CN101304073A - 光电纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纤维形式的光电池，及制造该光电池的光电材料和方法。这些纤维可以用来形成柔软的纺织品或织物。
Description
本发明是2003年1月24日提交的发明名称为“光电纤维”的第03806770.6号中国发明专利申请的分案申请。
交叉引用的相关申请
该申请要求享有申请日为2002年1月25日的美国专利申请号为No.10/057394申请的优先权，以及申请日为2002年1月25日的专利申请号为No.60/351691的美国临时申请、申请日为2002年2月1日专利申请号为No.60/353138的美国临时申请、申请日为2002年3月29日的专利申请号为No.60/368832的美国临时申请、申请日为2002年7月31日的专利申请号为No.60/400289的美国临时申请的优先权，所有的上述申请都归本申请的受让人所拥有。
技术领域
本发明一般说来涉及光电装置领域，更确切地说涉及光电纤维。
背景技术
由液态电解质过滤网和涂覆有染料并烧结的二氧化钛所构成的薄膜太阳能电池被瑞士联邦工程学院的Michael
博士和其合作者开发出来。这些光电装置属于通常涉及的染料敏化型太阳能电池(“DSSCs”)类。按照惯例，DSSCs的制造要求较高的温度(＞约400℃)烧结处理以实现毫微微粒之间充分的相互连接并提高毫微微粒和透明基板之间的附着力。尽管
的光电池生产需要相对昂贵的原材料，制造这些电池使用高温烧结工艺限定了电池的基板为刚性的透明材料，例如玻璃，从而限制了其生产是间歇式的。另外，从商业，工业，农业和/或军事上的应用来说，刚性的基板排除了这些DSSCs可合并到柔性的覆层中的可能。
发明内容
在本发明的一个实施例中，通过提供制造成柔软纤维或在柔软纤维上制造的光电池而提出已有技术的不足。另外，本发明提供一种光电池及一种生产光电池的方法，这有利于通过连续的生产过程来将光电材料制造成纤维。根据本发明，柔软的光电纤维可以混入到柔软的布或纺织品中。
根据本发明的一方面提供一种光电材料，该光电材料包括具有外表面的纤维，透光的电导体，光敏化的毫微基质材料和载电荷材料，其中光敏化的毫微基质材料和载电荷材料设置在纤维芯线的外表面和透光的电导体两者之间。在光电材料的一个实施例中，纤维芯线具有小于大约300℃的玻璃转变温度。在另一个实施例中，纤维芯线具有在约25℃至约150℃范围内的玻璃转变温度。在光电材料的各个实施例中，纤维芯线包括柔软的聚合材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、亚麻、棉花、羊毛、丝绸、尼龙和它们的混合物。在各个实施例中，光敏化的毫微基质材料包括毫微微粒或异质结复合材料。光敏化的毫微基质材料可以包括一种类型的或多种类型的互联的金属氧化物毫微微粒，还可以包括光敏剂。光敏剂可以是染料或有机分子，例如黄嘌呤、花青、部花青、酞菁染料或吡咯。在一个实施例中，载电荷材料包括电解质或氧化还原系统。
根据本发明在这方面的一个实施例，光电材料包括设置在外表面和透光电导体两者之间的催化介质。例如催化介质可以是铂。在另一实施例中，光敏化的毫微基质材料包括具有平均尺寸在大约2nm至大约100nm范围内的微粒，举个例子来说，在大约10nm到40nm的范围内。在光电材料的一个实施例中，纤维芯线是基本电绝缘的。在另一个实施例中，纤维芯线是基本的电导体。光电材料可以包括内置的电导体，该内置的电导体设置在纤维芯线的外表面上。在一个实施例中，本发明提供一种产品，该产品包括光电材料。在另一个实施例中，柔软的织物是用光电材料制成。
在另一个方面，本发明提供一种光电材料，该光电材料包括纤维芯线，该纤维芯线具有外表面、大约小于300℃的玻璃转化温度和设置在纤维外表面上的光转换材料。在一个实施例中，光转换材料包括光敏化的毫微基质材料和载电荷材料。光转换材料可以具有设置在纤维芯线的外表面上的内置电导体。
在另一个方面，本发明提供一种光电材料，包括(1)具有外表面和直径小于约500μm的纤维芯线，及(2)设置在纤维芯线外表面上的光转换材料。在光电材料的一个实施例中，纤维芯线具有大约小于250μm的直径。在另一个实施例中，纤维芯线具有大约小于125μm的直径。纤维芯线可以具有约小于300℃的玻璃转化温度。在一个实施例中，光转换材料包括光敏化的毫微基质材料和载电荷材料。光转换材料还可以具有设置在纤维芯线外表面上的内置电导体。
在另一方面，本发明提供一种光电材料，该光电材料包括具有外表面的纤维芯线，设置在外表面上的光转换材料及包裹该光转换材料的电导体。在光电材料的一个实施例中，纤维芯线具有大约小于300℃的玻璃转化温度。在另一个实施例中，光转换材料包括光敏化的毫微基质材料和载电荷材料。光转换材料还可以包括设置在纤维芯线外表面上的内置电导体。
在另一个方面，本发明提供一种形成光电纤维的方法。该方法包括提供具有外表面的纤维芯线，将光敏化的毫微基质材料涂覆到纤维芯线的外表面上，并将涂覆有光敏化的毫微基质材料的纤维芯线、载电荷材料和对电极设置在保护层中来形成光电纤维。设置的步骤可以包括将涂覆有光敏化的毫微基质材料的纤维芯线、载电荷材料和对电极插入到保护层中以形成光电纤维和/或将保护层裹敷在涂覆有光敏化的毫微基质材料的纤维芯线、载电荷材料和对电极上以形成光电纤维。
在另一方面，本发明提供一种光电纤维，该光电纤维包括具有外表面的纤维芯线，涂覆在纤维芯线外表面上的光敏化的毫微基质材料和保护层。涂覆有光敏化的毫微基质材料的纤维芯线，载电荷材料和对电极被设置在保护层中。在一个实施例中，纤维芯线是基本的电导体。或者，纤维芯线可以是基本的电绝缘体并包括设置在电绝缘的纤维芯线上的内置电导体。在一个实施例中，保护层包括柔性的聚合材料。光敏化的毫微基质材料可以包括毫微微粒，例如钛的氧化物、锆的氧化物、锌的氧化物、钨的氧化物、铌的氧化物、镧的氧化物、锡的氧化物、铽的氧化物、钽的氧化物及它们的混合物。在一个实施例中，对电极是铂。载电荷材料可以是氧化还原电解质。
本发明的其他方面及优点将从下面的附图、详细的描述及权利要求中给出说明，所有的这些仅仅是通过示例来说明本发明的原理。
附图说明
本发明上文所描述的和其他目标、特征及优点将通过对下文中所描述的各个说明性实施例并结合附图而有更完全的理解。在附图中，在不同附图中，相同的附图标记通常表示同一部件。对附图按比例绘制是没有必要的，而重点通常是说明本发明的原理。
图1A-1D所示为根据本发明包括导电纤维芯线的光电材料的各个说明性实施例的截面图；
图2A-2D所示为根据本发明包括导电纤维芯线和催化介质层的光电材料的各个说明性实施例的截面图；
图3A-3D所示为根据本发明包括绝缘纤维芯线的光电材料的各个说明性实施例的截面图；
图4A-4D所示为根据本发明包括绝缘纤维芯线和催化介质层的光电材料的各个说明性实施例的截面图；
