TWI725699B

TWI725699B - 染料敏化太陽能電池及其形成方法

Info

Publication number: TWI725699B
Application number: TW109100817A
Authority: TW
Inventors: 周榮泉; 柯承初; 張竣翔; 賴志賢; 粘譽薰; 郭柏佑
Original assignee: 國立雲林科技大學
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-04-21
Also published as: TW202127678A

Abstract

本發明提供一種染料敏化太陽能電池，包括：工作電極，其中工作電極包括基板，基板上設有透明導電膜，透明導電膜上設有氧化鋅奈米柱膜，氧化鋅奈米柱膜上設有多孔性半導體層，以及染料吸附於多孔性半導體層上；電解液，設置於工作電極上；以及對電極（counter electrode），設置於電解液上。本發明亦提供一種染料敏化太陽能電池的製造方法。

Description

染料敏化太陽能電池及其形成方法

本發明係有關於一種太陽能電池，且特別係有關於一種染料敏化太陽能電池及其製造方法。

隨著地球人口增加，人類對於能源之需求亦然增加，而能源問題一直是人們所面臨重要課題之一，故替代能源開發為目前人類首要課題，各國目前正積極開發太陽能、地熱、風力發電、水力發電及生質能等相關綠色能源，用以替代有限資源及減少環境汙染，其中太陽能電池可應用於建築、汽車、3C設備可說是當今科學家之夢想。

染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC)具有製程簡易、生產成本低廉，可藉由「染料」吸收太陽光並轉移電子，DSSC本身具有輕薄、攜帶便利及可撓性等優勢，其研究發展與市場開發具有極大潛力。

染料敏化太陽能電池的基本結構與其操作背後的製程與一般太陽能電池不同。染料敏化太陽能電池屬於電氣化學類元件，其組合使用了光電極(photoelectrode)、電解液、和對電極(counter electrode)。染料敏化太陽能電池的光伏轉換效率是關鍵的光伏參數，光伏轉換效率取決於各個介面的電子傳輸製程的最佳化。當光子被染料分子吸收時，會觸發在電性上的一種興奮狀態。在目前的紀錄中，太陽能電池的光伏轉換效率最高僅曾經達到14%，但是製作的成本過高。染料敏化太陽能電池的壽命週期(lifespan)則是取決於封裝的品質和導電透明基板和光陽極材料的黏著度。另外。導電透明基板上的氧化物必須為多孔性，以對應染料和電解液的特性。

本發明實施例提供一種染料敏化太陽能電池，包括：工作電極，工作電極包括：透明基板，透明導電薄膜，於透明基板上，氧化鋅奈米柱薄膜，於透明導電薄膜上，多孔性半導體層，於氧化鋅奈米柱薄膜上，及染料吸附於多孔性半導體層上；電解液，於工作電極上；以及對電極(counter electrode)，於電解液上。

本發明實施例提供一種染料敏化太陽能電池的形成方法，包括：形成工作電極，工作電極包括：提供透明基板，形成透明導電薄膜於透明基板上，形成氧化鋅奈米柱薄膜於透明導電薄膜上，形成多孔性半導體層於氧化鋅奈米柱薄膜上；形成電解液於該工作電極上；形成對電極於該電解液上。

10:染料敏化太陽能電池之結構

100:工作電極

110:光陽極

112:透明基板

114:透明導電薄膜

120:主動層

122:氧化鋅奈米柱膜薄膜

124:多孔性半導體層

130:對電極

132:透明基板

134:透明導電薄膜

136:鉑薄膜

140:電解液

A-A’:剖面圖線段

20:染料敏化太陽能電池之電流密度-電壓曲線圖

30:染料敏化太陽能電池之奈奎斯特曲線圖

40:染料敏化太陽能電池之染料吸收光譜圖

以下將配合所附圖式詳述本揭露之各面向。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製。事實上，可任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本揭露的特徵。

