有改進光學特徵的染料敏化太陽能電池的製作方法

2023-05-05 16:11:56 1

專利名稱：有改進光學特徵的染料敏化太陽能電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及多孔ID光子晶體(PlDPC)結構，用於控制PlDPC的光學響應，以便基於PlDPC的像能夠被建立。這種像能夠用於增強染料敏化太陽能電池(DSC)的效率和美學屬性。基於PlDPC的像，是通過在基底表面區域上澱積的PlDPC的選擇性定位而建立的。這些像還能夠通過選擇性地改變基底表面區域上PlDPC的曲率而建立。像的變化還能夠通過改變澱積的PlDPC的大小、形狀和光學響應而完成。
背景技術：
本發明涉及太陽能電池，尤其涉及染料敏化太陽能電池(DSC(Dye Sensitized Solar Cell))，如見US 5084365。DSC通常由被澱積在透明導電基底上的數微米厚的多孔 TiO2電極層組成(見圖1)。常用的TW2電極層還一般地由互連的TiO2金屬氧化物粒子 (銳鈦礦結構，通常平均晶體大小約20nm)組成。被著色的TW2電極，是使染料分子(通常是釕聚吡啶基複合物(ruthenium polypyridyl complex))吸附在TiO2粒子的表面上形成的。染料分子的吸附一般是把T^2電極在染料分子溶液中浸泡數小時獲得的。透明導電基底IOa—般地由被澱積在玻璃基底12上的FTO或ITO —般地構成的透明導電氧化物(TCO) 組成。被著色的T^2電極13與電解液(通常含有Γ/Ι3_離子對)14和另一個透明導電基底IOb及玻璃基底12b，即反電極15接觸，見圖1。反電極的TCO層IOb通常以薄的鉬催化層覆蓋(圖1中沒有畫出)。由於導電基底低的導電性，TiO2電極通常被分段澱積，有間隙位於其間，以便為 TiO2電極段之間的集電器的澱積提供空間。導電基底的邊緣常常不用T^2電極材料澱積。該兩個導電基底常常在邊緣被密封 (使用熱熔的諸如surlyn 1702)，以便保護DSC部件以防周圍大氣，並防止電解液的蒸發或洩漏。太陽光被染料收集，產生光激發的電子，這些電子被注入納米晶態半導體網格的導帶中，然後進入導電基底。同時，氧化還原電解液減少被氧化的染料並把電子受主的元素 (I3O輸運到反電極(counter electrode) 0 11 %的功率轉換效率的記錄值已經被報告，儘管優質電池通常提供的是在5%和8%之間。有許多努力是針對改進DSC的穩定性和效率的。還有美學質量諸如DSC的顏色和半透明是重要的，使DSC特別適合透明窗的應用。改變DSC的視覺外觀的最直接方式，是使用不同顏色的染料，就是說，例如分別使用綠色、藍色或紅色染料製作綠色、藍色或紅色著色的DSC。然而，該方案的缺點是，DSC的效率強烈依賴於所使用染料的顏色，因為特定染料的光收集取決於染料的吸收光譜。因此， DSC染料的選擇，將決定該DSC的效率和顏色外觀二者。通過使用光子晶體，能夠產生有不同顏色的DSC而無需改變染料並且不犧牲效率。旋轉塗布已經被用於產生這種著色的DSC(Colodrero，S.，Adv. Mater. 2008，20，1-7)。一種已知增加DSC的效率的方式，是增加光在TW2電極13中的有效路徑。這一點能夠通過在TiA電極13頂部澱積多孔漫散射層16而做到，如圖2所示。多孔漫散射層 16 —般為數微米厚(如4微米或更厚)，並由大的非多孔光散射粒子(通常直徑為數百納米)組成。