图5所示为根据本发明的包括导电纤维芯线和埋入到电导体中的金属丝的光电材料的一个说明性实施例的截面图；
图6A和6B所示为根据本发明说明性实施例的包括光电池的柔软纤维的形成；
图6C所示为利用图6A和6B中所描述的方法制成的示例性光电材料的截面图；
图7所示为根据本发明的说明性实施例，呈纤维状态的光电池的示例性实施例；
图8A-8C所示为根据本发明的各个说明性实施例，这些实施例来示范光电纤维的电连接以形成柔软的纺织物；
图9所示为根据本发明的说明性实施例由光电材料形成的示例性光电纺织物；
图10所示为根据本发明双部件光电网状物的说明性实施例；
图11所示为根据本发明说明性实施例，利用连续的生产工艺形成包括光电材料的柔软纤维的示意性方法；
图12所示为依照本发明金属M氧化物毫微微粒聚合连接剂的说明性实施例示意性的化学结构；
图13所示为根据本发明的金属M氧化物毫微微粒聚合连接剂的另一个说明性实施例示意性的化学结构；
图14A所示为根据本发明说明性实施例，聚合链相互连接的毫微微粒薄膜的示意性化学结构；
图14B所示为根据本发明说明性实施例连接到氧化物基板层上的图14A中的相互连接的毫微微粒薄膜；
图15所示为聚(钛酸正丁酯)的化学结构；
图16A所示为根据本发明的与聚(钛酸正丁酯)相连接的二氧化钛毫微微粒薄膜的化学结构；
图16B所示为根据本发明的说明性实施例，连接到氧化物基板层上的图16A中的互相连接的二氧化钛毫微微粒薄膜；
图17所示为根据本发明的说明性实施例，通过Li+离子与可络合的聚(4-乙烯基吡啶)化合物的络合反应来生成的凝胶的化学结构；
图18所示为根据本发明另一个说明性实施例与聚氧化乙烯链段络合的锂离子的化学结构；
图19A-19C所示为根据本发明说明性实施例的示例性共敏化剂的化学结构；
图20A-20B所示为根据本发明说明性实施例的共敏化剂的附加的示意性化学结构；
图21所示为二苯胺苯甲酸的吸收图；
图22所示为根据本发明的半导体底层覆层的涂覆层说明性实施例；
图23所示为根据本发明的示例性光电纤维的截面图。
具体实施方式
A.光电纤维
图1A-1D所示为光电纤维100a，100b，100c和100d(统示为“100”)的各个说明性实施例，其中每一个光电纤维都包括导电的纤维芯线102，主要光透过的电导体106和光转换材料110，该光转换材料设置在导电的纤维芯线102和主要光透过的电导体106两者之间。此处所使用的术语“主要光透过的电导体”涉及这样的电导体，该电导体适合透过实际波长范围内照射在电导体上的入射可见光的至少大约60％。
导电的纤维芯线102可以采用多种形式。在图1A中所示的实施例中，导电的纤维芯线102是基本实心的。图1B中所示的导电的纤维芯线102是基本中空的。根据图1C-1D的说明性实施例，光转换材料110包括光敏化的毫微基质材料112和载电荷材料115。载电荷材料115可以形成点缀有光敏化的毫微基质材料112的层或将两者相复合的层。根据图1C，光敏化的毫微基质材料112与导电的纤维芯线102相邻接。根据图1D，载电荷材料115与导电的纤维芯线102相邻接。
图2A-2D所示为光电纤维200a，200b，200c和200d(统示为“200”)的各个说明性实施例，其中每一个光电纤维都包括导电的纤维芯线202，主要光透过的电导体206和光转换材料210，其中光转换材料设置在导电的纤维芯线202和主要光透过的电导体206两者之间。导电的纤维芯线202可以是基本实心的或者是基本中空的。根据图2A-2D的说明性实施例，光转换材料210包括光敏化的毫微基质材料212和载电荷材料215。载电荷材料215可以形成点缀有光敏化的毫微基质材料212的层或两者相复合的层。光电纤维200还包括催化介质221，其设置与载电荷材料215相邻接，以利于来自主要光透过的电导体206和导电的纤维芯线202至载电荷材料215的电荷的传输或电流的传输。
图2A中所示的光电纤维200a，其光转换材料210设置在催化介质221和导电的纤维芯线202两者之间。在该说明性实施例中，光敏化的毫微基质材料212与导电的纤维芯线202相邻接。在图2B中所描述的光电纤维200b中，催化介质221设置在导电的纤维芯线202和光转换材料210两者之间。在图2C中，光电纤维200c包括具有保护层224的光电纤维200a，该保护层设置在主要光透过的电导体206的至少一部分上。在图2D中，光电纤维200d包括具有保护层224的光电纤维200b，该保护层224设置在主要光透过的电导体206的至少一部分上。
尽管图1和图2中所示的导电的纤维芯线102和202及合成光电纤维100和200呈现为具有基本圆形的截面，但是它们的截面并不完全限定为圆形。其他对导电纤维芯线102和202及光电纤维100和200来说其合适的截面形状包括：如基本的正方形、矩形、椭圆形、三角形、梯形、多边形、弓形及甚至为不规则性状。另外导电的纤维芯线102和202可以是单股纤维或多股纤维(举个例子来说如两股纤维)。
根据本发明的说明性实施例，导电的纤维芯线102和202可以具有较宽范围的粗度。纤维的粗度是可以选择的，例如基于需要的强度，柔韧程度，电流的运输能力，电压承受能力，成本，制成纺织物的难易及外观，或另外的一些因素来选择。导电的纤维芯线102和202的粗度范围可以从纤维丝(大约100
)到人的头发丝(大约125μm)再到绳子的粗度(大约1cm)。在另外的说明性实施例中，导电的纤维芯线102和202的粗度介于大约1μm和大约10μm之间。在另外类型的说明性实施例中，导电的纤维芯线102和202的粗度介于大约75μm和大约1000μm之间。
有很多材料适合用来制作导电的纤维芯线102和202。这些材料包括例如金属，金属氧化物，导电聚合物及填充聚合物。合适的金属材料包括铜、银、金、铂、镍、钯、铁、钛及它们的合金，但并非限定为这些。适合的金属氧化物包括氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡、氧化锡、氧化锌等，但是并非限定为这些。合适的导电聚合物包括，聚苯胺和掺有五氟化砷的聚乙炔，但并非限定为这些。填充聚合物包括填充了富勒烯的聚合物和填充了碳黑的聚合物。
在各个说明性实施例中，光电纤维100和200以一种进一步描述的方法结合到柔软的纺织物中。导电的纤维芯线102和202的材料可以选择来生产彩色的或者无色的纤维。因此，可以通过从各种可用的颜色中来选择导电的纤维芯线102和202来制造彩色的柔软纺织物。导电的纤维芯线102和202也可以是透明的，半透明的或者不透明的。举个例子来说，导电的纤维芯线102和202可以是透明的且主要的光透过和/或传导光线至它们各自的光转换材料110和210上。
图3A-3D所示的光电纤维300a，300b，300c和300d(统示为“300”)的各个说明性实施例，其中每一个光电纤维都包括电绝缘的纤维芯线302，设置在电绝缘纤维芯线302外表面上的内置电导体304，主要光透过的电导体306和光转换材料310，光转换材料310设置在内置电导体304和主要光透过的电导体306两者之间。