第1A圖是根據本發明的實施例所繪示出染料敏化太陽能電池之立體圖。

第1B圖是根據本發明的實施例所繪示出染料敏化太陽能電池之剖面示意圖。

第2圖是根據本發明的實施例所繪示出染料敏化太陽能電池之電流密度和電壓之間的關聯性。

第3圖是根據本發明的實施例所繪示出染料敏化太陽能電池之奈奎斯特圖。

第4圖是根據本發明的實施例所繪示出染料敏化太陽能電池之光譜吸收度和波長之間的關聯性。

以下揭露提供了許多不同的實施例或範例，用於實施本發明的不同部件。組件和配置的具體範例描述如下，以簡化本發明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例來說，敘述中提及第一部件形成於第二部件之上，可包括形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可包括額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發明可在各種範例中重複元件符號及/或字母。這樣重複是為了簡化和清楚的目的，其本身並非主導所討論各種實施例及/或配置之間的關係。此外，為了簡化和清楚的目的，不同部件可被任意繪製在不同規格下。

再者，此處可使用空間上相關的用語，如「在...之下」、「下方的」、「低於」、「在...上方」、「上方的」、和類似用語可用於此，以便描述如圖所示一元件或部件和其他元件或部件之間的關係。這些空間用語除了包括圖式繪示的方位外，也企圖包括使用或操作中的裝置的不同方位。舉例來說，如果圖中的裝置被反過來，原本被形容為「低於」或在其他元件或部件「下方」的元件，就會被轉為「高於」其他元件或部件。所以，例示性用語「下方」可同時具有「上方」和「下方」的方位。當裝置被轉至其他方位(旋轉90°或其他方位)，則在此所使用的空間相對描述可同樣依旋轉後的方位來解讀。

本發明提供一種染料敏化太陽能電池，其具有提升光伏轉換效率的功效。藉氧化鋅奈米柱薄膜與半導體層的搭配，可改善電子傳輸及提高染料吸附量。因此，光伏轉換效率得以提升。

根據本發明的一些實施例，第1A圖為本發明實施例之染料敏化太陽能電池10之立體圖。染料敏化太陽能電池10包括工作電極100和對電極(counter electrode)130，其中工作電極100是由光陽極110和主動層120所形成。主動層120是以例如氧化鋅奈米柱薄膜和多孔性半導體層所形成，用以吸附染料來提升染料敏化太陽能電池10之短路電流密度(short circuit current density,Jsc)；對電極130是包含例如鉑作為材料。

第1B圖為本發明實施例之染料敏化太陽能電池10，於第1A圖之A-A’線段的剖面示意圖，細項解釋備製順序由上而下。染料敏化太陽能電池10包括由光陽極110和主動層120所形成的工作電極100，以及與工作電極100對向設置的對電極130。在一些實施例中，工作電極100的光陽極110進一步包括透明基板112和透明導電薄膜114。工作電極100的主動層120則進一步包括氧化鋅奈米柱薄膜122和多孔性半導體層124。對電極130包括透明基板132、透明導電薄膜134、和鉑薄膜136。另外，電解液140置於工作電極100和對電極130之間。

光陽極110的透明基板112可包括硬質基板(例如，玻璃)、可撓性基板(例如，高分子)、其他合適之基板或上述之組合。選擇光陽極110的透明基板112的材料時，主要是考量能否承受後續製程的熱處理(例如，熱退火)的高溫。根據本發明的一些實施例，透明基板112可包括玻璃。

參照第1B圖，光陽極110的透明導電薄膜114置於光陽極110的透明基板112上。透明導電薄膜114可使用包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化鋅(ZnO)、含氟氧化錫(fluorine doped tin oxide,FTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鋅鎵(gallium zinc oxide,GZO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,IGZO)、或上述之組合。而選擇光陽極110的透明導電薄膜114的材料時，主要是考量是否具有較佳的電子傳輸性與良好的透光性以及與後續形成的主動層120是否有良好匹配。

在一些實施例中，由透明基板112和透明導電薄膜114所形成的光陽極110可為ITO玻璃、FTO玻璃、或其他透明導電材質，其總厚度介於約20nm和200nm之間。若光陽極110太薄，會使片電阻(sheet resistance)過低，將降低整體的染料敏化太陽能電池10的填充因子(fill factor,FF)。反之，若光陽極110太厚，會減低入射光的穿透度，將導致整體的染料敏化太陽能電池10的光電流下降。因此，藉由控制光陽極110的厚度在適當的範圍之間，可改善染料敏化太陽能電池10的光伏轉換效率。

