專(zhuān)利名稱(chēng)：：染料敏化的太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，更具體地，本發(fā)明涉及染料敏化的太陽(yáng)能電池，其包括上面涂有染料分子的半導(dǎo)體氧化物層。
背景技術(shù)：
：與利用現(xiàn)有的P-N結(jié)制造的硅太陽(yáng)能電池不同，染料敏化的太陽(yáng)能電池是光電化學(xué)太陽(yáng)能電池，其主要成分是能夠通過(guò)吸收可見(jiàn)光產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的光敏染料分子，及轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的電子的過(guò)渡金屬氧化物。這種染料敏化的太陽(yáng)能電池的代表性實(shí)例是Graetzel等人于瑞士提出的染料敏化的太陽(yáng)能電池(美國(guó)專(zhuān)利公布4927721和5350644)。Gmetzel等人提出的染料敏化的太陽(yáng)能電池由半導(dǎo)體電極、反電極以及填充于兩電極之間的電解質(zhì)溶液構(gòu)成，其中半導(dǎo)體電極由其上涂有染料分子的納米晶二氧化鈦(Ti02)構(gòu)成并且反電極上涂有鉑或碳。由于光化學(xué)太陽(yáng)能電池可以比常規(guī)硅太陽(yáng)能電池更低的單位電功率制造成本生產(chǎn)，所以它更引人注目。染料敏化的太陽(yáng)能電池的工作原理如下。電子自日光激發(fā)的染料注入納米晶二氧化鈥的導(dǎo)帶。所注入的電子經(jīng)過(guò)納米晶二氧化鈦到達(dá)導(dǎo)電基底，并轉(zhuǎn)移至外電路。在外電路完成電功之后，通過(guò)氧化/還原電解質(zhì)，利用其傳遞電子的作用，電子返回并經(jīng)過(guò)反電極注入到二氧化鈦中，以還原電子不足的染料，進(jìn)而完成染料敏化的太陽(yáng)能電池的工作。這里，當(dāng)自染料注入的電子經(jīng)過(guò)納米晶二氧化鈦層和導(dǎo)電基底時(shí)，一些注入的電子可以保留在納米晶二氧化鈦表面的空表面能級(jí)中，然后才轉(zhuǎn)移至外電路。這種情況下，使得電子可與氧化/還原電解質(zhì)反應(yīng)，并無(wú)效地逸散。另外，由光產(chǎn)生的電子也可以在導(dǎo)電基底的表面逸散，因而能量轉(zhuǎn)換效率降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種染料敏化的太陽(yáng)能電池，其可以防止從染料注入的電子因?yàn)槠湓诎雽?dǎo)體氧化物的表面或者在導(dǎo)電基底的表面與氧化/還原電解質(zhì)相互作用而逸散。本發(fā)明還提供一種制備染料敏化的太陽(yáng)能電池的方法，其中該染料敏化的太陽(yáng)能電池可以防止從染料注入的電子因?yàn)槠湓诎雽?dǎo)體氧化物的表面或者在導(dǎo)電基底的表面與氧化/還原電解質(zhì)相互作用而逸散。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供染料敏化的太陽(yáng)能電池，其包括彼此相向布置的半導(dǎo)體電極和反電極，以及布置在電極之間的電解質(zhì)溶液，其中半導(dǎo)體電極包括導(dǎo)電基底，形成于半導(dǎo)體電極上的半導(dǎo)體氧化物層，粘附于半導(dǎo)體氧化物層表面的染料分子層，及形成于經(jīng)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底表面的絕緣層。所述絕緣層可由自組裝的有機(jī)層形成，該自組裝的有機(jī)層由絕緣的有機(jī)化合物構(gòu)成，其中該絕緣的有機(jī)化合物通過(guò)化學(xué)鍵自組裝于經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上。例如，自組裝的有機(jī)層可由其中一種選自下列的化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成硅烷化合物，磷酸化合物，硫酸化合物，及羧酸化合物。