已吸附著諸如釕色素等色素的二氧化鈦與碘系電解質所構成色素增感太陽電池 中，使採用：經氫鹵酸處理且屬於結晶質的人工水晶粒子或經氫鹵酸處理且屬於非結晶質的石英玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸玻璃、鈉石灰等的二氧化矽太陽電池，依串聯構造組合。
本申請案發明太陽電池，係在由已吸附著諸如釕色素等色素的多孔質二氧化鈦與碘系電解質所構成色素增感太陽電池中，使採用：經氫鹵酸處理且屬於結晶質的人工水晶粒子或經氫鹵酸處理且屬於非結晶質的石英玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸玻璃、鈉石灰玻璃等的二氧化矽太陽電池，依串聯構造組合，更在多孔質二氧化鈦中組合經粉末化的二氧化矽。
本申請案發明的二氧化矽太陽電池具體特徵，係如下。
將具有導電性的2片基板依各自的導電面呈相對向配置，基板至少其中一者係透明且設為光入射側基板，並將二氧化矽粒成形體配置在與光入射側基板呈相對向配置的基板上，且在二氧化矽粒成形體與光入射側基板之間填充入電解質。
將具有導電性的2片基板依各自的導電面呈相對向配置，基板至少其中一者係透明且設為光入射側基板，並將二氧化矽粒成形體配置在與光入射側基板呈相對向配置的基板上，且在二氧化矽粒成形體與光入射側基板之間填充入電解質，更在光入射側基板上配置多孔質氧化鈦燒結體。
將具有導電性的2片基板依各自的導電面呈相對向配置，基板至少其中一者係透明且設為光入射側基板，並將二 氧化矽粒成形體配置在與光入射側基板呈相對向配置的基板上，且在二氧化矽粒成形體與光入射側基板之間填充入電解質，更在光入射側基板上配置著已吸附增感色素的多孔質氧化鈦燒結體。
本申請案發明係藉由在二氧化矽太陽電池中，使二氧化鈦太陽電池依串聯構造組合，便可從二氧化鈦太陽電池側的電極與二氧化矽太陽電池側的電極取出輸出。
藉此構造則可利用從紫外至紅外的全區域光進行發電。
藉由將串聯構造的其中一者的二氧化鈦太陽電池設為色素增感型，便可拓廣所利用光的範圍。
根據本申請案的太陽電池，相較於由多孔質二氧化鈦與碘系電解質所構成的習知太陽電池之下，可獲得更高的光-電轉換。
根據本申請案的色素增感太陽電池，相較於由已吸附釕增感色素的二氧化鈦與碘系電解質所構成的習知色素增感太陽電池之下，可獲得更高的光-電轉換。
本申請案的色素增感二氧化鈦太陽電池，可獲得最大2860μA的短路電流，相較於習知色素增感二氧化鈦太陽電池的2510μA之下，獲大幅增加電動勢。
參照以下圖式，針對實施發明的形態進行說明。
[實施例1]
圖3所示係實施例1，經改良圖2所示二氧化矽太陽電池的二氧化矽太陽電池。
該圖中，11與17分別係設有FTO等透明導電膜12及FTO等透明導電膜16的玻璃基板，透明導電膜12及透明導電膜16係具有電力取出電極的機能。依玻璃基板11上的透明導電膜12、與玻璃基板17上的FTO膜16呈相對向方式，配置玻璃基板11與12。
20係具有0.15~0.20mm厚度的二氧化矽(SiO2)燒成體，配置於光不會入射側的玻璃基板17上。
在二氧化矽側的透明導電膜16上，形成有白金(Pt)膜15。
14係電解質，不同於圖2所示先前技術的二氧化矽太陽電池呈混合於二氧化矽中，而是填充於二氧化矽燒成體20與光入射側玻璃基板11間的空間中。
再者，18係密封材，19係外部負載。
電解質14係使用將LiI(0.1mol)、I2(0.05mol)、4-第三丁基吡啶(0.5mol)及四丁基銨碘化物(0.5mol)，添加於乙腈溶劑中者。
二氧化矽燒成體20係使用將二氧化矽之屬於結晶質的人工水晶或屬於非結晶質的石英玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸玻璃、鈉石灰等玻璃粒，在5%氫氟酸水溶液中浸漬5分鐘， 經水洗後施行乾燥，然後施行微粉碎至粒徑500nm以下者。
在所浸漬的水溶液中，除氫氟酸之外，亦可將氫氯酸使用為氫鹵酸，但較佳係氫氟酸。
人工水晶粒子係可使用粒徑0.2~0.5mm左右的大小，亦可使用即便在未施行燒成情況下，與乙醇相混合並塗佈於白金電極15上再經乾燥者。
從光入射側玻璃基板11所入射的光會入射於二氧化矽20中並發電。
二氧化矽的光電池機構詳細內容雖尚未明確，但若照射波長200~800nm的太陽光便會吸收，便會從光入射側的電極經由負載朝向反電極流通電子，換言之，會有從反電極朝光入射側的電極流通電流的現象。
利用太陽光模擬器照射太陽常數為1kw/1m2光的實施例1之太陽電池，當人工水晶粒徑在0.2mm以下的情況，可獲得85μA的短路電流、470mV的開放電壓，當粒徑在500nm以下的情況，可獲得348μA的短路電流、620mV的開放電壓。
該等數值相較於圖2所示先前技術的二氧化矽太陽電池之下，雖測定條件不同，但短路電流與解放電壓均呈大幅增加。