繼續參照第1B圖，主動層120的氧化鋅奈米柱薄膜122置於透明導電薄膜114上。氧化鋅奈米柱薄膜122可提升染料吸附量。氧化鋅奈米柱薄膜122的奈米結構可增加其電子傳輸，並提升太陽能電池的短路電流密度和效能。另外，氧化鋅奈米柱薄膜122可幫助降低於後續形成的多孔性半導體層124和先前形成的透明導電薄膜114之間的介面阻抗，於後詳述。根據本發明的一些實施例，氧化鋅奈米柱薄膜122的結構可包括使用氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)與氧化鋅(zinc oxide,ZnO)作為晶種層部分，和氧化鋅(zinc oxide,ZnO)奈米柱部分。

根據本發明的一些實施例，在沉積氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層之前，可使用丙酮(acetone)、乙醇(ethanol)、去離子水(deionized water)、和其他類似化學物品來清洗具有透明導電薄膜114於表面的光陽極110。接著，可藉由射頻濺鍍法來沉積氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層。根據本發明的一些實施例，晶種層沉積的條件可包括：設定真空幫浦的壓力介於2×10^-6torr和7×10^-6torr之間，例如3×10^-6torr；則濺鍍製程的真空腔體壓力可介於3×10^-3torr和30×10^-3torr之間，例如3×10^-3torr；機台的功率可介於50W和100W之間，例如60W；可注入包括Ar、O₂、或其組合的反應氣體。根據本發明的一些實施例，Ar的流速可介於每分鐘5標準立方公分和每分鐘50標準立方公分，例如每分鐘10標準立方公分；O₂的流速可介於每分鐘0標準立方公分(無O₂的注入亦可)和每分鐘20標準立方公分，例如每分鐘1標準立方公分。根據本發明的一些實施例，AZO晶種層的沉積時間可介於10分鐘和60分鐘之間，例如約20分鐘和40分鐘之間，例如30分鐘，而氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層的沉積厚度可介於約20nm和200nm之間，例如約70nm。應注意的是，當沉積時間超過40分鐘時，會造成氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層厚度過高，使得後續所形成的薄膜層容易破裂。

根據本發明的一些實施例，氧化鋅奈米柱薄膜122的氧化鋅奈米柱部分是以水熱法(hydrothermal synthesis)進行沉積。在氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層沉積完成後，可先進行熱退火製程(thermal annealing)，目的是減少薄膜中之缺陷，並且有效提升薄膜品質(結晶質量)。根據本發明的一些實施例，熱退火製程的溫度可介於約400℃和600℃之間，例如450℃，而熱退火製程的時間可介於10分鐘和60分鐘之間，例如30分鐘。接著，可將整體樣本(透明基板112、透明導電薄膜114、氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層)放入水熱法所使用的水熱釜(autoclave)。根據本發明的一些實施例，水熱釜可含有Zn(NO₃)₂‧6H₂O和六亞甲四胺(hexamethylenetetramine,HMTA)。在一特定實施例中，HMTA的含量約0.0012moles。在水熱釜中，可沉積氧化鋅奈米柱薄膜122的氧化鋅奈米柱部分。根據本發明的一些實施例，水熱法製程的溫度可介於約60℃和120℃之間，例如85℃，而水熱法製程的時間可介於30分鐘和120分鐘之間，例如約40分鐘和80分鐘之間，例如60分鐘。在水熱法製程完成後，可用去離子水清洗。根據本發明的一些實施例，氧化鋅奈米柱薄膜122的整體厚度約介於100nm和400nm之間，例如約280nm和300nm之間。

參照第1B圖，多孔性半導體層124置於氧化鋅奈米柱薄膜122上。多孔性半導體層124可輕易與電解質之氧化還原電位互相匹配。根據本發明的一些實施例，多孔性半導體層124，搭配先前形成的氧化鋅奈米柱薄膜122，因具有高比例表面積，可吸附大量染料。根據本發明的一些實施例，多孔性半導體層124的形成可包括使用溶凝膠製程(sol-gel process)來製備含有半導體的混合溶液。根據本發明的一些實施例，半導體的混合溶液可包括：氧化物半導體粉末，例如TiO₂粉末；分散劑(dispersant)，例如2,4-戊二酮(acetylacetone)或乙醇(ethanol)；界面活性劑，例如采酮(Triton X-100,C₁₄H₂₂O(C₂H₄O)_n)；以及溶劑，例如去離子水。在一特定實施例中，可使用3g的TiO₂粉末、0.05mL的2,4-戊二酮、0.15mL的采酮、和6mL的去離子水。根據本發明的一些實施例，可以噴塗法(spray coating)將半導體的混合溶液均勻地噴灑在氧化鋅奈米柱薄膜122上，來沉積多孔性半導體層124。最後，可進行熱退火製程(thermal annealing)，目的是減少薄膜中之缺陷，並且有效提升薄膜品質(結晶質量)。根據本發明的一些實施例，熱退火製程的溫度可介於約400℃和600℃之間，例如450℃，而熱退火製程的時間可介於10分鐘和60分鐘之間，例如30分鐘。