另外，自組裝的有機(jī)層可由其中硅烷化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該硅烷化合物的結(jié)構(gòu)選自R^iHR2R3;1^SiXR2R3(X為Cl,Br或1)，及R,SiRR2R3(R為曱氧基，乙氧基或叔丁氧基)(式中R,、R2和R3為C廣C24烷烴、鏈晞烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代)。自組裝的有機(jī)層也可由其中磷酸化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該磷酸化合物的結(jié)構(gòu)為PIUl2R3R4(式中Ri、R2、R3和R4為C!-C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代，而且R"R2、R3和R4中至少有一個(gè)為-OH或-O)。自組裝的有機(jī)層也可由其中硫酸化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該硫酸化合物的結(jié)構(gòu)為SR!R2R3R4(Rl、R2、R3和R4為C廠(chǎng)C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代，而且RpR2、R3和R4中至少有一個(gè)為-OH或-O)。自組裝的有機(jī)層也可由其中羧酸化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該羧酸化合物的結(jié)構(gòu)為R^COOH或R2COCT和R2為d-C^烷烴鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供制備染料敏化的太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括形成半導(dǎo)體電極；形成反電極；將半導(dǎo)體電極和反電極4皮此相向地布置；及將電解質(zhì)溶液注入到半導(dǎo)體電極與反電極之間的空間中，其中半導(dǎo)體電極的形成包括在導(dǎo)電基底上形成半導(dǎo)體氧化物層，將染料分子層粘附在半導(dǎo)體氧化物層的表面上，及在經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上形成絕緣層。該方法還包括形成自組裝的有機(jī)層，其中該自組裝的有機(jī)層通過(guò)化學(xué)鍵自組裝于經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上，以形成絕緣層。自組裝有機(jī)層的形成可包括將所得到的其上形成有染料分子層的結(jié)構(gòu)浸漬于疏水有機(jī)溶劑中，所述疏水有機(jī)溶劑中溶解有至少一種選自下列的化合物硅烷化合物，磷酸化合物，硫酸化合物，及羧酸化合物。另外，自組裝有機(jī)層的形成還可以包括以氣態(tài)向所得到的其上形成有染料分子層的結(jié)構(gòu)的表面提供至少一種選自下列的化合物硅烷化合物，磷酸化合物，硫酸化合物，及羧酸化合物。自組裝有機(jī)層的形成可以在比較干燥而不是大氣的條件下進(jìn)行。在根據(jù)本發(fā)明的染料敏化的太陽(yáng)能電池中，與氧化/還原電解質(zhì)接觸的半導(dǎo)體氧化物層的表面和導(dǎo)電基底的表面被絕緣層所覆蓋，因而可以防止電子逸散，在響應(yīng)光而產(chǎn)生的電子于染料敏化的太陽(yáng)能電池工作過(guò)程中轉(zhuǎn)移至外電路時(shí)會(huì)發(fā)生這種電子逸散，從而顯著地提高能量轉(zhuǎn)化效率。另外，由于可以通過(guò)比較簡(jiǎn)單和容易的方法在半導(dǎo)體電極的所需部分形成自組裝的有機(jī)層，因而可以顯著地提高這種染料敏化的太陽(yáng)能電池在市場(chǎng)中的竟?fàn)幜ΑＭㄟ^(guò)參照附圖詳述其示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的染料敏化太陽(yáng)能電池的截面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的圖1的染料敏化太陽(yáng)能電池的4導(dǎo)體電極的放大截面示意圖；及圖3是評(píng)價(jià)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的染料敏化太陽(yáng)能電池的電流密度-電壓曲線(xiàn)圖。