电绝缘的纤维芯线302可以具有多种形式。在图3A中，电绝缘的纤维芯线302是基本实心的。图3B所示的电绝缘的纤维芯线302是基本中空的。根据图3C-3D所示，光转换材料310包括光敏材料312和载电荷材料315。载电荷材料315可以形成点缀有光敏化的毫微基质材料312的层或两者复合在一起的层。参照图3C，光敏化的毫微基质材料312与内置电导体304相邻接。参照图3D，载电荷材料315与内置电导体304相邻接。
图4A-4D所示为光电纤维400a，400b，400c和400d(统示为“400”)的各个实施例，其中每一个光电纤维都包括电绝缘的纤维芯线402，设置在电绝缘的纤维芯线402外表面上的内置电导体404，主要光透过的电导体406和光电转换材料410，该光电转换材料410设置在内置电导体404和主要光透过的电导体406两者之间。电绝缘的纤维芯线402可以是基本实心的或者是基本中空的。根据图4A-4D的说明性实施例，光转换材料410包括光敏化的毫微基质材料412和载电荷材料415。载电荷材料415可以形成点缀有光敏化的毫微基质材料412的层或两者相复合的层。光电纤维400还可以包括与载电荷材料415相邻接的催化介质421，以利于从主要光透过的电导体406和电绝缘的纤维芯线402到载电荷材料415的电荷的传输或电流的传输。
在图4A中所示的光电纤维400a，光转换材料410设置在催化介质421和内置电导体404两者之间。在这个说明性实施例中，光敏化的毫微基质材料412与内置的电导体404相邻接。图4b中所示的光电纤维400b，其中催化介质421设置在内置电导体404和光转换材料410两者之间。在图4C中，光电纤维400c包括具有保护层424的光电纤维400a，保护层424设置在主要光透过的电导体406的至少一部分上。在图4D中，光电纤维400d包括具有保护层424的光电纤维400b，其保护层424设置在主要光透过的电导体406的至少一部分上。
尽管图3和图4中所描述的电绝缘体的纤维芯线302和402及合成的光电纤维300和400显示为具有基本圆形的截面，但是它们的截面并非被限定为完全的圆形。其他对电绝缘的纤维芯线302和402及光电纤维300和400来说，合适的截面形状包括：例如它们是基本的正方形、矩形、椭圆形、三角形、梯形、多边形、弓形及甚至为不规则形状。另外，电绝缘的纤维芯线302和402可以是单股的纤维或者是多股的纤维(例如为双股纤维)。
根据本发明的说明性实施例，电绝缘的纤维芯线302和402可以具有较宽的粗度范围。纤维的粗度可以基于以下的因素来选择，例如根据所要求的强度、柔韧性、电流的承受能力、电压的承受能力、成本、加工成纺织物的难易程度及外观，或其中的另外一些因素来进行选择。电绝缘的纤维芯线302和402的粗度可以具有从微细丝(大约100
)至人的头发丝(大约125μm)再至绳索(大约1cm)的范围。在另外的说明性实施例中，电绝缘的纤维芯线302和402的粗度大约在1μm和10μm之间。在另一类型的说明性实施例中，电绝缘的纤维芯线302和402的粗度大约介于75μm和1000μm之间。
有多种材料适合用来做电绝缘的纤维芯线302和402。这些材料包括，例如玻璃，传统的纺织物纤维，绝缘聚合物及塑料。适合的传统纺织纤维包括：亚麻、棉花、羊毛、丝绸、尼龙和它们的混合物，但并非限定为这些。适合的绝缘聚合物和塑料包括：聚芳酰胺(例如来自DuPont公司的KEVLAR材料)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚合烃、纤维素或者它们的混合物。
在各个说明性实施例中，光电纤维300和400被结合到柔软的纺织物中，下面将给出详细的描述。电绝缘的纤维芯线302和402的材料可以选择以便生成彩色的纤维或无色的纤维。因此，通过从各种适合的颜色中选择电绝缘纤维芯线302和402来获得彩色的柔软纤维。电绝缘的纤维芯线302和402还可以是透明的、半透明的或不透明的。举个例子来说，电绝缘的纤维芯线302和402可以是透明且主要的光透过和/或传导至它们各自相应的光转换材料310和410上。
内置的电导体304和404可以包含任何导电材料。在各个说明性实施例中，内置的电导体304和404是主要光透过的部分。对内置的电导体304和404来说，适合材料包括：例如铜、银、金、铂、镍、钯、铁及它们的合金，ITO及导电聚合材料如：聚苯胺和苯胺，但并非限定为这些。在各个说明性实施例中，内置电导体304和404的粗度介于大约0.5μm至5μm之间。更为可取的是，内置电导体304和404的粗度介于大约0.5μm至1μm之间。
在各个说明性实施例中，光电纤维100，200，300和400包括导电的纤维芯线102和202或者电绝缘的纤维芯线302和402，这些纤维芯线具有介于大约10℃和大约300℃之间范围内的玻璃转化温度。例如一种适合的电绝缘的纤维芯线302和402的材料为PET其具有大约为45℃的玻璃转化温度。然而，我们还要承认并非所有适合光电纤维100，200，300和400的材料都具有玻璃转化温度。对这些材料来说，主要的温度是：(1)在该温度下形成光电转换材料110，210，310和410的材料间的相互连接断开，和/或(2)在该温度下光转换材料110，210，310和410与(i)导电的纤维芯线102和202之间，(ii)与内置的电导体304和404之间，和/或(iii)与主要透过的电导体106，206，306和406之间的电连接会断开。
根据图1-4中所示的说明性实施例，主要光透过的电导体106，206，306和406包含透明材料，例如ITO，掺氟氧化锡，氧化锡，氧化锌等。主要光透过的电导体106，206，306和406可以是彩色的或是无色的。更为可取的是，主要光透过的电导体106，206，306和406是清楚且透明的。此外，主要光透过的电导体106，206，306和406最好是形成在它们各自的光转换材料110，210，310和410上，这样所得到的光电纤维100，200，300和400是柔软的。在各个说明性实施例中，主要光透过的电导体106，206，306和406的厚度至少大约1μm。光要光透过的电导体106，206，306和406的厚度范围可以介于大约100nm和500nm之间。在另外的说明性实施例中，主要光透过的电导体106，206，306和406的厚度范围可以介于大约150nm和300nm之间。