不僅如此，本發明者等尚針對屬於二氧化矽太陽電池的人工水晶太陽電池，經利用屬於未含有紫外區域成分光源的 300W白熱電球，依大致等同日光直射照度測定短路電流，結果分別觀測到400mV的解放電壓及0.5μA的短路電流，確認到二氧化矽太陽電池僅利用紅外光亦可進行發電。
由此現象，二氧化矽太陽電池係即便利用對屬於代表性濕式太陽電池的色素增感型二氧化鈦太陽電池而言，屬不可能之未含有紫外區域成分光，仍可進行發電。
[實施例2]
利用圖4說明實施例2。
實施例2的太陽電池係在實施例1的二氧化矽太陽電池中，串聯型組合著圖1(a)所示習知技術的二氧化鈦太陽電池者。
在該圖中，11係由玻璃或樹脂所構成的透明基板，在其中一面上形成FTO等透明電極膜12，並設為光入射側電極。3係利用燒結等手段而固體化的多孔質二氧化鈦。14係電解液，一般係使用在碘化鉀水溶液中溶解碘的碘系電解質。
20係粒徑0.2mm以下的人工水晶粒子，將與乙醇混合並塗佈於由白金等構成的電極25上，再經乾燥者。
16係FTO等透明電極，17係由玻璃或樹脂構成的基板。又，18係密封材，19係外部負載。
從光入射側透明基板11所入射的紫外光，入射於多孔質二氧化鈦3中並發電，對發電無具貢獻的紫外光及可見光係 入射於二氧化矽20中並發電。
依此，實施例2的太陽電池便可利用紫外光~可見光區域光進行發電。
利用太陽光模擬器照射太陽常數1kw/1m2光的實施例1之太陽電池，可獲得20μA的短路電流、417mV的開放電壓。
[實施例3]
利用圖5說明實施例3。
實施例3的太陽電池係在實施例1的二氧化矽太陽電池中，串聯型組合著圖1(b)所示習知技術的色素增感二氧化鈦太陽電池者。
在該圖中，11係由玻璃或樹脂所構成的透明基板，在其中一面上形成FTO等透明電極膜12，並設為光入射側電極。
10係利用燒結等手段而固體化，且已吸附釕錯合物色素等增感色素的多孔質二氧化鈦。
14係電解液，一般係使用在碘化鉀水溶液中溶解碘的碘系電解質。
20係粒徑500nm以下的人工水晶微粉碎粒子，將與乙醇混合並塗佈於由白金等構成的電極15上，再經乾燥者。
16係FTO等透明電極，17係由玻璃或樹脂構成的基板。又，18係密封材，19係外部負載。
從光入射側透明基板11所入射的紫外光~紅外光中之紫 外光~可見光，會入射於色素增感多孔質二氧化鈦10中並發電，對發電無具貢獻的紫外光~紅外光係入射於二氧化矽20中並發電。
如實施例1所說明，即便是不會使二氧化鈦及增感色素發電之區域的可見光~紅外光，亦會使二氧化矽20發電。
依此，實施例3的太陽電池係可利用紫外光~紅外光的全區域光進行發電。
利用實施例3的太陽電池，可獲得285μA的短路電流、510mV的開放電壓。
圖6所示係變更二氧化矽時的色素增感太陽電池之電壓-電流特性、及習知技術的色素增感太陽電池之電壓-電流特性。
在該圖中，橫軸係表示電壓，縱軸係表示電流。
另外，圖中，例如「1.0E-03」的記載係表示1.0mA。
特性係使用太陽光模擬器，依對太陽電池的入射光能量成為1-Sun(即1kW/m2)時，測定二FTO電極間的電壓/電流結果。
圖6所示係6個試料A~E、G、及比較試料的習知型色素增感太陽電池F之電壓-電流特性曲線。
A係使用經微粉碎為粒徑50~200nm的人工水晶粒子時之電壓-電流特性曲線，短路電流係3067μA、開放電壓係660mV。
B係使用粒徑0.2mm的人工水晶粒子時之電壓-電流特性曲線，短路電流係2340μA、開放電壓係680mV。
D係使用熔融石英時的電壓-電流特性曲線，短路電流係1293μA、開放電壓係680mV。
C係使用無鹼玻璃時的電壓-電流特性曲線，短路電流係1850μA、開放電壓係690mV。
E係使用硼矽酸玻璃時的電壓-電流特性曲線，短路電流係930μA、開放電壓係700mV。
F係圖1(b)的習知技術色素增感太陽電池之電壓-電流特性曲線，短路電流係733μA、開放電壓係680mV。
G係使用鈉石灰玻璃時的電壓-電流特性曲線，短路電流係626μA、開放電壓係670mV。
如從該等電壓-電流特性曲線所讀取般，得知A~E使用二氧化矽的色素增感太陽電池，相較於習知物之下，可取出較大電流。
再者，即便全體使用習知被視為較差物的鈉石灰玻璃時，其中一部分的電壓區域仍可取出較習知物更大的電流。
[實施例4]
圖3所示實施例1中，所使用的人工水晶微粉碎粒子之粒徑係細微至500nm以下，若經塗佈於白金電極上並經乾燥後，再接觸到電解液，便如圖7中22所示，會分散/懸浮於電解液中。
即便此種狀態，二氧化矽太陽電池的電流-電壓關係仍不會受到大影響。
[實施例5]
圖4所示實施例2中，所使用的人工水晶微粉碎粒子之粒徑係細微至500nm以下，若經塗佈於白金電極上並經乾燥後，再接觸到電解液，便如圖8中22所示，會分散/懸浮於電解液中。