具體實(shí)施方式下文中，將參照其中給出了本發(fā)明示例性實(shí)施方案的附圖更全面地說(shuō)明本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以很多不同的形式實(shí)施，而且不應(yīng)解釋成本發(fā)明僅限于這里所述的實(shí)施方案；相反，提供這些實(shí)施方案的目的是使本公開(kāi)全面和完整，并向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的構(gòu)思。在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記代表相同的組成部分，而且為了清楚起見(jiàn)夸大了各層和區(qū)域的尺寸和厚度。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的染料敏化太陽(yáng)能電池100的截面示意圖。參照?qǐng)D1,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的染料敏化太陽(yáng)能電池100包括半導(dǎo)體電極10，反電極20,及裝填于半導(dǎo)體電極10與反電極20之間的電解質(zhì)溶液30。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的染料敏化太陽(yáng)能電池100的半導(dǎo)體電極10的詳細(xì)》文大截面圖。參照?qǐng)D1和圖2，半導(dǎo)體電極10由透明的導(dǎo)電基底12和電子轉(zhuǎn)移層13形成，所述電子轉(zhuǎn)移層13布置在導(dǎo)電基底12上以將電子轉(zhuǎn)移給導(dǎo)電基底12。電子轉(zhuǎn)移層13包括形成于導(dǎo)電基底12上的半導(dǎo)體氧化物層14和粘附在半導(dǎo)體氧化物層14上的染料分子層16。為了防止電子因與電解質(zhì)溶液30反應(yīng)而逸散，逸散導(dǎo)致低效率，可以在經(jīng)過(guò)電子轉(zhuǎn)移層13中的染料分子層16而暴露的半導(dǎo)體氧化物層14的表面以及導(dǎo)電基底12的表面形成絕緣層18。絕緣層18可由自組裝的有機(jī)層形成。導(dǎo)電基底12可由銦錫氧化物(ITO)，氟摻雜的錫氧化物(FTO),或者其上涂有Sn02的玻璃基底形成。半導(dǎo)體氧化物層14可由二氧化鈦(Ti02)，二氧化錫(Sn02)，氧化鋅(ZnO)，或者它們的組合形成。半導(dǎo)體氧化物層14可具有515,的厚度。染料分子層16可由釕絡(luò)合物形成。在導(dǎo)電基底12的表面，絕緣層18選擇性地形成于導(dǎo)電基底12上的暴露部分和半導(dǎo)體氧化物層14的不為染料分子層16所覆蓋的暴露部分。當(dāng)絕緣層18為自組裝的有機(jī)層時(shí)，該自組裝的有機(jī)層因?yàn)閷?dǎo)電基底12中所包含的金屬原子與半導(dǎo)體氧化物層14之間存在的化學(xué)鍵而自組裝在導(dǎo)電基底12和半導(dǎo)體氧化物層14的表面上。由絕緣層18形成的自組裝有機(jī)層可由單分子層形成。另外，自組裝有機(jī)層的厚度可根據(jù)形成分子層的材料的分子長(zhǎng)度調(diào)整。形成絕緣層18的自組裝有機(jī)層可由不能遷移電子或空穴的絕緣有機(jī)化合物形成。自組裝有機(jī)層的源化合物可以選自包含能夠通過(guò)化學(xué)鍵選擇性地自組裝于導(dǎo)電表面的官能團(tuán)的化合物，如硅烷化合物，磷酸化合物，硫酸化合物，及羧酸化合物。稍后會(huì)更充分地描述可形成自組裝有機(jī)層的有機(jī)分子。反電極20包括導(dǎo)電基底22和涂布在導(dǎo)電基底22上的金屬層24。金屬層24可由鉑層構(gòu)成。導(dǎo)電基底22可由ITO，F(xiàn)TO,或者其上涂有Sn02的玻璃基底構(gòu)成。反電極20的金屬層24面向半導(dǎo)體電極10的電子轉(zhuǎn)移層13布置。填充在半導(dǎo)體電極10與反電極20之間的空間中的電解質(zhì)溶液30可由咪唑基化合物和碘構(gòu)成。例如，電解質(zhì)溶液30可以是v/r電解質(zhì)溶液，其中0.70M的l-乙烯基-3-曱基-咪唑鐵碘化物，0.10M的Lil,40mM的鄭2),及0.125M的4-叔丁基吡啶溶解于3-曱氧基丙腈中。