如上所述，氧化鋅奈米柱薄膜122和多孔性半導體層124形成了染料敏化太陽能電池10的主動層120。根據本發明的一些實施例，主動層120的表面面積可介於0.25cm²和4.00cm²之間，例如0.64cm²。在完成氧化鋅奈米柱薄膜122和多孔性半導體層124的製程後，可將整體樣本浸漬於染料中，以使主動層120可完整吸附染料至飽和狀態。在一些實施例中，染料的材料包括能夠吸收光且具激發電子功能之有機釕金屬錯合物粉末，例如N3(Ruthenium-535 BIS)染料、Z907(Ruthenium520-DN)染料、N719(Ruthenium 535-bis TBA)染料或N749(Ruthenium 620-1H3 TBA)染料。在另一些實施例中，染料可包括黑染料 (black dye)或天然染料。選擇染料的材料時，可考慮其是否能滿足下列需求：(1)染料能夠緊密吸附於主動層120的表面，並能夠快速達到吸附平衡而不易自表面脫落；(2)染料的吸收光譜與太陽能光譜有良好之匹配性；(3)染料的氧化態及激發態具備高度穩定性與活性；(4)染料的激發態壽命週期長，且電荷傳輸效率高；(5)染料具有與主動層120相匹配的氧化還原電位；以及(6)染料於氧化還原過程中具有相對低的電位，以利於減少初級與次級間之電子轉移能量損失。

根據本發明的一些實施例，可將整體樣本浸漬於N719染料中，並保持在暗室中，進行時間可介於約12小時和36小時之間，例如24小時。染料浸漬完成後，可將整體樣本取出，並風乾得到染料敏化的結構。根據本發明的一些實施例，上述製程完成了染料敏化太陽能電池10的工作電極100(亦稱為光電極)結構。

繼續參照第1B圖，染料敏化太陽能電池10的對電極130包括透明基板132和透明導電薄膜134，以及形成於其透明導電薄膜134表面上的鉑薄膜136。根據本發明的一些實施例，對電極130的透明基板132和透明導電薄膜134的材料和形成方式可分別與光陽極110的透明基板112和透明導電薄膜114的材料和形成方式類似，於此不再贅述。對電極130的厚度可介於約120nm和150nm之間。對電極130的鉑薄膜136可加速催化電解液氧化還原反應。鉑薄膜136可藉由射頻濺鍍法、刮刀塗佈法(doctor blade method)、及旋轉塗佈法形成於對電極130的透明導電薄膜134上。根據本發明的一些實施例，鉑薄膜136可以射頻濺鍍法沉積。射頻濺鍍製程的機台條件可包括：設定真空幫浦的壓力介於2×10^-6torr和7×10^-6torr之間，例如3×10^-6torr；可注入包括Ar的反應氣體，其流速可介於每分鐘5標準立方公分和每分鐘50標準立方公分之間，例如每分鐘10標準立方公分。根據本發明的一些實施例，鉑薄膜136的沉積時間可介於1分鐘和20分鐘之間，例如2分鐘，而鉑薄膜136的沉積厚度可介於約10nm和200nm之間。

在染料敏化太陽能電池10的對電極130製備完成後，將工作電極100表面和對電極130的表面與彼此對向設置。根據本發明的一些實施例，電解液140可以注入的方式形成於工作電極100和對電極130之間。選擇電解液140的成份時，可考慮其是否能滿足下列需求：(1)電解液之氧化還原對需考量染料氧化還原電位的有效再生；(2)電解液之電解質在所使用之溶劑中具備高溶解度，以確保足夠之電子濃度並且避免擴散阻力；(3)電解液具備高擴散係數，以利於氧化還原反應發生；(4)電解液於可見光波段中沒有吸收峰，以避免入射光被電解液吸收；(5)電解液具備高穩定性； (6)電解液具備高速之氧化還原速率，以利於電子傳遞；以及(7)電解液不可腐蝕工作電極100、對電極130、主動層120、及染料。