即便此種狀態，經組合多孔質二氧化鈦燒結體的二氧化矽太陽電池之電流-電壓關係，仍不會受到大影響。
[實施例6]
圖5所示實施例3中，所使用的人工水晶微粉碎粒子之粒徑係細微至500nm以下，若經塗佈於白金電極上並經乾燥後，再接觸到電解液，便如圖9中22所示，會分散/懸浮於電解液中。
即便此種狀態，經組合色素增感多孔質二氧化鈦燒結體的二氧化矽太陽電池之電流-電壓關係，仍不會受到大影響。
[實施例7]
圖10所示係經改良實施例5的實施例6之二氧化矽太陽電池。
實施例6中，在電解液中分散/懸浮的人工水晶微粉碎粒子，係微細至粒徑500nm以下，因為本質係屬於不良導體，因而會有妨礙進入多孔質二氧化鈦孔部中的二氧化鈦電動 勢之可能性。
為防止此種事態，便利用僅電解質可穿透的隔膜23，分離出有懸浮二氧化矽22的電解質、與未懸浮二氧化矽22的電解質。
[實施例8]
圖11所示係經改良實施例6的實施例6之二氧化矽太陽電池。
實施例6中，在電解液中分散/懸浮的人工水晶微粉碎粒子，係微細至粒徑500nm以下，因為本質係屬於不良導體，因而會有妨礙進入多孔質二氧化鈦孔部中的二氧化鈦電動勢之可能性。
為防止此種事態，便利用僅電解質可穿透的隔膜23，分離出有懸浮二氧化矽22的電解質、與未懸浮二氧化矽22的電解質。
[實施例9]
本申請案發明係就基板、透明導電膜、反電極、電解質等，亦可使用各實施例所說明以外的各種構造及材料。
以下，針對可代替的構造及材料進行說明。
在說明各實施例之前，針對所有實施例的共通要件進行說明。
[基板]
各實施例中，收容太陽電池材料及電解質的容器，係使用 在光入射側為透光性材料，而在光未入射側則為透光性或不透光性材料。
透光性材料係可使用玻璃、塑膠、非晶矽、聚酯薄膜，不透光性材料係可使用不鏽鋼、鎳等金屬板。
[透明導電體]
當作透光性材料使用的玻璃及塑膠，幾乎均屬於未具有導電性者，當使用未具有導電性的材料時，便必需賦予導電性。屬透光性且具導電性的材料係可除FTO或ITO等錫的氧化物之外，尚可使用：AZO(Al-Zn-O)、碳奈米管、石墨烯等碳系材料、或導電性PET薄膜等ITO、碳奈米管、石墨烯等透明導電材料，或者在玻璃或塑膠等透明體上形成電極者。透明電極係設置於太陽電池的內側。
當太陽電池收納容器之與光入射側對面之一側，必需使光穿透的情況，可使用將FTO、ITO、碳奈米管、石墨烯等透明電極形成於玻璃或塑膠等透明體上者，當不需要使光穿透的情況，便使用已形成碳奈米管、石墨烯等電荷取出用導電體的金屬板。電荷取出用導電體係設置於太陽電池的內側。
藉由將塑膠形成導電性塑膠，亦可不需要透明導電體。
[二氧化矽粒]
經氫鹵酸處理的結晶質人工水晶粒子或非結晶質玻璃粒，係依如下進行調製。
將二氧化矽(SiO2)屬於結晶質的人工水晶、或屬於非結晶 質的石英玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸玻璃、鈉石灰等玻璃粒，浸漬於氫氟酸水溶液中，接著對人工水晶粒子或玻璃粒施行水洗後經乾燥，然後再施行微粉碎粉。
除氫氟酸以外，亦可將氫氯酸使用為氫鹵酸，較佳係氫氟酸。
再者，亦可利用其他的氫鹵酸。
當二氧化矽粒未利用氫鹵酸施行處理時，於二氧化矽粒試料的情況，施行微粉末化至平均粒徑為數10nm為止。
[二氧化矽層]
二氧化矽層亦可使用將人工水晶等粉末與白金粉末一起與乙醇相混合，再經燒成者。
二氧化矽粒子燒成體的粒徑係可使用至0.5mm左右者。
[電解質]
電解質係可使用當作支撐電解質用的鋰離子等陽離子、或氯離子等陰離子等等各種電解質，在電解質中所存在的氧化還原對，係使用碘-碘化合物、溴-溴化合物等氧化還原對。
將1-乙基-3-甲基碘化咪唑鎓0.4mol、四丁基銨碘化物0.4mol、4-第三丁基吡啶0.2mol、胍硫氰酸鹽(guanidinium thiocyanate)0.1mol，以丙烯碳酸酯液為溶劑進行調製者。
該電解質係當鹵素分子濃度在0.0004mol/L以下的情況，於可見光區域中幾乎呈無色透明。
在將碘化鋰(LiI)0.5mol、及金屬碘(I2)0.05mol溶解於甲氧 基丙腈中者之中，添加增黏劑，更為提升開放電動勢與填充因子而添加4-第三丁基吡啶。
當複合玻璃板不需要屬無色透明的情況，亦可使用碘系電解液等有色的電解液。
無色的電解質亦可使用醋酸或檸檬酸等有機酸。
[增感色素]
二氧化鈦太陽電池係藉由使用增感色素，便亦可在紫外光及可見光區域中發電，二氧化矽太陽電池在可見光區域充分發電時，便不需要使用高價位且短壽命的增感色素。
增感色素係除釕錯合物色素之外，尚可利用鈷錯合物色素、卟啉系或菁系、份菁、酞菁、香豆素、核黃素(riboflavin)、(xanthene)、三苯基甲烷、偶氮、醌等；C60衍生物、BTS(苯乙烯基苯并噻唑鎓丙基磺酸鹽)、吲哚啉；源自諸如扶桑、黑櫻桃等植物的色素，藉由採用不同發電特性的色素，便可選擇利用於發電的光。
[反電極]