電解質(zhì)溶液30通過(guò)形成于反電極20的導(dǎo)電基底22中的微孔26填充在半導(dǎo)體電極10與反電極20之間的空間中，其中該空間由聚合物層40界定。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的圖1和圖2的染料敏化太陽(yáng)能電池100以下列方式工作。當(dāng)透過(guò)半導(dǎo)體電極10的導(dǎo)電基底12的太陽(yáng)光吸收于粘附在半導(dǎo)體氧化物層14上的染料分子層16中時(shí)，形成染料分子層16的材料被激發(fā)，從而將電子注入到半導(dǎo)體氧化物層14的導(dǎo)帶中。注入到半導(dǎo)體氧化物層14中的電子通過(guò)構(gòu)成半導(dǎo)體氧化物層14的納米尺寸細(xì)顆粒之間的界面轉(zhuǎn)移到與半導(dǎo)體氧化物層14相鄰的導(dǎo)電基底12,然后通過(guò)外部的導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路(未示出)轉(zhuǎn)移到反電極20。因?yàn)殡娮愚D(zhuǎn)移而氧化的染料分子層16接受電子并再次被還原，所述電子是由電解質(zhì)溶液30中的碘離子的氧化-還原作用(3r—13>2e，提供的。氧化的缺離子(IO再次被到達(dá)反電極20的電子所還原。于是，完成了染料敏化太陽(yáng)能電池100的工作過(guò)程。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池100中，由于構(gòu)成半導(dǎo)體電極10的導(dǎo)電基底12和經(jīng)染料分子層16暴露的部分半導(dǎo)體氧化物層14被絕緣層18所覆蓋，因此可以通過(guò)身為自組裝有機(jī)層的染料分子層16防止容易形成電子逸散途徑的區(qū)域，從而可以顯著地提高能量轉(zhuǎn)化效率。下面將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制備染料敏化太陽(yáng)能電池100的方法。為了制造身為陰極的半導(dǎo)體電極10，制備其上形成有半導(dǎo)體氧化物層14的導(dǎo)電基底12。半導(dǎo)體氧化物層14可具有5~15，的厚度。然后，將其上形成有半導(dǎo)體氧化物層14的導(dǎo)電基底12在由釕絡(luò)合物形成的染料溶液中浸漬24小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，以在半導(dǎo)體氧化物層14的表面涂上染料分子層16。將所得到的其上形成有染料分子層16的結(jié)構(gòu)在N2氣氛下干燥，以從所得結(jié)構(gòu)的表面除去醇基有機(jī)溶劑。接著，在導(dǎo)電基底12和半導(dǎo)體氧化物層14經(jīng)染料分子層16而暴露的表面上形成絕緣層18。為了使絕緣層18形成自組裝的有機(jī)層，在比較干燥而不是大氣條件下，于導(dǎo)電基底12和半導(dǎo)體氧化物層14經(jīng)染料分子層16而暴露的表面上形成自組裝的有機(jī)層。為了創(chuàng)造干燥的條件，自組裝的有機(jī)層可在露點(diǎn)溫度保持在約-60至-10。C的干燥室中形成。在制備自組裝有機(jī)層的示例性方法中，可以采用在干燥室中將其上形成有半導(dǎo)體氧化物層14和染料分子層16的所得物，在其中溶解有預(yù)定有機(jī)化合物的疏水有機(jī)溶劑中浸漬30分鐘至1天的工藝。所述有機(jī)溶劑可由例如極性溶劑(如醇或酮)或者非極性溶劑(如苯、曱苯、己烷、丁烷或異辛烷)構(gòu)成。在制備自組裝有機(jī)層的另一示例性方法中，可以采用在真空下以預(yù)定的有機(jī)化合物涂布導(dǎo)電基底12和半導(dǎo)體氧化物層14的表面的工藝，其中所述預(yù)定的有機(jī)化合物是以氣態(tài)提供的。用于制備自組裝有機(jī)層的源化合物可以選自不能遷移電子或空穴的絕緣的有機(jī)化合物。具體地，自組裝有機(jī)層的源材料可以選自包含能夠通過(guò)化學(xué)鍵選擇性地自組裝于導(dǎo)電表面的官能團(tuán)的有機(jī)分子。例如，該源材料可以為硅烷化合物，磷酸化合物，硫酸化合物，或者羧酸化合物。