光散射粒子16通過把透過TW2電極的光反射回去，再進入TW2電極而增加光在著色的T^2電極13中的有效路徑。光散射粒子藉助寬範圍方向的漫反射反射光。使用由數百納米大小的非多孔粒子組成的多孔漫散射層，有一個問題是，它不能夠輕易地做成半透明的。因此，含有這類漫散射層的DSC，不適合在要求半透明的窗和立面的應用。另一個問題是，總的TiA層厚度隨被澱積的光散射層而增加，導致TiA電極和反電極之間的電解液中增加的離子電阻。增加的離子電阻導致電解液中增加的電勢降，降低太陽能電池性能中的填充因數。更厚的T^2電極的另一個問題是，當層厚度更大時，染料敏化需要更長的時間，因為如果多孔層的厚度增加，則染料分子穿透多孔層需要更長的時間。漫散射層的另一個問題是，由被吸收到這些大粒子上的染料分子產生的光電流是相對地小的，因為大的非多孔粒子的表面對體積比是小的。另一種增加光的有效路徑的方式是在光吸收層頂部澱積多孔ID光子晶體 (P1DPC(Porous ID Photonic Crystal))，如圖3所示。該PlDPC通過澱積多孔的多層17與 TiO2電極13耦合，該多孔的多層17形成厚度受控的交替的粒子層結構，由此，跨越各層的折射率的周期性或準周期性空間調製被獲得(Colodrero，S.，Adv. Mater. 2008，20，1_7和 W02008034932)。通過PlDPC晶格參數、PlDPC層材料、和在PlDPC內的層的多孔性的適當選擇，能夠把該PlDPC設計成反射某些有用波長區中的光，從而在那些波長區中增加光在著色的TW2電極中的有效路徑。為了有效地反射光(即，要獲得強的反射率峰)，通常必需澱積6或更多交替的層。與由大的非多孔粒子組成的漫射光散射層(見上面所述)相反， 被澱積的PlDPC按鏡面反射方式反射光(即，如反射鏡那樣反射)，其中來自單個入射方向的光被反射進單個出射方向。PlDPC概念的優點是，反射層既在某些波長區是透明的同時又在其他波長區是反射的，從而這樣的PlDPC層能夠用在太陽能電池中供半透明窗應用。通過把數層有不同晶格參數或不同材料的PlDPC的每一層澱積在另一層的頂部，能夠有選擇地在光譜的數個特定區中反射光，從而有選擇地在不同光譜區中提升太陽能電池性能。光子晶體在DSC中的應用，包含在TW2電極頂部澱積數層薄層。已知的澱積PlDPC的方法是把PlDPC直接旋轉塗布在TiO2層的頂部。為了在被澱積的TiO2層和基底邊緣之間(即，用於電連接和密封目的的區域)提供清潔的基底區域， 必須使用掩模，以防被PlDPC材料塗覆電觸點區域和/或密封區域。

發明內容
本發明涉及PlDPC結構，用於控制被澱積的PlDPC的光學響應，以增強例如DSC的效率和美學屬性。該效率和美學屬性，是通過基底表面區域上PlDPC結構性質的特定空間控制被增強的。該PlDPC結構由PlDPC的結構性質的非均勻空間分布形成。該結構性質能夠是基底上PlDPC的分布、PlDPC澱積物、和PlDPC澱積物層的三維形式；以及PlDPC參數，諸如構成PlDPC的多孔納米粒子層的數量、多孔性、多孔納米粒子層的厚度或材料。PlDPC結構性質的特定空間控制由如下兩條主技術路徑實現1)在基底表面上的多層PlDPC的選擇性空間澱積，2)在基底表面上，有非平面表面結構的PlDPC的選擇性空間製作。PlDPC結構被直接形成在基底表面上，並在澱積在基底上之前不按分開的步驟形成。有PlDPC結構的DSC將有增加的效率。由PlDPC結構形成的圖形的選擇性光學響應，使增強DSC的美學屬性成為可能。圖形能夠形成可見的像，但該圖形只可以被顯微鏡辨別。