根據本發明的一些實施例，電解液140之氧化還原電位需高於染料的最低已填滿軌域，以利有效率之氧化還原反應。電解液140可具備高載子濃度，來確保足夠的電子和離子濃度，以避免擴散電阻的阻力。在可見光波段中，電解液140可為低吸收率，以避免部分入射光被電解液140吸收。根據本發明的一些實施例，電解液140的氧化還原電對可包括I^3-/I^-，其來源包括碘(Iodide,I₂)。另外，電解液140形成所需的材料還包括複數種添加劑(additive)和溶劑；添加劑可用來增加染料敏化太陽能電池10的性能，可減少電子電洞復合，及可提高導電性以增加電子傳遞速率。根據本發明的一些實施例，電解液140的形成方法可包括以超音波振盪器均勻混合下述溶液：碘化鋰(Lithium Iodide,LiI)；碘(Iodine,I₂)；4-特-丁基吡啶(4-tert-butylpyridine,TBP)；及金屬碘化物，如1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide；及溶劑，例如3-甲氧基(3-methoxypropionitrile)。在一特定實施例中，可使用0.5M的LiI、0.05M的I₂、0.5M的TBP、0.6M的1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide、15mL的3-甲氧基。

如上所述，可將工作電極100表面和對電極130的表面與彼此對向設置。根據本發明的一些實施例，可用沙林封裝膜(surlyn package film)置於工作電極100表面和對電極130之間 (未繪示)，其目的是來保護主動層120不受到後續製程的傷害。然後，可熱壓(heat press)染料敏化太陽能電池10的工作電極100和對電極130。根據本發明的一些實施例，熱壓過程的溫度可介於約50℃和150℃之間，例如100℃，而熱壓法製程的時間可介於40秒和80秒之間，例如60秒。在熱壓完成之後，即可注入電解液140於工作電極100和對電極130之間。

第2圖繪示了電流密度對應於電壓的曲線圖20，主要為第1B圖所示之染料敏化太陽能電池10的主動層120，也就是氧化鋅奈米柱薄膜122和多孔性半導體層124，於照度100mW/cm²環境下模擬量測之結果，其中X軸代表電壓，Y軸代表電流密度。由曲線圖20的結果可得知，在未添加氧化鋅奈米柱薄膜122的狀況下，染料敏化太陽能電池10之短路電流密度可介於約8mA/cm²和10mA/cm²之間；當添加了氧化鋅奈米柱薄膜122時，染料敏化太陽能電池10之短路電流密度可介於約10mA/cm²和12mA/cm²之間。短路電流密度的增加可歸因於氧化鋅奈米柱薄膜122促使了電子傳輸的改善，和染料吸附量的提升。

表1顯示以不同氧化鋅奈米柱薄膜122沉積時間所備製之染料敏化太陽能電池的開路電壓(open-circuit voltage,V_OC)、短路電流密度(short-circuit current density,J_SC)、填充因子(fill factor,FF)、及光電轉換效率(photovoltaic conversion efficiency,η)。如表1所示，氧化鋅奈米柱薄膜122沉積時間越久，則主動層的厚度越厚。由表1可知，主動層越厚，則於浸漬染料過程中會吸附越多染料，因此能夠提升染料敏化太陽能電池10的短路電流值，進而提升光電轉換效率。然而，若主動層120過厚，則會增加電子逆向再結合的機率，導致傳遞至光陽極110的電子總數減少，導致染料敏化太陽能電池10的短路電流密度與光電轉換效率不佳。由表1可知，當氧化鋅奈米柱薄膜122沉積為30秒時，染料敏化太陽能電池10可得到最佳的特性參數。根據表1的資料，也因為添加了氧化鋅奈米柱薄膜122，染料敏化太陽能電池10之光伏轉換效率由3.71%上升至4.87%，改善32.2%。由表1結果可得知，在未添加氧化鋅奈米柱薄膜122的狀況下，染料敏化太陽能電池10之光伏轉換效率可介於約2%和4%之間；當添加了氧化鋅奈米柱薄膜122時，染料敏化太陽能電池10之光伏轉換效率可介於約4%和6%之間。