當作反電極的半導體層係除氧化鋅(ZnO)之外，尚可使用氧化鈦(TiO2)、氧化銅(CuO)、氧化鎂(MgO)、鈦酸鍶(SrTiO3)、氮化碳、石墨烯等。
(產業上之可利用性)
藉由在二氧化鈦太陽電池的容器中，更進一步依串聯構造組合二氧化矽太陽電池的本申請案發明，便可利用紫外至紅 外的全區域光進行發電，能獲得有用的太陽電池。
1、7、11、17‧‧‧基板
2、6、12、16‧‧‧透明導電膜
3‧‧‧多孔質二氧化鈦(多孔質氧化鈦燒結體)
4、14‧‧‧電解質
5、15‧‧‧反電極
7、17‧‧‧基板(玻璃基板)
8、18‧‧‧密封材
9、19‧‧‧外部負載
10‧‧‧色素增感多孔質氧化鈦燒結體
13‧‧‧n型半導體層
20‧‧‧二氧化矽粒成形體
22‧‧‧二氧化矽粒
23‧‧‧隔膜
25‧‧‧n型半導體層電極
26‧‧‧白金膜
27‧‧‧太陽電池材料
圖1係習知多孔質二氧化鈦太陽電池及色素增感多孔質二氧化鈦太陽電池的示意圖。
圖2係先前技術的二氧化矽太陽電池示意圖。
圖3係實施例1的二氧化矽太陽電池示意圖。
圖4係使用多孔質二氧化鈦與二氧化矽的實施例2之太陽電池示意圖。
圖5係使用色素增感多孔質二氧化鈦與氧化矽的實施例3之太陽電池示意圖。
圖6係實施例3的色素增感多孔質二氧化鈦太陽電池、及習知色素增感多孔質二氧化鈦太陽電池的電壓-電流特性圖。
圖7係使用二氧化矽微粉碎粒子的實施例4之二氧化矽太陽電池構造示意圖。
圖8係使用多孔質二氧化鈦與二氧化矽微粉碎粒子的實施例5之太陽電池構造示意圖。
圖9係使用色素增感多孔質二氧化鈦與二氧化矽微粉碎粒子的實施例6之太陽電池構造示意圖。
圖10係使用多孔質二氧化鈦與二氧化矽微粉碎粒子的實施例7之太陽電池構造示意圖。
圖11係使用色素增感多孔質二氧化鈦與二氧化矽微粉碎 粒子的實施例8之太陽電池構造示意圖。
11‧‧‧基板
12‧‧‧透明導電膜
14‧‧‧電解質
15‧‧‧反電極
16‧‧‧透明導電膜
17‧‧‧基板
18‧‧‧密封材
19‧‧‧外部負載
20‧‧‧二氧化矽粒成形體

Claims (12)

  1. 一種二氧化矽太陽電池，係使具有導電性的2片基板，依各自導電面呈相對向配置；上述基板至少其中一者係透明且設為光入射側基板；在上述2片基板之間，配置有經氫鹵酸處理之二氧化矽粒成形體與電解質的二氧化矽太陽電池；其中，上述二氧化矽粒成形體係配置於與上述光入射側基板呈相對向配置的基板上；在上述二氧化矽粒成形體與上述光入射側基板之間，填充有上述電解質。
  2. 如申請專利範圍第1項之二氧化矽太陽電池，其中，上述二氧化矽粒的粒徑係500nm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述二氧化矽粒係人工水晶粒子。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述二氧化矽粒係熔融石英玻璃粒子。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述二氧化矽粒係無鹼玻璃粒子。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述二氧化矽粒係硼矽酸玻璃粒子。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述二氧化矽係鈉石灰玻璃。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述氫鹵酸係氫氟酸。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之二氧化矽太陽電池，其中，上述氫鹵酸係氫氯酸。
  10. 如申請專利範圍第1項之二氧化矽太陽電池，其中，在上述光入射側基板上配置有多孔質氧化鈦燒結體。
  11. 如申請專利範圍第10項之二氧化矽太陽電池，其中，上述多孔質氧化鈦燒結體中有吸附著增感色素。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之二氧化矽太陽電池，其中，在上述多孔質氧化鈦燒結體與上述二氧化矽粒子成形體之間，配置有電解質能穿透，但二氧化矽粉末無法穿透的隔牆。
TW101108246A 2011-03-11 2012-03-09 Silicon dioxide solar cells TWI542023B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011054609 2011-03-11
JP2011073152 2011-03-29
JP2011091389 2011-04-15
JP2012044753 2012-02-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201251040A TW201251040A (en) 2012-12-16