當(dāng)使用硅烷化合物作為制造自組裝有機(jī)層的源材料時(shí)，該硅烷化合物可具有選自下列的結(jié)構(gòu)R^SiHR^Rs;R4SiXR2R3(X為CI,Br或I);及RiSiRRzRs(R為曱氧基，乙氧基或叔丁基)(式中R4、R2和113為CH^4烷烴、鏈烯烴或炔烴，而且Ri、R2和R3各自被氟取代或未取代)。例如，可以使用包含d-C24烷基或烷氧基的烷基硅烷，烷基三氯硅烷，烷氧基烷基硅烷，三烷氧基烷基硅烷，及二烷氧基二烷基硅烷。當(dāng)使用磷酸化合物作為制造自組裝有機(jī)層的源材料時(shí)，該磚酸化合物具有選自下列的官能團(tuán)-P04,-P03,-P02,及-PO。磷酸化合物可具有結(jié)構(gòu)PR!R2R3R4(式中R2、R3和R4為C廣C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，R2、R3和R4各自被氟取代或未取代，及Ri、R2、R3和R4中至少有一個(gè)為-OH或-O)。當(dāng)Ri、R2、R3和R4中至少有一個(gè)為-O時(shí)，磷酸化合物可以具有金屬離子的絡(luò)合物的形式存在。例如，可以使用具有氟取代或未取代的C,-C24烷基的烷基磷酸，烷基次磷酸，及(烷基)亞磷酸。當(dāng)使用硫酸化合物作為制造自組裝有機(jī)層的源材料時(shí)，該硫酸化合物具有選自下列的官能團(tuán)-S04,-S03,-S02,及-SO。該石危酸化合物可具有結(jié)構(gòu)SRiR2R3R4(RpR2、R3和R4為C廣C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，R!、R2、R3和R4各自被氟取代或未取代，及R2、R3和R4中至少有一個(gè)為-OH或-O)。當(dāng)R2、R3和R4中至少有一個(gè)為-0時(shí)，該硫酸化合物可以具有金屬離子的絡(luò)合物的形式存在。例如，可以使用硫酸，亞硫酸，及其金屬離子絡(luò)合物，亦即碌iJ菱鈉和亞碌iJ臾鉀。當(dāng)使用羧酸化合物作為制造自組裝有機(jī)層的源材料時(shí)，該羧酸化合物具有官能團(tuán)-COOH或-COCT。該羧酸化合物可具有結(jié)構(gòu)RiCOOH或R2COO-(R,和R2為d-C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代)。例如，可以使用曱酸，乙酸，丙酸，丁酸，丙二酸，草酸，丁二酸，苯二曱酸，戊二酸，己二酸，及苯曱酸。身為陰極的半導(dǎo)體電極10的制造，按如上所述通過(guò)在導(dǎo)電基底12和半導(dǎo)體氧化物層14經(jīng)染料分子層16而暴露的表面上形成絕緣層18而完成。為了制造身為陽(yáng)極的反電極20，將金屬層24例如鉑層涂布在其上涂有ITO、FTO或Sn02的透明導(dǎo)電基底22上。下一步，將所述陽(yáng)極和陰極組裝。亦即，將金屬層24和其上粘附有染料分子層16的半導(dǎo)體氧化物層14彼此相向地形成，及在陽(yáng)極和陰極中將導(dǎo)電表面向內(nèi)布置。這種情況下，將厚度為3050,并且由例如SURLYN(DuPont制造)形成的聚合物層40布置在陽(yáng)極和陰極之間，然后在10014(TC的加熱板和1~3個(gè)大氣壓下將兩電極彼此緊密地粘4妄在一起。由于加熱和加壓，聚合物層40牢固地粘接在兩電極的表面。接著，將電解質(zhì)溶液30通過(guò)形成于導(dǎo)電基底22中的微孔26裝填于兩電極之間的空間中。待裝填完電解質(zhì)溶液30之后，迅速加熱SURLYN和薄玻璃以密封微孔26。下文中，將更全面地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池的制造實(shí)施例。實(shí)施例1制造染料^t化的太陽(yáng)能電池利用合成的Ti02糊，通過(guò)絲網(wǎng)印刷法在FTO基底上形成第一Ti02納米顆粒層。在實(shí)施干燥和500。C下燒結(jié)之后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷法在第一Ti02納米顆粒層上形成包含直徑為200~400nm的光散射顆粒的第二Ti02納米顆粒層，然后干燥并燒結(jié)，制得Ti02薄膜，其為厚度20,的雙層。將所得到的其上形成有Ti02薄膜的結(jié)構(gòu)加到其中溶解有釕染料(4,4'-二羧基-2,2-二吡啶)二(硫代氰酸根合)釕(II):N3)的醇溶液中，使染料附著在Ti02薄膜的表面。用乙醇洗滌所得到的其上粘附有染料的結(jié)構(gòu)并干燥。