在各个说明性实施例中，光转换材料110，210，310和410的厚度范围介于大约1μm至5μm之间。在另外的说明性实施例中，光转换材料110，210，310和410的厚度范围介于大约5μm至20μm之间。在各个说明性实施例中，光转换材料110和310包含异质结复合材料。适合的异质结复合材料包括富勒烯(如C60)、富勒烯的微粒或碳纳米管材料。异质结复合材料可以扩散到聚噻吩或其他一些孔型传输材料中。在各个说明性实施例中，异质结复合材料包含具有平均尺寸介于大约14nm和500nm之间的单独的富勒烯和/或富勒烯微粒。其他适合的异质结复合材料的例子是包括共轭聚合物(例如聚噻吩和聚喹啉)的复合物，以及由共轭聚合物(例如聚对苯乙炔)与非聚合材料结合成的复合物。
在各个实施例中，光敏化的毫微基质材料112，212，312和412并不要求较长的次序。举个例子来说，光敏化的毫微基质材料112，212，312和412不必是结晶体，甚至微粒或相位区域的排列不必是规则的，重复的或周期性排列的。在各个说明性实施例中，毫微基质材料112，212，312和412的厚度可以在大约0.5μm至大约20μm之间。
在各个实施例中，光敏化的毫微基质材料112，212，312和412是通过光敏剂来实现光敏的。光敏剂有利于将入射的可见光转换为电以产生所要的光电效应。光敏剂吸收入射光以便在光敏剂中产生激发电子。激发电子的能量从对光敏剂的激发层传输到光敏化的毫微基质材料112，212，312和412的导电带。这些电子的传输导致了电荷的有效分离和所期望的光电效应。因此，毫微基质材料112，212，312和412的导电带中的电子能够来驱动外部的负载，该负载与光电纤维100，200，300和400电连接。
光敏剂可以被吸收(物理吸收或化学吸收)在光敏化的毫微基质材料112，212，312和412上。光敏剂可以被吸收在光敏毫微基质材料112，212，312和412的表面上，或者贯穿光敏化的毫微基质材料112，212，312和412，或者两种情况都有。可以基于以下因素来选择光敏剂，例如其实际在光波长区域的光子吸收能力，其在光敏化的毫微基质材料112，212，312和412的导电带产生自由电子(空穴)的能力，及其与光敏化的毫微基质材料112，212，312和412相络合或吸收的有效性。适合的光敏剂可以包括，例如具有能与毫微微粒螯合的官能团(如羧基和/或羟基)的染料。合适的染料例如包括，但并不限于此，卟啉、酞菁、部花青、花青、方形酸盐(squarate)、曙红、黄嘌呤、吡咯及包含金属的物质，例如顺-双(异硫氰酸根)双(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸)合钌(II)(“N3染料”)；三(异硫氰酸根)合钌(II)-2，2’；6’；2”-三联吡啶-4，4’，4”-三甲酸；顺-双(异硫氰酸根)双(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸)合钌(II)双四丁基铵；顺-双(异氰酸根)(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸)合钌(II)；以及三(2，2’-联吡啶-4，4’-二甲酸)合钌(II)二氯化物，所有的这些都来自Solaronix公司。
更为可取的是，光敏化的毫微基质材料112，212，312和412包括一种或多种类型的互相连接的金属氧化物毫微微粒。合适的毫微微粒材料包括，但并不限于，钛、锆、锌、镧、铌、锶、钽、锡、铽和钨的氧化物、硫化物、硒化物和碲化物，或它们的一种或多种混合物。适合的毫微微粒材料有例如TiO2，SrTiO3，CaTiO3，ZrO2，WO3，La2O3，Nb2O5，钛酸钠和铌酸钾。在各个说明性实施例中，光敏毫微基质材料112，212，312和412包括具有平均尺寸介于大约2nm到100nm之间的毫微微粒。在各个说明性实施例中，光敏毫微基质材料112，212，312和412包含具有平均尺寸介于大约10nm至40nm之间的毫微微粒。更可取的是，该毫微微粒是具有平均微粒尺寸大约为20nm的二氧化钛微粒。
光转换材料110，210，310和410的载电荷材料115，215，315和415部分可以是任何材料，只要该材料有利于将来自地电势或电流源的电子电荷传输到其相应的光敏化的毫微基质材料112，212，312和412上(和/或光敏化的毫微基质材料112，212，312和412的光敏剂上)。合适的通常类型的载电荷材料115，215，315和415可以包含基于溶剂的液体电解质、聚电解质、高分子电解质、n型和p型固体电解质的导电聚合物和胶体电解质，但是并非限定这些。通常来说，载电荷材料115，215，315和415的厚度介于大约2μm至20μm之间。
在各种实施例中，载电荷材料115，215，315和415可以包括氧化还原系统。合适的氧化还原系统包括例如有机的或者无机的氧化还原系统。更确切地说，例如氧化还原系统可以是铈(III)的硫酸盐/铈(IV)、溴化钠/溴、碘化锂/碘，Fe2+/Fe3+，Co2+/Co3+，和/或紫精(viologens)。
载电荷材料115，215，315和415还可以包括高分子电解质。在各个说明性实施例中，高分子电解质包括聚(乙烯基咪唑鎓的卤化物)和/或聚(乙烯基吡啶鎓盐)。在另外的说明性实施例中，载电荷材料115，215，315和415包括固体电解质。固体电解质可以包括碘化锂、碘化吡啶鎓、和/或取代的碘化咪唑鎓。
根据各个说明性实施例，载电荷材料115，215，315和415可以包括高分子聚电解质。该聚电解质可以包括重量比介于大约5％至100％(例如5～60％、5～40％或5～20％)的聚合物，如离子导电聚合物；重量比为大约5％到90％(例如约35～95％、60～95％或者80～95％)的增塑剂；及大约0.05M到10M的氧化还原电解质，例如大约0.05M到10M(例如为0.05～2M、0.05～1M或0.05～0.5M)的有机或无机碘化物，及大约0.01M到1M(例如0.05～5M、0.05～2M或0.05～1M)的碘。举例来说，离子导电聚合物包括聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)(PMMA)、聚醚和多酚。合适的增塑剂例如包括，碳酸乙酯，碳酸异丙烯酯，碳酸盐的混合物，有机磷酸酯，及邻苯二甲酸二烷基酯。
在各个说明性实施例中，催化介质221和421与其相应的载电荷材料215和415电连接。催化介质221和421例如可以包括钌、锇、钴、铑、铱、镍、钯或铂。更为可取的是，催化介质221和421还包括钛，或另一种合适的金属，以利于将催化介质附着在主要光透过的电导体206和406上，导电的纤维芯线202上，或设置在电绝缘的纤维芯线402上的内置电导体404上。更为可取的是，钛沉积在多个区域中形成厚度大约为10
的层。在各个实施例中，催化介质221和421包括厚度介于大约为13
到35
的铂层。在其他说明性实施例中，催化层介质221和421包括厚度介于大约为15
到50
的铂层。在另外的说明性实施例中，催化介质221和421包括厚度介于大约为50