PlDPC結構能夠通過在基底表面上多層PlDPC澱積物的選擇性澱積而形成。這樣的多層被澱積PlDPC澱積物的光學響應，將取決於每一被澱積PlDPC澱積物的交替單獨層中折射率的周期性變化，並取決於基底表面上被澱積PlDPC澱積物的大小及形狀和位置。PlDPC的光學響應將取決於交替的單獨層中折射率的周期性變化。在PlDPC只含有一種材料，如TiA的情形中，PiDPC中折射率的周期性變化，能夠通過改變交替的TiA單獨層的多孔性，在交替的TW2單獨層之間建立折射率的差異而實現。折射率的變化，還能夠通過改變交替的單獨層中的材料，如通過使用打02和S^2的交替的單獨層而實現。光學響應也能夠通過改變PlDPC的晶格參數而被改變。晶格參數是通過改變被澱積的多孔納米粒子單獨層的厚度而被改變的。來自被澱積PlDPC的反射光的強度，能夠通過改變被澱積的多孔交替單獨層的數量而加以控制，例如，通過增加或減少被澱積單獨層的數量，反射光強度分別能夠被增加或減少。來自被澱積PlDPC的反射光的波長極大，能夠通過，例如改變晶格參數(通過改變交替的單獨層的厚度)同時保持折射率的差異恆定而加以控制。反射光的顏色的單色性，能夠通過改變交替的層之間的折射率的差異而加以控制，例如，通過選擇折射率的較小的差異能夠獲得較高的單色性。通過使用交替單獨層的折射率的更大差異，能夠獲得更強的反射和降低的單色性，即，能夠在更寬波長範圍中獲得更強的反射。有非平面表面結構的PlDPC的選擇性空間製作，能夠通過向PlDPC層有選擇地施加壓力使PlDPC層變形，或者通過在有預形成的非平面表面結構的基底上PlDPC澱積物的選擇性澱積而獲得。與PlDPC層或PlDPC澱積物的形狀有關，沿某些方向的光反射能夠被抑制而沿其他方向被增強。通過改變PlDPC表面結構在特定位置上的曲率，能夠控制在該特定位置上的反射光方向。由此，PlDPC上特定位置出射的反射光的角度，能夠受PlDPC表面的曲率的控制。視覺像能夠通過PlDPC表面的曲率的變化而被建立。PlDPC層或PlDPC澱積物的曲率的變化導致來自PlDPC的反射光的變化。反射光的變化能夠用於建立像。例如，有平面表面結構區和波浪般的表面結構區二者的PlDPC層或PlDPC澱積物，能夠被做成在平面表面上看似如鏡面一般的或光滑的，而在波浪般的表面上看似如黑的或無光澤的。這種視覺光學效果能夠被開發，以便建立視覺對比度和像。
DSC的效率的增加，是通過增加吸收層中有效的光路徑從而增加光的吸收而達到的。通過在DSC中常用TW2電極層的頂部製作波浪般PlDPC層或PlDPC澱積物，例如， 通過在預成形的常用TiA層上的PlDPC澱積，或通過使常用的TiA層上被澱積的PlDPC層或PlDPC澱積物變形，能夠控制光反射角，使吸收層中有效的光路徑增加。不同于波浪般的其他形狀，例如金字塔形狀、圓錐形、或鋸齒形能夠被使用，這取決於預定的應用。通過製作有平面和非平面表面區二者的PlDPC層或PlDPC澱積物，能夠在有更高鏡面反射性區域中增強DSC的光滑性和效率二者，且能夠在非平面區域中增強DSC的效率和黑暗或無光澤性二者。光學響應在光滑和暗/無光澤區域之間的變化，能夠用於在DSC 上建立像或圖形。因此，通過製作有變化的空間表面結構的PlDPC層或PlDPC澱積物，能夠在跨越DSC起作用的區域上，把增強的效率與增強的美學屬性結合起來。通過改變PlDPC層或PlDPC澱積物的表面結構，能夠控制在所感到的顏色和所感到的反射光強度上作為視角的函數的視覺外觀。