將如此處理之后制得的樣品分成三組。將三乙氧基辛基硅烷、十八烷基三氯硅烷和曱基磷酸各自溶解于曱苯溶液中以具有5mM的濃度，制得用于自組裝各不同有機(jī)化合物的溶液。然后，將三組樣品分別在其中溶解有三乙氧基辛基硅烷、十八烷基三氯硅烷和曱基磷酸的甲苯溶液中浸漬6小時(shí)。接著，在Ti02薄膜沒(méi)有粘附染料的表面部分和FTO基底的暴露表面上形成絕緣層，以完成半導(dǎo)體電極，其中所述絕緣層為自組裝的有機(jī)層。將其上涂有H2PtCl6溶液的導(dǎo)電玻璃基底在450。C下加熱30分鐘制得反電極。排列半導(dǎo)體電極和反電極，使其各自的導(dǎo)電表面彼此相向。然后，在半導(dǎo)體電極和反電極之間布置由SURLYN(DuPont制造)形成的聚合物層，以使半導(dǎo)體電極和反電極緊密地粘接在一起。接下來(lái)，在兩電極之間的空間中加注1371-電解質(zhì)溶液，在該電解質(zhì)溶液中，0.70M的l-乙烯基-3-曱基-咪唑鐵碘化物、0.10M的Lil、40mM的12(碘)、0.125M的4-叔丁基吡啶溶解于3-曱氧基丙腈中，從而完成了染料敏化的太陽(yáng)能電池。實(shí)施例2對(duì)比例為了比較，按與實(shí)施例1中相同的方式制造染料敏化的太陽(yáng)能電池，只是不包括自組裝有機(jī)層的制造。實(shí)施例3測(cè)量光電壓和光電流為了評(píng)價(jià)于實(shí)施例1制備的染料敏化太陽(yáng)能電池的光轉(zhuǎn)化效率，測(cè)量該染料敏化太陽(yáng)能電池的光電壓和光電流如下。為此，使用由光源儀(Keithley2400SourceMete,)形成的太陽(yáng)模擬器。這里，使用氮燈(Oriel,9U93)作為光源。圖3是評(píng)價(jià)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的實(shí)施例1的染料敏化太陽(yáng)能電池的電流密度和電壓的曲線(xiàn)圖。參照?qǐng)D3,該曲線(xiàn)圖示了染料敏化太陽(yáng)能電池"A"、"B"和"C"的電流密度和電壓，其中"A"、"B，，和"C，，分別是利用三乙氧基辛基硅烷、十八烷基三氯硅烷和甲基磷酸形成自組裝有機(jī)層的太陽(yáng)能電池。另外，"D"是指實(shí)施例2中制備的用于對(duì)比的染料敏化太陽(yáng)能電池的電流密度和電壓。根據(jù)圖3的結(jié)果，與實(shí)施例2中制備的用于對(duì)比的染料敏化太陽(yáng)能電池相比，其中形成了自組裝有機(jī)層染料敏化的太陽(yáng)能電池"A"、"B"和"C"的開(kāi)路電壓和電流密度均得到了提高。另外，在根據(jù)本發(fā)明的染料敏化的太陽(yáng)能電池"A"、"B，，和"C"中，其中利用磷酸化合物形成自組裝有機(jī)層額染料敏化太陽(yáng)能電池("C"),具有比其中利用硅烷化合物形成自組裝有機(jī)層的染料敏化太陽(yáng)能電池("A")更好的效率。制備于實(shí)施例1中的根據(jù)本發(fā)明的各染料敏化的太陽(yáng)能電池("A"、"B"和"C，，)，以及制備于實(shí)施例2中的用于比較的染料敏化太陽(yáng)能電池("D")的電特性示于下面的表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池中，半導(dǎo)體電極中經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層的表面和導(dǎo)電基底的表面被絕緣層所覆蓋。為了形成絕緣層，可以形成自組裝的有機(jī)層，其中該自組裝的有機(jī)層由于化學(xué)鍵而自組裝于經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上。由于接觸氧化/還原電解質(zhì)的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面被絕緣層形成的保護(hù)膜所覆蓋，因此可以防止因響應(yīng)光而從染料注入到納米顆粒半導(dǎo)體氧化物層的電子逸散。另外，絕緣層還形成于通過(guò)半導(dǎo)體氧化物層而暴露的導(dǎo)電基底的表面上，因而可以防止電子通過(guò)導(dǎo)電基底表面而發(fā)生的與氧化/還原電解質(zhì)的反應(yīng)，進(jìn)而防止電子逸散并提高效率。