到800的铂层。更为可取的是，催化介质221和421为大约25
厚的铂层。
在各个说明性实施例中，保护层224和424包括一些适合的透光材料。对保护层224和424来说适合的透光材料包括但不限于聚丙烯酸酯聚酯薄膜，聚苯乙烯，聚脲，聚氨酯，环氧树脂等。更为可取的是，保护层224和424具有大于约1μm的厚度。
图5所示的光电材料500包括纤维502，埋在主要光透过的电导体506中的一个或多个导线504，光敏化的毫微基质材料512，载电荷材料515，及保护层524。导线504还可以部分地埋入到载电荷材料515中以例如利于光电材料500与外部的负载电连接，以增强主要光透过的电导体506，和/或维持光电材料500的柔软性。更可取的是，导线504为电导体特别是金属电导体。适合的导线504的材料包括铜、银、金、铂、镍、钯、铁和它们的合金，但并非限定为这些。在一个说明性实施例中，导线504的粗度介于大约0.5μm到100μm之间。在另一个说明性实施例中，导线504的粗度介于大约1μm到10μm之间。
图6A和6B所示为一种制成光电材料600的方法，该光电材料600具有导电纤维芯线602，主要光透过的电导体606，及光转换材料610，其中光转换材料610设置在导电纤维芯线602和主要光透过的电导体606两者之间。根据该方法，导电纤维芯线602的外表面涂敷有二氧化钛毫微微粒。通过例如烧结，或优选通过将毫微微粒与反应性高分子连接剂(例如聚(钛酸正丁酯)，其将在下文中给出详细描述)接触，从而使毫微微粒之间相互连接。随后，相互连接的二氧化钛毫微微粒与光敏剂如3×10-4M的N3染料溶液接触1小时，来形成光敏化的毫微基质材料612。然后，将包含胶化的电解质的载电荷材料615涂敷在光敏化的毫微基质材料612上来形成光转换材料610。
参照图6B，厚度为大约2.5μm到6μm、涂敷有ITO层并镀铂的透明聚合物带子625以使带子625的镀铂面与载电荷材料615相接触的方式螺旋地缠绕在光电材料600上。在该说明性实施例中，透明聚合物带子625是主要光透过的电导体606。在其他说明性实施例中，主要光透过的电导体606是参照图1-4使用上文所描述的材料制成。
图6C所示为完成的光电材料630的一个说明性实施例的截面图，其中该光电材料具有设置在导电纤维芯线602和主要光透过的电导体606两者之间的光转换材料610。光电材料630还包括与载电荷材料615相接触的催化介质635，及设置在主要光透过的电导体606上的透明的聚合物保护层640。
在图6A和6B中所描述的方法的另一个实施例中，导电纤维芯线602被电绝缘的纤维芯线代替，电绝缘的纤维芯线裹敷着一层铂来形成内置的电导体。接着如上所述形成光转换材料610并螺旋缠绕带子625来生成光电材料。
根据图7，在另一个说明性实施例中，光电材料700是通过将铂或镀铂的线705绕在芯线727上来形成的，该芯线727包括光转换材料，该光转换材料设置在导电纤维芯线上，或者先设置在内置的电导体上再设置在绝缘的纤维芯线上。涂敷有ITO层并已镀铂的透明聚合物带子750以带子750的镀铂面与线705和芯线727的载电荷材料接触的方式螺旋缠绕在芯线727上。
图8A-8C所示为根据本发明构造的光电材料800的另一个说明性实施例。光电材料800包括金属纺织物纤维801，该纤维801具有金属的导电部分802和纺织物部分803。纺织物部分803可以是导电的或是包裹有电导体的绝缘物。参照图8B，分散的二氧化钛毫微微粒涂覆在金属纺织物纤维801的纺织物部分803的部分外表面上。优选通过将毫微微粒与高分子连接剂(例如聚(钛酸正丁酯)，其将在下文中给出详细描述)接触，从而使微粒之间相互连接。相互连接的二氧化钛毫微微粒接着与光敏剂如N3染料溶液接触1小时来生成光敏化的毫微基质材料812。
参照图8C，包括固体电解质的载电荷材料815随后被涂敷在纺织物部分803上。涂覆有ITO并已镀铂的PET带子825设置在光敏化的毫微基质材料812和载电荷材料815上。镀铂的ITO与载电荷材料815相接触。
如上面所述，光电纤维100，200，300和400可以用来形成光电纤维。所得到的光电纤维可以是柔软的，半刚性的或刚性的纤维。例如，光电纤维的硬度可以通过变化织物硬度、所使用的光电材料绞合线的粗度、和/或所使用的光电材料的硬度来进行选择。例如光电材料可以与其他材料一起或不与其他材料一起编织来形成光电纤维。另外，根据本发明构造的光电材料的绞合线可以熔焊在一起来形成纤维。
图9所示为根据本发明包括光电纤维901的光电纤维900的一个说明性实施例。如图所示，光电纤维900还包括非光电纤维903。在各个说明性实施例中，非光电纤维903可以被光电纤维代替。图9中还示出了形成在光电纤维900上的阳极910和阴极920，该阳极和阴极可以连接到外部的负载上以便形成电通路。阳极910可以通过导电的纤维芯线或在绝缘纤维芯线上的电导体来形成，阴极920可以通过主要光透过的电导体来形成。在图9中，光电纤维900的每一边构成从光电纤维901形成的阳极910和阴极920交替的结构。在另一个说明性实施例中，光电纤维900的每一边仅仅从一个阳极或一个阴极构成，这两个都是从光电纤维，非光电纤维或两者的混合物中的一个形成的。
图10所示为通过双部件光电材料形成的光电纤维1000。根据说明性实施例，每一个部件由一个网状物来形成，在此一个网状物充当阳极1010，另一个网状物充当阴极1020。每一个网状物(或者部件)与不同的母线连接，这些依次与外部负载的相对终端连接。因此，一个面积大纤维状的光电池就制成了。
根据说明性实施例，网状物的材料可以是任何适合的纤维材料。例如网状物的材料可以包括导电的纤维芯线，裹敷有电导体的电绝缘的纤维芯线，或两者的组合。在一个实施例中，阳极网状物是由带有与ITO中的氧化还原电位大约相等的氧化还原电位的金属纤维构成的。在另一个实施例中，网状物是由塑料纤维，如通过真空沉积或无电镀沉积的金属化的尼龙构成的。
在一个说明性实施例中，光电纤维1000的阳极1010网状物是用二氧化钛毫微微粒分散液在悬浮液中浸渍或利用狭缝涂布来涂布网状物形成的。通过例如烧结，或者优选通过反应性高分子连接剂(例如聚(钛酸正丁酯)，其将在下文中给出详细描述)，从而使二氧化钛毫微微粒之间相互连接。在涂敷二氧化钛的悬浮液之后，但在烧结或交联之前，可使用气帘从网状物的纤维之间的空隙中去除多余的二氧化钛。同样，该方法或者其他一些同等功能的方法可以用来在最终光电纤维的制备中在每个后续步骤之后去除这些空隙中的多余材料。接着，将网状物通过狭缝式涂布或浸渍在光敏剂溶液如N3染料中，然后洗涤并烘干。包括固体电解质(例如热逆变聚电解质)的载电荷材料被涂覆在网状物上来形成阳极1010网状物。在另一个说明性实施例中，光电纤维1000的阴极1020网状物形成为镀铂的网状物，例如镀铂的导电纤维芯线网状物或镀铂的塑料网状物。