本發明用DSC作為範例，但PlDPC結構還能夠用於其他應用，諸如安全標誌或安全標記，用於化學品或藝術目的的光學傳感器。因此，本發明的一個方面涉及染料敏化太陽能電池(DSC)，包括被澱積在基底表面頂部的多孔ID光子晶體(PlDPC)層，特徵在於，該PlDPC層是由PlDPC的結構性質的非均勻空間分布所形成的PlDPC結構。最好是，該PlDPC結構是由基底表面上PlDPC澱積物的非均勻分布形成的。有利的是，該PlDPC澱積物能夠包括有不同光學響應的P1DPC。在這種情形下，能夠通過改變一個或多個PlDPC參數，諸如構成PlDPC的單獨納米粒子層的數量或納米粒子層的多孔性、納米粒子層厚度或納米粒子層材料、或PlDPC的交替的單獨層之間折射率的差異，形成不同的光學響應。在本發明的一個可能實施例中，附加的PlDPC澱積物可以被置於一層或多層 PlDPC澱積物頂部。有利的是，該PlDPC澱積物和可能的附加PlDPC澱積物都被埋藏在納米粒子的基質中。在這種情形下，大的非多孔光散射粒子的附加層，能夠被置於被埋藏的PlDPC澱積物的頂部。按照本發明的一個可能實施例，至少一部分基底表面是非平面的。在按照本發明的DSC中，基底可以包括透明的導電氧化物。例如，該基底包括多孔的TiO2、多孔的&10、多孔的Nb2O5、或多孔的SnA電極層，最好是多孔的TiA電極層。有利的是，大的非多孔光散射粒子的附加層，被置於PlDPC澱積物和可能的附加 PlDPC澱積物的頂部。本發明的另一方面涉及一種用於產生DSC的方法，該DSC包括PlDPC澱積物，尤其是DSC包括其中至少一部分基底表面是非平面的PlDPC澱積物，其中，用有選擇地施加壓力的工具使該基底表面和PlDPC澱積物變形。一種DSC，包括其中至少一部分基底表面是非平面的PlDPC澱積物，也能夠用其中該PlDPC澱積物被澱積在預形成的非平面基底上的方法獲得。本發明的再一方面涉及在基底表面上包括不同光學響應的點的導電基底，其中這些點由PlDPC澱積物形成。最好是，按照本發明的導電基底有部分非平面表面，有PlDPC澱積物層覆蓋該導電基底，從而有平面表面結構區和非平面表面結構區二者，該兩個區能夠被做成在平面表面區上看似如鏡面一般的或光滑的，而在非平面表面區上看似如黑的或無光澤的。一種包括PlDPC結構的導電基底，能夠是安全標記，用於化學品的傳感器，或美學表面的一部分。


-圖1表明染料敏化太陽能電池的示意斷面圖。-圖2表明染料敏化太陽能電池的示意斷面圖，該太陽能電池在TW2電極頂部有被澱積的漫散射層。-圖3表明染料敏化太陽能電池的示意斷面圖，該太陽能電池在T^2電極頂部有被澱積的光子晶體。黑線和這些線之間的白間隔代表構成PlDPC的交替粒子層結構。-圖4表明在導電基底上TW2的PlDPC的選擇性澱積。-圖5表明在基底上PlDPC的選擇性澱積。數種晶格參數被使用。由一層被澱積在另一層頂部的兩層不同PlDPC組成的串聯結構被使用。-圖6表明被埋藏在納米粒子基質中的有選擇地被澱積的P1DPC。-圖7表明被澱積在常用TW2層頂部的P1DPC。-圖8A和8B表明被澱積在基底上的PlDPC層的機械變形。-圖9A和9B表明在預成形基底表面上PlDPC的多層澱積。-圖10表明被澱積在有選擇地構建的PlDPC層上的常用TW2層。