因此，還可以防止響應(yīng)光而產(chǎn)生電子在染料敏化太陽(yáng)能電池工作過(guò)程中轉(zhuǎn)移至外電路時(shí)可能發(fā)生的電子逸散，從而可以顯著地提高能量轉(zhuǎn)化效率。另外，由于絕緣層可以通過(guò)比較簡(jiǎn)單和容易的方法利用具有官能團(tuán)的絕緣有機(jī)分子形成在半導(dǎo)體電極的需要部分，其中該官能團(tuán)僅選擇性地自組裝于導(dǎo)電的表面上，因此可以顯著地提高該染料敏化太陽(yáng)能電池在市場(chǎng)上的竟?fàn)幜Α１M管已經(jīng)參照其示例性實(shí)施方案具體地給出和說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如權(quán)利要求書(shū)中所定義的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種改變。權(quán)利要求1.一種染料敏化的太陽(yáng)能電池，包括彼此相向布置的半導(dǎo)體電極和反電極，及布置在所述電極之間的電解質(zhì)溶液，其中所述半導(dǎo)體電極包括導(dǎo)電基底，形成于半導(dǎo)體電極上的半導(dǎo)體氧化物層，粘附于半導(dǎo)體氧化物層表面的染料分子層，及形成于經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上的絕緣層。2.根據(jù)權(quán)利要求1的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述絕緣層由自組裝的有機(jī)層構(gòu)成，該自組裝的有機(jī)層由絕緣的有機(jī)化合物構(gòu)成，其中該絕緣的有機(jī)化合物通過(guò)化學(xué)鍵自組裝于經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上。3.根據(jù)權(quán)利要求2的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述自組裝的有機(jī)層由其中選自硅烷化合物、磷酸化合物、硫酸化合物和羧酸化合物之一的化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成。4.根據(jù)權(quán)利要求2的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述自組裝的有機(jī)層由其中硅烷化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，所述硅烷化合物具有選自下列的結(jié)構(gòu)R!S孤2R3;RjSiXR^(X為Cl,Br或I);及R'SiREJR^R為曱氧基、乙氧基或叔丁氧基)(式中RpR2和R3為d-C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代)。5.根據(jù)權(quán)利要求2的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述自組裝的有機(jī)層由其中磷酸化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該磷酸化合物的結(jié)構(gòu)為PR，R2R3R4(式中Rq、R2、R3和R4為C廣C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未耳又代，而且RpR2、R3和R4中至少有一個(gè)為-OH或-0)。6.根據(jù)權(quán)利要求2的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述自組裝的有機(jī)層由其中硫酸化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該硫酸化合物的結(jié)構(gòu)為SR，R2R3R4(Ri、R2、113和R4為CVC24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代，而且RpR2、R3和R4中至少有一個(gè)為-OH或-0)。7.