为了形成光电纤维1000，阳极1010网状物和阴极1020网状物之间电连接并将其中一个放置在另一个之上对齐，使得每一个网状物的绞合线与另一个网状物的绞合线基本平行。并不要求完全对齐。事实上，从获取光子的角度，两个网状物稍微不重合是有利的。光电纤维1000可以涂敷有聚合物溶液来充当保护性的、透明且柔软的层。
光电纤维1000有利的一方面是相对来说易于构成，易于使阳极1010和阴极1020连接到外部电路上。例如，每个网状物的边(一个边、多个边或所有的边)当实施上文所描述的涂敷操作时可以保持不涂敷。阳极1010和阴极1020的每一个都电连接到其自己的金属总线。该说明性实施例的一个优点是消除切断一根导线将破坏整个光电纤维的可能性。
图11所示为使用连续的生产工艺形成纤维形式的光电材料的方法1100。根据图11，通过例如供料线轴1102来提供纤维1101。纤维1101可以是涂敷有电导体的电绝缘纤维芯线，导电的纤维芯线，或两者的结合。根据说明性实施例，通过将纤维通过一个底部有小孔且装有悬浮溶液的容器1104，来将纤维1101涂敷上二氧化钛毫微微粒的悬浮溶液和聚(钛酸正丁酯)(充当反应性高分子连接剂)。从容器1104中离开后，相互连接的涂敷了毫微微粒的纤维1105进入烘箱1106以去除多余的悬浮介质(如水或其他溶剂)。相互连接的涂敷了毫微微粒的纤维1105进入染料槽1108以使相互连接的毫微微粒光敏化。光敏化的涂敷有毫微微粒的纤维1109进入干燥烘箱1110和/或冲洗池来去除多余的溶剂。
接下来，光敏化的涂敷有毫微微粒的纤维1109穿过溶液1111，该溶液包含电解质，较优的是固体状态的聚电解质。该聚合溶液1111的溶剂可以是无反应性的溶剂(该情况下溶剂能在后续步骤中通过加热被去除)，或是反应性溶剂如单体。如果聚电解质的溶剂为单体，最好选择那些能光致聚合的材料，并且使得所得到的聚合物结构并不损害聚电解质的电特性。因此，在溶剂包括单体的说明性实施例中，涂敷有光转换材料的纤维1112通过装有UV灯1114的容器箱，该灯用来引发单体的光致聚合反应。所得到的纤维1115用包括固体状态电解质的光转换材料涂敷，并容易缠绕在张紧线轴1116上。
涂敷有光转换材料的纤维1115接着通过真空室1118或置于其中，在此在纤维上沉积非常薄的铂层，然后是透明的ITO导体层。铂层的厚度例如介于大约15
到50之间。ITO来充当主要光透过的电导体。完成的光电纤维1119可以接着通过聚合溶液1120来生成透明的保护涂层的纤维，比如通过线挤压成形或其他现有技术中所知的装置来生成。这样，柔软光电材料1121绕在最终的线轴1122上，并且准备在后续的例如编织或缠结操作中使用。
B.毫微微粒的低温相互连接
如上文简述，本发明提供一种在明显低于400℃的温度下在纤维上或者在设置在纤维上的导电体上形成相互连接的毫微微粒层的方法。在一个说明性实施例中，高分子连接剂(此后称“聚合连接剂”)能使光电纤维在相对较低的“烧结”温度(＜大约300℃)下来制造。尽管术语“烧结”通常是指高温(＞大约400℃)的工艺过程，此处所使用的术语“烧结”不是特定的温度，而是一般性地指在任何温度下使毫微微粒相互连接的工艺。
图12和图13所示为根据本发明的示意性的聚合连接剂的化学结构图。所示的特殊聚合连接剂是用于分子式为MxOy的毫微微粒，其中的M可以是例如钛(Ti)、锆(Zr)、钨(W)、铌(Nb)、镧(La)、钽(Ta)、铽(Tb)或锡(Sn)，x和y为大于零的整数。根据图12的说明性实施例，聚合连接剂1200包括主链结构1202(其与金属氧化物毫微微粒的结构相似)和(OR)i反应基，其中R可以是例如醋酸根、烷基、烯基、炔基、芳香基、酰基，或是氢原子，i是大于零的整数。适合的烷基包括乙基、丙基、丁基和戊基，但并非限定为这些。适合的烯包括乙烯、丙烯、丁烯和戊烯，但并非限定为这些。合适的炔包括乙炔、丙炔、丁炔和戊炔，但并非限定为这些。合适的芳香基包括苯基、苯甲基和酚，但并非限定为这些。合适的酰基包括乙酰基和苯甲酰基，但并非限定为这些。另外，包括例如氯、溴和碘的卤素可以用来代替(OR)i反应基。
依据图13，聚合连接剂1210具有包括两个-M-O-M-O-M-O-主链结构的支化主链结构，其包括(OR)i反应基和(OR)i+1反应基，其中R可以是例如上面列出的原子、分子或者化合物之一，i是大于零的整数。两个主链结构具有与金属氧化物毫微微粒相似的结构。总体来说，在图13中所示的结构可以表示为-M(OR)i-O-(M(OR)i-O)n-M(OR)i+1，其中i和n是大于零的整数。
图14A所示的是用聚合连接剂1404相互连接MxOy毫微微粒1402所得到的化学结构1400的示意图。在各个实施例中，聚合连接剂1404具有图12和图13中分别所示的聚合连接剂1200和1210的化学结构。根据说明性实施例，通过在室温或者低于室温或在低于大约300℃的升高的温度下使毫微微粒1402与聚合连接剂1404接触从而使毫微微粒1402相互连接。更为可取的是，聚合连接剂1404分散在用于接触毫微微粒1402的溶剂中。合适的溶剂包括各种醇、含氯烃(如氯仿)、酮、环状及链状醚衍生物以及芳香溶剂等。我们确信，毫微微粒1402的表面羟基与与聚合连接剂1404的聚合链上的烷氧基之间的反应导致通过高度稳定的共价键桥接(或交联)多个毫微微粒1402，结果使毫微微粒1402相互连接。我们还确信由于聚合连接剂1404是具有与毫微微粒1402相似化学结构的高分子材料，即使毫微微粒1402和聚合连接剂1404之间的少量桥接(或交联)位点也会导致充分相互连接的毫微微粒薄膜，该毫微微粒薄膜具有比那些没有烧结或者没有相互连接的毫微微粒薄膜更好的电特性和机械特性。电特性例如包括电子或空穴的传导特性，该特性可以通过π-共轭从一个毫微微粒向另一个毫微微粒传输电子或者空穴。机械特性例如包括提高的柔软度。
还是根据图14A，在低浓度的聚合连接剂1404条件下，单一的聚合连接剂1404聚合物可以连接多个毫微微粒1402以形成交联的毫微微粒网。然而，通过增加聚合连接剂1404聚合物的浓度，更多的聚合连接剂1404分子可以连接到毫微微粒1402的表面上来形成涂敷有聚合物的毫微微粒1400。由于聚合物的柔软度，这种涂敷有聚合物的毫微微粒1400可像薄片那样进行加工。我们确信，由于聚合连接剂聚合物和毫微微粒之间相似的电子特性和结构特性，涂敷有聚合物的毫微微粒的电子特性不会受到明显影响。
图14B示出了图14A中形成在包括氧化物层涂层1410(其为电导体)的柔软基板1408上的相互连接的毫微微粒薄膜1400的说明性实施例的化学结构1406。具体地说，聚合连接剂可用于促进该毫微微粒薄膜1400在柔软的主要光透过的基板1408上的形成。此处所使用的术语“主要光透过的基板”指的是能使操作波长范围内入射到基板上的可见光的至少60％透过的基板。柔软基板1408的例子包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETs)、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PENs)、聚合烃、纤维素和它们的组合及类似物。PET和PEN的基板可以被一个或多个导电的氧化物层涂层1410覆盖，所述涂层例如为氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡、氧化锡、氧化锌等的涂层。