具體實施例方式本發明被參照附圖作進一步解釋。然而，本發明不限於附圖所示實施例。圖4表明在導電基底11上單獨的PlDPC層20的澱積，用於形成PlDPC層22。有不同折射率的交替層20的每一層被澱積在另一層的頂部。黑線和這些黑線之間的白間隔代表在PlDPC中建立折射率周期性變化的納米粒子的交替的多孔層。PlDPC的光學響應將取決於交替層中折射率的周期性變化。在PlDPC只含有一種類型的材料，如TW2的情形中，PlDPC中折射率的周期性變化能夠通過改變交替的TW2層的多孔性，在交替的TW2層之間建立折射率的差異而實現。折射率的變化，還能夠通過改變交替的層中的材料類型，如通過使用打02和SiA的交替層而實現。光學響應也能夠通過改變PlDPC的晶格參數而被改變。晶格參數是通過改變被澱積多孔納米粒子層的厚度而被改變的。來自被澱積PlDPC的反射光的強度，能夠通過改變被澱積多孔交替層的數量而加以控制，例如，通過增加或減少被澱積層的數量，反射光強度分別能夠被增加或減少。來自被澱積PlDPC的反射光的波長極大，能夠通過，例如改變晶格參數(通過改變交替層的厚度)同時保持折射率的差異恆定而加以控制。反射光的顏色的單色性，能夠通過改變交替的層之間的折射率的差異而加以控制，例如，通過選擇折射率的較小的差異，能夠獲得較高的單色性。
通過使用交替層的折射率的更大差異，能夠獲得更強的反射和降低的單色性，即， 能夠在更寬波長範圍中獲得更強的反射。通過非均勻地把PlDPC澱積在基底表面上，圖形被形成。圖5表明基底11上有數種結構上不同的PlDPC澱積物23的圖形。能夠根據來自不同被澱積PlDPC的光反射的變化，建立多色圖形。每一 PlDPC澱積物將反射光，而被反射光的光反射強度和反射波長的極大(即，分別為所感到的光強和所感到的反射顏色)及波長範圍(即單色性)，能夠通過改變作為PlDPC的位置的函數的結構上PlDPC性質而加以控制。結果是，有多色圖形的基底能夠被產生。此外，能夠把附加的PlDPC澱積物的每一層澱積在另一層的頂部，建立串聯的 PlDPC結構M，見圖5。串聯的結構在光學響應的控制方面，允許有甚至更大的靈活性。例如，由兩層PlDPC澱積物組成的串聯的結構，允許兩種不同波長範圍的光(對應於從兩層不同PlDPC的反射)從基底上同一位置被反射。因此，通過使用串聯的結構，兩種不同反射顏色的混合能夠被產生。PlDPC澱積物中材料和它們環境(如空氣)的折射率之間的折射率的差異，能夠通過把PlDPC埋藏在例如常用的TiO2層的納米粒子中而被改變。圖6表明被埋藏在納米粒子 25的基質中的PlDPC澱積物23、24的圖形。通過把圖形埋藏在納米粒子的基質中，PlDPC 澱積物的光散射作用能夠被降低。還能夠在被埋藏的PlDPC澱積物的頂部，澱積大的非多孔光散射粒子的附加層 (該非多孔散射層在圖6中沒有示出)。這樣的光散射層，能夠用於製作有改進的效率和改進的美學屬性二者的非半透明(即不透光)DSC，且它能夠用於在非半透明DSC上建立像。還能夠在常用的TW2電極層13頂部有選擇地澱積PlDPC澱積物23、24，見圖7。 這對在半透明DSC上改進效率和建立像是有用的。還能夠在圖7的PlDPC澱積物23J4頂部，澱積由大的非多孔光散射粒子組成的散射層(該散射層在圖7中沒有示出)。這將對在非半透明(即不透光)DSC上改進效率和建立像是有用的。通過在導電基底表面的點上，在該基底的不同空間位置上澱積有不同光學響應的 PlDPC澱積物，能夠建立多色像。該像可以由基底表面的不同位置上反射光強度的差異和反射波長的差異建立。至此，只是具有PlDPC澱積物的平坦的平面基底已經被描述。然而，PlDPC結構的光學響應，能夠通過改變PlDPC被澱積其上的表面結構而被改變。