根據(jù)權(quán)利要求2的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述自組裝的有機(jī)層由其中羧酸化合物進(jìn)行自組裝的分子層形成，該羧酸化合物的結(jié)構(gòu)為R,COOH或R2CO(T(R，和R2為d-C24烷烴、鏈烯烴或炔烴，其各自被氟取代或未取代)。8.根據(jù)權(quán)利要求1的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電基底由銦錫氧化物(ITO),氟摻雜的錫氧化物(FTO),或者其上涂有Sn02的玻璃基底形成。9.根據(jù)權(quán)利要求1的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述染料分子層由釕絡(luò)合物形成。10.根據(jù)權(quán)利要求1的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述半導(dǎo)體氧化物層由二氧化鈦(Ti02),二氧化錫(Sn02)，氧化鋅(ZnO)，或者它們的組合形成。11.根據(jù)權(quán)利要求1的染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中所述反電極包括導(dǎo)電基底以及涂布于該導(dǎo)電基底上的金屬層。12.—種制備染料敏化的太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括形成半導(dǎo)體電極；形成反電極；將半導(dǎo)體電極和反電極彼此相向地布置；及在半導(dǎo)體電極與反電極之間的空間中注入電解質(zhì)溶液，其中半導(dǎo)體電極的形成包括在導(dǎo)電基底上形成半導(dǎo)體氧化物層，將染料分子層粘附在半導(dǎo)體氧化物層的表面上，及在經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上形成絕緣層。13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括形成自組裝的有機(jī)層，其中該自組裝的有機(jī)層通過(guò)化學(xué)鍵自組裝于經(jīng)過(guò)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上，以形成絕緣層。14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中自組裝有機(jī)層的形成包括將所得到的其上形成有染料分子層的結(jié)構(gòu)浸漬在疏水有機(jī)溶劑中，該疏水有機(jī)溶劑中溶解有至少一種選自硅烷化合物，磷酸化合物，硫酸化合物，及羧酸化合物的化合物。15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中自組裝有機(jī)層的形成包括以氣態(tài)向物，磷酸化合物，石克酸化合物，及羧酸化合物的化合物。16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中自組裝有機(jī)層的形成是在比較干燥而不是大氣條件下進(jìn)行的。全文摘要本發(fā)明提供一種染料敏化的太陽(yáng)能電池，其中在半導(dǎo)體電極的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的暴露表面上形成有絕緣層，以及一種制備染料敏化的太陽(yáng)能電池的方法。染料敏化的太陽(yáng)能電池包括彼此相向布置的半導(dǎo)體電極和反電極，以及置于所述電極之間的電解質(zhì)溶液。半導(dǎo)體電極包括導(dǎo)電基底，形成于半導(dǎo)體電極上的半導(dǎo)體氧化物層，粘附于半導(dǎo)體氧化物層表面的染料分子層，及形成于經(jīng)染料分子層而暴露的半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上的絕緣層。該絕緣層由自組裝的有機(jī)層形成，該自組裝層通過(guò)化學(xué)鍵自組裝于半導(dǎo)體氧化物層和導(dǎo)電基底的表面上。文檔編號(hào)H01L31/04GK101154691SQ200710110360公開(kāi)日2008年4月2日申請(qǐng)日期2007年6月13日優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日發(fā)明者全容奭,姜晚求,金鐘大申請(qǐng)人:韓國(guó)電子通信研究院