根据一个首选的实施例，通过使用说明性聚合连接剂，本发明的方法在显著低于400℃的温度下并且最好低于大约300℃的温度下使毫微微粒1402相互连接。在这样的温度范围下进行操作使柔软基板1408的使用成为可能，该基板在通常的高温烧结方法中会产生破坏性的变形。在一个说明性实施例中，示范的结构1406可以通过在低于大约300℃温度下在基板1408上使用聚合连接剂1404来相互连接毫微微粒1402来形成。在另一个实施例中，在低于大约100℃的温度下使用聚合连接剂1404来实现毫微微粒的相互连接。在另一个实施例中，分别在大约18～22℃的室温和大约760毫米汞柱的室压下使用聚合连接剂来相互连接毫微微粒1402。
在毫微微粒沉积在基板上的实施例中，聚合连接剂的反应基与基板、基板涂层和/或基板氧化物层相连接。反应基可以通过例如共价键、离子键和/或氢键连接至基板、基板涂层和/或基板氧化层。我们确信，聚合连接剂的反应基与基板的氧化物层之间的反应可以得到毫微微粒通过聚合连接剂与基板的连接。
根据本发明的各个实施例，在室温或低于室温的温度下或在低于大约300℃的提高的温度下，通过将毫微微粒与分散在合适溶剂中的合适聚合连接剂接触，来使金属氧化物的毫微微粒相互连接。毫微微粒和聚合连接剂可以有多种方法接触。举个例子来说，毫微微粒薄膜可以形成在基板上，接着该基板被浸入到聚合连接剂的溶液中。毫微微粒薄膜可以形成在基板上而将聚合连接剂的溶液喷洒在薄膜上。聚合连接剂和毫微微粒可以一起分散到溶液中并将该溶液沉积到薄膜上。为了制备毫微微粒的分散液，可以使用的技术例如有微流化技术，研磨技术和球磨技术。进而，聚合连接剂的溶液可以沉积在基板上，毫微微粒薄膜沉积在聚合连接剂上。
在聚合连接剂和毫微微粒一起分散在溶液中的实施例中，所得到的聚合连接剂-毫微微粒的溶液可以用来通过一个步骤而在基板上形成相互连接的毫微微粒薄膜。在本实施例的各个形式中，可以选择聚合连接剂-毫微微粒溶液的粘度来使用印刷技术(例如丝网印刷技术和凹板印刷技术)促进薄膜的沉积。在采用聚合连接剂溶液沉积在基板上且毫微微粒薄膜沉积在聚合连接剂上的实施例中，聚合连接剂的浓度可以被调整以产生所需要的粘合剂厚度。另外，在毫微微粒薄膜沉积之前，从沉积的聚合连接剂溶液中去除多余的溶剂。
本发明并没有限定相互连接的毫微微粒的材料的分子式为MxOy。合适的毫微微粒材料包括但不限于钛、锆、镧、铌、锡、钽、铽和钨的硫化物、硒化物、碲化物和氧化物，及它们的组合物。例如TiO2、SrTiO3、CaTiO3、ZrO2、WO3、La2O3、Nb2O5、SnO2、钛酸钠和铌酸钾都是适合的毫微微粒材料。
聚合连接剂可以包含多于一种类型的反应基。例如，图12-14B的说明性实施例示出了一种类型的反应基OR。然而聚合连接剂可以包含多种类型的反应基如OR、OR’、OR”等；其中R、R’和R”是氢、烷基、烯基、炔基、芳基或酰基中的一个或者多个，或者OR、OR’和OR”中的一个或多个是卤化物。举个例子来说，聚合连接剂可以包括分子式为-[O-M(OR)i(OR’)j-]-及-[O-M(OR)i(OR’)j(OR”)k-]-的聚合物单元，其中i、j和k是大于零的整数。
图15所示为与二氧化钛(TiO2)毫微微粒一起使用的具有代表性的聚合连接剂聚(钛酸正丁酯)1500的化学结构。对(钛酸正丁酯)1500来说适合的溶剂包括但不限于各种醇、含氯烃(如氯仿)、酮、环状和直链醚衍生物及芳族溶剂等。更为可取的是，溶剂为正丁醇。聚(钛酸正丁酯)聚合连接剂1500含有支化的-Ti-O-Ti-O-Ti-O-主链结构和丁氧基(OBu)反应基。
图16A所示为毫微微粒薄膜1600的化学结构，该膜是通过由聚(钛酸正丁酯)聚合连接剂分子1604相互连接的二氧化钛毫微微粒1602构造的。我们确信，TiO2毫微微粒1602的表面羟基与聚合连接剂1604的丁氧基1606(或其他烷氧基)之间的反应导致通过高稳定性的共价键将很多毫微微粒1602桥接(或交联)在一起，结果使毫微微粒1602相互连接。进一步地讲，我们确信，由于聚合连接剂1604是具有与TiO2相似化学结构的高分子材料，即使毫微微粒1602和聚合连接剂1604之间的少量桥接(或交联)位点也会导致充分相互连接的毫微微粒薄膜1600，并且其电子特性和机械特性超过那些没有烧结或没有相互连接的毫微微粒薄膜。
图16B所示为根据图16A形成在基板1610上的毫微微粒薄膜1600的化学结构1608，该基板包括导电的氧化物层涂层1612，该毫微微粒薄膜是通过在基板1610上涂敷聚合连接剂溶液并在聚合连接剂1604上沉积微粒1602形成的。在使用二氧化钛毫微微粒1602的说明性实施例中，包括聚(钛酸正丁酯)1604的聚合连接剂溶液溶解在正丁醇中并涂敷在基板1610上。聚合连接剂1604的浓度可以被调整以获得聚合连接剂溶液所期望的粘合剂厚度。二氧化钛毫微微粒薄膜1600接着被沉积在涂敷有聚合连接剂的基板1610上。TiO2毫微微粒的表面羟基与聚(钛酸正丁酯)1604的反应性丁氧基(或其他烷氧基)之间的反应导致毫微微粒1602的相互连接，并将毫微微粒1602与基板1610上的氧化层1612连接在一起。
实施例1聚合连接剂的浸涂式涂敷
在该说明性实施例中，DSSC以如下的方式形成。二氧化钛毫微微粒膜层覆盖在涂敷有SnO2:F的载玻片上。聚合连接剂溶液为1％(重量)的聚(钛酸正丁酯)溶于正丁醇中的溶液。在该实施例中，溶剂中聚合连接剂的浓度最好小于5重量％。为了使微粒相互连接，将涂敷有毫微微粒薄膜的玻片浸泡在聚合连接剂溶液中15分钟接着加热到150℃并保持30分钟。用聚合连接剂处理的TiO2膜接着浸入具有3×10-4N3染料的溶液中光敏化1小时。通过使用2密耳DuPont公司的热熔化粘合剂SURLYN 1702将基于三碘化物的液体氧化还原电解质夹在敷有TiO2薄膜的玻片和敷有铂的SnO2:F载玻片之间，将敷有经聚合连接剂处理的TiO2薄膜的玻片制成0.6cm2的光电池。铂涂层的厚度大约为60nm。电池所显示的在AM 1.5的模拟阳光条件下(即，入射光具有1000W/m2强度)的太阳能转化效率高达3.33％。完成的太阳能电池显示的平均太阳能转换效率(“η”)为3.02％；平均开路电压(“Voc”)为0.66V；平均的短路电流(“Isc”)为8.71mA/cm2，及平均的占空因数为0.49(0.48至0.52)。
实施例2聚合连接剂-毫微微粒溶液的应用