PlDPC澱積物層的表面結構，能夠通過向PlDPC層和下面的基底有選擇地施加壓力使PlDPC澱積物層變形而被改變，見圖8A和8B。圖8A中，有圖形的機械衝壓工具30對被澱積在基底11上的平面PlDPC澱積物或層沈壓，以便塑造或雕刻PlDPC澱積物或層沈和基底11，由此獲得基底11上PlDPC澱積物或層沈的非平面表面結構(見圖8B)。另一種改變PlDPC層的表面結構的方式，是把每一 PlDPC單獨層27澱積在預成形的非平面基底觀上，見圖9A和9B，使PlDPC澱積物四的形狀仿照下面的基底的形狀。有非平面表面結構的PlDPC澱積物的光學響應，將取決於該PlDPC結構的細緻的幾何圖形和形狀。在圖8B和9B中，PlDPC澱積物和基底的波浪般表面結構被示出。這種表面結構對控制PlDPC澱積物上反射的光的方向是有用的。
與PlDPC澱積物的形狀有關，沿某些方向的光反射能夠被抑制而沿其他方向被增強。通過改變特定位置上PlDPC澱積物表面的曲率，能夠控制在該特定位置上反射光的方向。因此，在PlDPC澱積物的特定位置上出射的反射光的角度，能夠通過改變PlDPC澱積物表面的曲率而加以控制。視覺像能夠通過在PlDPC層的曲率中建立變化而被建立。PlDPC層曲率中的變化， 將在這種PlDPC層的反射光中建立變化。反射光中的變化，能夠用於建立像。例如，有平面表面結構區和波浪般表面結構區二者的PlDPC層，能夠被做成在平面表面上看似如鏡面一般的或光滑的，而在波浪般的表面上看似如黑的或無光澤的。這種視覺光學效果能夠被開發，以便建立視覺對比度和像。增加DSC效率的一種策略是增加吸收層中有效的光路徑，從而增加光的吸收。通過在DSC的常用TW2電極層的頂部製作波浪般PlDPC澱積物(如，通過在預成形的常用 TiO2電極層上PlDPC的澱積，或通過使被澱積在常用TiA層上的PlDPC澱積物變形)，能夠控制光的反射角，使吸收層中有效的光路徑增加。當然，其他形狀，諸如金字塔形狀、或圓錐形狀、或鋸齒形狀，也能夠被使用，以適應手邊的應用。通過製作有平面表面區和非平面表面區二者的PlDPC層，能夠增強DSC在有更高鏡面反射性區域中的光滑性和效率二者，且能夠增強DSC在非平面區域中的效率和黑暗或無光澤性二者。光學響應在光滑和暗/無光澤區域之間的變化，能夠用於在DSC上建立像。 因此，通過製作有變化的空間表面結構的PlDPC層，能夠在跨越DSC的起作用區域上，把增強的效率與增強的美學屬性結合起來。對平面PlDPC層的不同視角，一般地導致在所感到的顏色和所感到的反射光強度上不同的視覺外觀。因此，通過改變PlDPC層的表面結構，能夠控制在該PlDPC層上所感到的顏色和所感到的反射光強度上作為視角的函數的視覺外觀。能夠在PlDPC澱積物32的表面結構頂部澱積常用的TW2電極層31，見圖10。這對降低PlDPC層和環境之間折射率的差異，以便降低PlDPC澱積物的光散射作用，將是有用的。還能夠在圖10的常用TiO2層頂部，澱積由大的非多孔光散射粒子組成的層(該散射層在圖10中沒有出示)。這對在非半透明(即不透光)DSC中改進效率和建立像是有用的。PlDPC單獨層的澱積，包括製備納米粒子懸浮物的第一步驟。該粒子能夠例如由， Si02、Ti02、SnO2> Al2O3> MgO> ZnO> Nb205、Ce02、V205、Hf02、Co304、NiO、A1203、ln203、Sb2O3 製成。 粒子大小能夠在1-100納米範圍內。納米粒子的濃度能夠在0. 和70%之間(固體體積 /總體積比)。納米粒子能夠用納米粒子生產領域熟知的任何技術製作。