TWI542023B true TWI542023B (zh) 2016-07-11

Family

ID=46830725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101108246A TWI542023B (zh) 2011-03-11 2012-03-09 Silicon dioxide solar cells

Country Status (11)

Country Link
US (4) US9384902B2 (zh)
EP (1) EP2685554B1 (zh)
JP (2) JP5848324B2 (zh)
AU (3) AU2012227434B2 (zh)
DK (1) DK2685554T3 (zh)
ES (1) ES2895978T3 (zh)
LT (1) LT2685554T (zh)
PL (1) PL2685554T3 (zh)
SG (1) SG193401A1 (zh)
TW (1) TWI542023B (zh)
WO (2) WO2012124656A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI542023B (zh) * 2011-03-11 2016-07-11 Internat Frontier Tech Lab Inc Silicon dioxide solar cells
JP2013177277A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 International Frontier Technology Laboratory Inc ソーラーセル複合ガラス板
US10121601B2 (en) 2012-05-22 2018-11-06 International Frontier Technology Laboratory, Inc. Photoelectrode material and photocell material
JP6159066B2 (ja) * 2012-08-27 2017-07-05 ｉｎＱｓ株式会社 複合ソーラーセル
JP6176697B2 (ja) * 2012-12-10 2017-08-09 ｉｎＱｓ株式会社 ２酸化ケイ素ソーラーセル
JP6176698B2 (ja) * 2012-12-13 2017-08-09 ｉｎＱｓ株式会社 色素増感タンデム２酸化ケイ素ソーラーセル
JP6176699B2 (ja) * 2012-12-28 2017-08-09 ｉｎＱｓ株式会社 色素増感タンデム２酸化ケイ素ソーラーセル
JP6457167B2 (ja) * 2013-01-30 2019-01-23 ｉｎＱｓ株式会社 電流発生方法、キャパシタ型電源およびキャパシタ型電源を備えたセンサ
JP6773944B2 (ja) * 2016-01-06 2020-10-21 ｉｎＱｓ株式会社 光発電素子
US11569212B2 (en) 2017-11-09 2023-01-31 International Frontier Technology Laboratory, Inc. Semiconductor device power management system
CN108364579B (zh) * 2018-02-10 2020-08-14 安徽龙运智能科技有限公司 方便夜间使用的建筑安全警示牌
AU2023307429A1 (en) 2022-07-14 2025-02-20 International Frontier Technology Laboratory, Inc. Laminated-type photovoltaic block

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0643246B2 (ja) * 1985-10-08 1994-06-08 川鉄鉱業株式会社 シリカの高純度化方法
JP2001243995A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電池
JP2002170602A (ja) * 2000-11-30 2002-06-14 Hitachi Maxell Ltd 光電変換素子
JP4214221B2 (ja) 2003-03-25 2009-01-28 特許技術開発株式会社 光反応による窒素酸化物の除去方法
JP4247780B2 (ja) 2003-03-25 2009-04-02 独立行政法人産業技術総合研究所 新規光触媒及びそれを用いた有害有機物質の無害化処理方法