第3圖為電化學阻抗頻譜(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)，又稱奈奎斯特圖(Nyquist plot) 30。根據一些實施例，奈奎斯特圖可以電化學阻抗分析儀(BioLogic SP-150,France)量測染料敏化太陽能電池10於異質界面處之阻抗。此量測方法具有長時間量測的優勢，對受測元件系統不會造成影響，並可方便處理數據。根據本發明的一些實施例，可藉由施加小振幅正弦波電位(10mV)或電流為擾動信號，並外加正偏壓0.7V，經模擬來獲得奈奎斯特圖。其中X軸代表實部阻抗，Y軸代表虛部阻抗。實部阻抗(X軸)可為一阻抗矢量；虛部阻抗(Y軸)可為元件之頻譜特性，以設定頻率範圍介於50mHz和1MHz之間，來研究染料敏化太陽能電池10之電極系統，速度較快之異質接面處阻抗頻譜會於高頻區域出現，而速度較慢之異質接面處阻抗頻譜會於低頻區域出現。因此，由奈奎斯特圖可得知測量元件之電化學過程包含數個不同異質接面處，並依據相應異質接面處阻抗頻譜特徵探討相對應之動力學特性。根據本發明的一些實施例，可將電壓輸出端正極接至染料敏化太陽能電池10的對電極130，再將電壓輸出端負極接至染料敏化太陽能電池10的工作電極100來產生染料敏化太陽能電池10的奈奎斯特圖30。由奈奎斯特圖30的頻譜結果可得知本發明添加氧化鋅奈米柱薄膜122至染料敏化太陽能電池10後，得到較小第二半圓。奈奎斯特圖的半圓越小，阻抗則越小，電子傳輸越佳。奈奎斯特圖30的結果顯示氧化鋅奈米柱薄膜122具有改善其電子傳輸之效用。

表2顯示染料敏化太陽能電池，在未添加氧化鋅奈米柱薄膜122和有添加氧化鋅奈米柱薄膜122(以最佳沉積時間30分鐘為比對樣本)，所得的阻抗模擬值。串聯阻抗(series impedance,R_S)為透明導電薄膜114的阻抗值。R₁代表電解液140和對電極130的介面的電荷傳輸阻抗。R₂代表多孔性半導體層124和電解液140的介面的電荷傳輸阻抗。依照表2的結果比較，套用氧化鋅奈米柱薄膜122可以顯著地降低各個介面的阻抗。

第4圖為工作電極100對N719染料之吸收光譜圖40，主要為結合氧化鋅奈米柱薄膜122和多孔性半導體層124的工作電極100結構之染料吸附量，其中X軸代表波長，Y軸代表吸收度。根據本發明的一些實施例，可藉由紫外可見分光光度計，將染料由工作電極釋出後，來量測染料吸收光譜圖。光譜圖40顯示添加氧化鋅奈米柱薄膜122至染料敏化太陽能電池10後，可有效提升其染料吸附量，並藉此改善短路電流密度。此外，上述提及，當氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層沉積時間超過40分鐘時，會造成厚度過高，使得後續所形成的多孔性半導體層124容易破裂，會導致光伏轉換效率和染料吸附量同時降低。

本發明藉由添加氧化鋅奈米柱薄膜122於染料敏化太陽能電池10中，改善了電子傳輸。氧化鋅奈米柱薄膜122的結構可包括AZO晶種層部分和氧化鋅奈米柱部分。根據本發明的一些實施例，氧化鋅奈米柱薄膜122的AZO晶種層部分可藉由射頻濺鍍法，以30分鐘的最佳化時間進行沉積。根據本發明的一些實施例，氧化鋅奈米柱薄膜122的氧化鋅奈米柱部分可藉由水熱法，以60分鐘的時間進行沉積。根據本發明的一些實施例，短路電流密度可提升至介於約10mA/cm²和12mA/cm²之間的範圍，進而使光伏轉換效率提升至4%和6%之間的範圍。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，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，當可作任意之更動與潤飾，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。