納米粒子的形式能夠是粉末或膠狀懸浮物或粉末懸浮物。納米粒子粉末的有用懸浮物，能夠用常用技術，諸如玻珠研磨和聲處理製作。納米粒子懸浮物配方包含與應用有關的合適的溶劑、粘合劑或添加劑等等。納米粒子懸浮物配方依賴於手邊的應用。溶劑的例子是水或酒精等等。粘合劑的例子是PEG 20，000、PMMA、聚苯乙烯、Carbowax 或乙基纖維素、甲基纖維素等等。添加劑例子是，分散添加劑、均化劑、 變形劑、抗堵孔劑，蠟等等。有圖形的包括多層不同PlDPC單獨層的PlDPC澱積物，能夠通過用周知的印刷技術如噴墨、絲網印刷、膠板印刷、照相凹版印刷、浮凸印刷等等，把納米粒子懸浮物澱積在基底上製成。最好使用能產生亞微米和微米厚度薄層的印刷技術。在印刷多層不同PlDPC 單獨層的情形中，最好使用能產生有圖形的澱積而無需掩蔽基底的印刷技術。還最好使用允許數層的每一層，以被澱積層的適當對準和記錄，被澱積在另一層之上的印刷方法。交替層的澱積物，能夠由受控厚度的單獨層的交替澱積形成，以便橫跨澱積物實現折射率的周期性或準周期性的空間調製。有相同厚度的連續均勻的PlDPC層的PlDPC澱積物，能夠通過用周知的印刷技術如噴霧(如超聲噴霧)、浸塗、旋轉塗布、噴墨列印、絲網印刷、膠板印刷、照相凹版印刷、浮凸印刷等等把納米粒子懸浮物澱積在基底上產生。最好使用能產生亞微米和微米厚度薄層的印刷技術。還最好使用允許數個單獨層的每一層，以被澱積層的適當對準和記錄，被澱積在另一層之上的印刷方法。由交替層組成的澱積物，能夠由受控厚度的單獨層的交替澱積形成，以便橫跨被澱積的多層實現折射率的周期性或準周期性的空間調製。在印刷完第一納米粒子懸浮物單獨層之後，讓溶劑蒸發。然後，澱積的層被送交簡單的熱處理，以確保絕大部分溶劑已被蒸發。下一個納米粒子懸浮物單獨層則被印刷在已乾燥的第一納米粒子懸浮物單獨層頂部並再次讓溶劑蒸發，如有必要，可能包含加熱步驟， 如此等等。數個附加的單獨層的每一層能夠被澱積在另一層的頂部，直到足夠多的層的每一層已經被印刷在另一層的頂部，產生需要的光學性質為止。具有呈現ID光子晶體性質的納米粒子的聚合物的複合物，已經用UV可固化聚合物製造，該UV可固化聚合物含有與光引發劑結合的納米粒子。這樣的UV可固化聚合物納米粒子系統適用於膠板印刷目的。基底能夠是透明導電基底，諸如導電玻璃(如，配備有TCO層(如，摻氟的Sn02) 的鹼石灰玻璃片)，或導電塑料(如，配備有ITO層的PET片)。在PlDPC單獨層被直接澱積在導電基底上的情形下，最好使用TiA的P1DPC。該基底還可以是被澱積在透明導電玻璃上的常用多孔TiA層、或多孔ZnO層、或多孔Nb2O5層、或多孔SnA層。基底表面可以是光滑的或預成形的。最好是，多孔基底的孔大小，小於或相當於PlDPC的納米粒子層中納米粒子的大小。PlDPC層能夠通過向被澱積的PlDPC層有選擇地施加壓力而變形。選擇的壓力能夠用有圖形表面，諸如被雕刻的金屬或被雕刻的陶瓷機械地施加。當足夠的壓力被施加時， 來自雕刻表面的圖形能夠被轉移到PlDPC層，在PlDPC層的表面結構中建立變化。變形技術特別適用於PlDPC層被澱積在軟基底，例如塑料或極多孔的金屬氧化物層(如，常用的TW2 層)上的情形。在PlDPC層被直接澱積在導電基底頂部的情形中，堅硬的基底如玻璃，較不適合用於變形技術。最好使用不粘的雕刻工具以建立PlDPC層中的表面結構。變形技術能夠與加熱結合，如在可變形導電基底諸如塑料基底被使用的情形。在上面的例子中，有利的是，澱積的PlDPC單獨層在某一階段被加熱，以便除去易燃成分並把納米粒子層一道燒結在PlDPC內，以便建立機械上穩定的PlDPC結構。在PlDPC澱積物的澱積已經完成之後，標準的程序，包含染料敏化、電解液填充和裝置密封，能夠用於製作DSC。