JP2007307430A (ja) * 2004-03-18 2007-11-29 Tetsuo Yazawa 新規な光触媒、その製造方法及びそれを用いた浄化方法
JP4897226B2 (ja) 2005-03-02 2012-03-14 シャープ株式会社 色素増感型太陽電池および色素増感型太陽電池モジュール
JP4863662B2 (ja) 2005-07-06 2012-01-25 シャープ株式会社 色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造方法
EP1936644A3 (en) * 2006-12-22 2011-01-05 Sony Deutschland Gmbh A photovoltaic cell
JP2008257893A (ja) 2007-03-30 2008-10-23 Dainippon Printing Co Ltd 色素増感型太陽電池用基板の製造方法、色素増感型太陽電池の製造方法、および、これらによって製造された色素増感型太陽電池用基板および色素増感型太陽電池。
JP2009076448A (ja) * 2007-08-28 2009-04-09 Toray Ind Inc 色素増感型太陽電池
US8443502B2 (en) * 2007-09-14 2013-05-21 Ivoclar Vivadent Ag Blank arrangement
KR100807238B1 (ko) * 2007-10-09 2008-02-28 전남대학교산학협력단 유리분말이 함유된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법
JP2010080315A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 色素増感型太陽電池
JP2010182457A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Toray Ind Inc 色素増感太陽電池用セパレーター
JP5531300B2 (ja) * 2009-03-11 2014-06-25 国立大学法人九州工業大学 色素増感太陽電池
JP5581468B2 (ja) * 2009-07-22 2014-09-03 島根県 色素増感太陽電池
JP5322830B2 (ja) * 2009-08-05 2013-10-23 日東電工株式会社 ガラス製部材の接着方法
EP2492375B1 (en) * 2009-10-21 2017-12-06 International Frontier Technology Laboratory Inc. Photocell
WO2011063103A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-26 The Trustees Of Princeton University Semiconductor coated microporous graphene scaffolds
KR101325646B1 (ko) * 2010-09-16 2013-11-20 한국전자통신연구원 태양전지 및 그 형성방법
TWI542023B (zh) * 2011-03-11 2016-07-11 Internat Frontier Tech Lab Inc Silicon dioxide solar cells
US20130025657A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Jifa Qi Plasmon enhanced dye-sensitized solar cells

Also Published As

Publication number Publication date
ES2895978T3 (es) 2022-02-23
AU2017201120B2 (en) 2018-10-18
JP6165054B2 (ja) 2017-07-19
US9384902B2 (en) 2016-07-05
AU2017201115B2 (en) 2018-10-25
JPWO2012124655A1 (ja) 2014-07-24
AU2017201115A1 (en) 2017-03-09
SG193401A1 (en) 2013-10-30
US20180261397A1 (en) 2018-09-13
AU2017201120A1 (en) 2017-03-09