權利要求
1.一種染料敏化太陽能電池DSC，包括被澱積在基底表面頂部的多孔ID光子晶體 PlDPC層，特徵在於，該PlDPC層是由PlDPC結構性質的非均勻空間分布形成的PlDPC結構。
2.按照權利要求1的DSC，特徵在於，該PlDPC結構是由基底表面上PlDPC澱積物的非均勻分布形成的。
3.按照權利要求2的DSC，特徵在於，該PlDPC澱積物包括有不同光學響應的P1DPC。
4.按照權利要求3的DSC，特徵在於，該不同的光學響應的形成是通過改變一個或多個 PlDPC參數，諸如構成PlDPC的單獨納米粒子層的數量或納米粒子層的多孔性、納米粒子層厚度或納米粒子層材料、或PlDPC的交替的單獨層之間折射率的差異。
5.按照權利要求2、3或4的DSC，特徵在於，附加的PlDPC澱積物可以被置於一層或多層PlDPC澱積物頂部。
6.按照權利要求2-5中任一項的DSC，特徵在於，該PlDPC澱積物和可能的附加PlDPC 澱積物都被埋藏在納米粒子的基質中。
7.按照權利要求6的DSC，特徵在於，大的非多孔光散射粒子的附加層，被置於被埋藏的PlDPC澱積物的頂部。
8.按照權利要求1-7中任一項的DSC，特徵在於，至少一部分基底表面是非平面的。
9.按照權利要求1-8中任一項的DSC，特徵在於，該基底包括透明的導電氧化物。
10.按照權利要求1-9中任一項的DSC，特徵在於，該基底包括多孔的TiO2、多孔的&ι0、 多孔的Nb2O5或多孔的SnA電極層。
11.按照權利要求10的DSC，特徵在於，該基底包括多孔的TW2電極層。
12.按照權利要求10的DSC，特徵在於，大的非多孔光散射粒子的附加層，被置於PlDPC 澱積物和可能的附PlDPC澱積物的頂部。
13.一種用於產生按照權利要求8的包括PlDPC澱積物的DSC的方法，該方法的特徵在於，用有選擇地施加壓力的工具使該基底表面和PlDPC澱積物變形。
14.一種用於產生按照權利要求8的包括PlDPC澱積物的DSC的方法，該方法的特徵在於，該PlDPC澱積物被澱積在預形成的非平面基底上。
15.一種導電基底，包括在基底表面上的不同光學響應的點，特徵在於，這些點是由 PlDPC澱積物形成的。
16.一種導電基底，具有部分非平面表面，特徵在於，PlDPC澱積物層覆蓋該導電基底， 從而有平面表面結構區和非平面表面結構區二者，並在平面表面區上看似如鏡面一般的或光滑的，而在非平面表面區上看似如黑的或無光澤的。
17.一種導電基底，特徵在於，該基底包括P1DPC結構且是安全標記，用於化學品的光學傳感器，或美學表面的一部分。
全文摘要
有改進光學特徵的染料敏化太陽能電池。效率和美學屬性，通過在基底表面區域上多孔1D光子晶體P1DPC結構性質的空間控制得到增強。P1DPC結構性質的空間控制，能夠通過兩條主技術路徑實現1)在基底表面上的多層P1DPC的選擇性空間澱積；2)在基底表面上，有非平面表面結構的P1DPC的選擇性空間製作。
文檔編號H01G9/20GK102473531SQ201080030675
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月8日 優先權日2009年7月9日
發明者H·林德斯特羅姆 申請人:Nlab太陽能股份公司