US9805878B2 (en) 2017-10-31
US20140060630A1 (en) 2014-03-06
JP5848324B2 (ja) 2016-01-27
EP2685554B1 (en) 2021-08-04
TW201251040A (en) 2012-12-16
JPWO2012124656A1 (ja) 2014-07-24
WO2012124656A1 (ja) 2012-09-20
EP2685554A4 (en) 2014-10-01
PL2685554T3 (pl) 2022-01-17
LT2685554T (lt) 2021-10-25
WO2012124655A1 (ja) 2012-09-20
US20180019067A1 (en) 2018-01-18
US20160293340A1 (en) 2016-10-06
EP2685554A1 (en) 2014-01-15
AU2012227434A1 (en) 2013-10-24
DK2685554T3 (da) 2021-10-11
AU2012227434B2 (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI542023B (zh) Silicon dioxide solar cells
KR100696529B1 (ko) 금속원소를 포함하는 광전변환소자용 전극 및 이를 채용한염료감응 태양전지
KR101721120B1 (ko) 광전극 재료 및 광전지 재료
JP2005327515A (ja) 光電変換素子、及び半導体電極
US8604339B2 (en) Photoreceptive layer comprising metal oxide of core-shell structure and solar cell using the same
ES3030687T3 (en) Photovoltaic element
KR20140122361A (ko) 염료감응 태양전지용 전해질 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
Chou et al. Investigation on iodine concentration of electrolyte for dye-sensitized solar cell with platinum counter electrode modified by graphene oxide and magnetic beads
Sheng et al. Synergistic effect of TiO2 hierarchical submicrospheres for high performance dye-sensitized solar cells
JP6008402B2 (ja) タンデム型ソーラーセル
Park Dye-sensitized metal oxide nanostructures and their photoelectrochemical properties
Zheng et al. The research of CaO/TiO 2 nanocrystalline film for dye-sensitized solar cell
El Baraka et al. Building of a PV DSSC small scale prototype based TiO 2 nano coating with natural pigment
KR20060113132A (ko) 플라스틱 전극 및 이를 채용한 태양전지
Li et al. A Novel Improved Method to Increase the Efficiency of Dye‐Sensitized Solar Cells
Liu et al. Study on the improved structure of dye-sensitized solar cells for enhancing light absorption
Xu et al. Modification of nanocrystalline porous films by poly (ethyleneglycol) for quasi-solid dye-sensitized solar cells
WO2013151175A1 (ja) ２酸化ケイ素ソーラーセル及び２酸化ケイ素ソーラーセル構造を有するガラス板
Joshi et al. Carbon nanoparticles for counter electrode catalyst in dye-sensitized solar cells