在该说明性实施例中，将二氧化钛(P25，其为包含大约80％锐钛矿和20％金红石晶体TiO2毫微微粒的二氧化钛，来自Degussa-Huls公司)于正丁醇中的0.5mL悬浮液加入到含0.25克聚(钛酸正丁酯)的1mL正丁醇中。在该实施例中，在聚合连接剂-毫微微粒溶液中聚合连接剂的浓度最好小于约50重量％。悬浮液的粘度从牛奶状变化到牙膏状并没有出现微粒的析出情况。使用具有60μm厚的带的Gardner刀将膏状物铺在具图案的涂敷有SnO2:F的载玻片上确定湿膜的厚度。涂敷物在室温下干燥形成薄膜。空气中干燥后的薄膜随后被加热处理到150℃并保持30分钟来去除溶剂，在乙醇的3×10-4M N3染料溶液中浸泡整个晚上使其敏化。敏化后的光电极被切成所需要的尺寸并夹在敷铂(60nm厚)的敷SnO2:F载玻片和基于三碘化物的液体电解质之间。在AM 1.5的条件下，完成的太阳能电池显示的平均η为2.9％(2.57％至3.38％，六个电池)。平均的Voc为0.68V(0.66V至0.71V)；平均的Isc为8.55mA/cm2(7.45至10.4mA/cm2)；及平均的占空因数为0.49(0.48至0.52)。
实施例3不使用聚合连接剂形成的DSSC电池
在该说明性实施例中，使用微流化床制备含约37.5％固体物质的含水二氧化钛悬浮液(P25)，并旋涂在氟化的SnO2导电电极上(15Ω/cm2)，且该导电电极本身是涂敷在经涂敷的载玻片上的。涂敷有二氧化钛的玻片在空气中干燥大约15分钟接着加热到150℃并保持15分钟。玻片从烘箱中取出并冷却到大约80℃，接着浸入到乙醇中的3×10-4M N3染料溶液中1小时。敏化的二氧化钛光电极从染料溶液中取出并用乙醇冲洗，再在40℃的玻片温热装置上烘干。敏化的光电极被切成小片(有效面积为0.7cm×0.5～1cm)并夹在镀铂的SnO2:F-透明导电载玻片之间。通过毛细管作用，将在3-甲氧基丁腈中含1M LiI、0.05M的碘和1M的叔丁基吡啶的液体电解质涂敷在光电极和镀铂的导电电极之间。这样构成的光电池显示在AM 1.5的条件下的平均太阳能转换效率为大约3.83％。在表1中A列中列出了这些电池在AM 1.5条件下的η和光电特性Isc、Voc、能量输出最大时的电压(“Vm”)及在能量输出最大时的电流(“Im”)。
表1
实施例4用各种浓度的聚合连接剂溶液形成的D S SC电池
在该说明性实施例中，使用微流化床制备含约37.5％固体物质的P25悬浮液，并旋涂在涂敷了氟化的SnO2导电电极(15Ω/cm2)的载玻片上。涂敷了二氧化钛的玻片在空气中晾大约15分钟再加热到150℃保持15分钟。涂敷了二氧化钛的导电载玻片浸入到聚合连接剂溶液中5分钟来进行毫微微粒的相互连接(聚合交联)，其中聚合连接剂溶液包括在正丁醇中的聚(钛酸正丁酯)。使用的聚合连接剂溶液为0.1重量％的聚(钛酸正丁酯)，0.4重量％的聚(钛酸正丁酯)，1重量％的聚(钛酸正丁酯)和2重量％的聚(钛酸正丁酯)。5分钟以后，将玻片从聚合连接剂溶液中取出并在空气中干燥大约15分钟，接着在烘箱中加热到150℃并保持15分钟来去除溶剂。将玻片从烘箱中取出并冷却到约80℃，再浸泡到乙醇中3×10-4M N3染料溶液中大约1小时。敏化后的二氧化钛光电极从染料溶液中取出，用乙醇冲洗，并在40℃的玻片温热装置上干燥。将敏化后的光电极切成小块(有效面积为0.7cm×(0.5～1)cm)并夹在敷铂的SnO2:F-透明导电载玻片之间。通过毛细管作用，将在3-甲氧基丁腈中含1M LiI、0.05M的碘和1M的叔丁基吡啶的液体电解质涂敷在光电极和镀铂的导电电极之间。所构造的电池在AM 1.5条件下的η和光电特性Isc、Voc、Vm和Im都列在表1中，对于0.1重量％溶液的列在B列中，对于0.4重量％溶液的列在C列中，对于1重量％溶液的列在D列中及对于2重量％溶液的列在E列中。
实施例5改性剂溶液
在该说明性实施例中，如在实施例4中描述的那样，通过旋涂处理制备被二氧化钛涂覆的透明导电的氧化物涂覆载玻片。以包括在正丁醇中的0.01M聚(钛酸正丁酯)溶液的聚合连接剂溶液对被二氧化钛涂覆的导电载玻片进行5分钟的处理以相互连接毫微微粒。在从聚合连接剂溶液中移走玻片之后对玻片进行大约5分钟的晾干。随后在改性剂溶液中对玻片进行大约1分钟的浸渍。使用的改性剂溶液是1∶1的水/乙醇混合物、在1∶1的水/乙醇混合物中的1M叔丁基吡啶溶液、在1∶1的水/乙醇混合物中的0.05MHCl溶液。用来自湿度调节器的蒸汽对一个玻片进行15秒钟的处理。并对其进行晾干15分钟并在150℃的温度下热处理15分钟以移除溶剂。然后以3×10-4M的N3染料溶液对其进行1个小时的敏化。将敏化的光电极夹在镀铂的SnO2:F涂覆载玻片之间，并使用在3-甲氧基丁腈中含1M LiI、0.05M碘以及1M叔丁基吡啶的液体电解质对其光电特性进行研究。酸看起来有助于增加这些光电池的光电导率和效率。在表2中列出了该实施例的电池在AM 1.5条件下的η和光电特性如下：没有将玻片浸渍进入改性剂溶液以及没有用聚合连接剂溶液进行处理(A列)；没有将玻片浸渍进入改性剂溶液、但使用聚合连接剂溶液进行处理(B列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后将其浸渍进入1∶1的水/乙醇混合物中(C列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后将其浸渍进入1∶1的水/乙醇混合物中的1M的叔丁基吡啶溶液(D列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后将其浸渍进入1∶1的水/乙醇混合物中的0.05M HCl溶液(E列)；首先用聚合连接剂溶液对玻片进行处理，然后用来自湿度调节器的蒸汽对玻片进行处理(F列)。
表2
实施例6在相互连接后加热至150℃
在该说明性实施例中，如在实施例4中描述的那样，通过旋涂处理制备被二氧化钛涂覆的、透明导电的氧化物涂覆载玻片。将玻片浸渍到在正丁醇中的0.01M聚(钛酸正丁酯)中30秒钟，并对其进行15分钟的晾干。随后在烘箱中对玻片在150℃下进行10分钟的热处理。以N3染料溶液对热处理的二氧化钛层进行1个小时的敏化处理，以乙醇进行清洗，并在玻片温热装置上以40℃加温10分钟。将敏化的光电极切割成有效面积为0.7厘米×0.7厘米的光电池，并将其夹在镀铂导电电极之间。通过毛细管作用在光电极和镀铂导电电极之间涂覆在3-甲氧基丁腈中含1M LiI、0.05M碘以及1M叔丁基吡啶的液体电解质。该光电池显示出了3.88％(3.83、3.9和3.92)的平均η、0.73V(0.73、0.74和0.73V)的平均Voc以及9.6mA/cm2(9.88、9.65和9.26)的平均Isc，上面所有的特性都是在AM 1.5条件下的。
实施例7在相互连接后加热至70℃
在该说明性实施例中，如在实施例4中描述的那样，通过旋涂处理制备被二氧化钛涂覆的、透明导电的氧化物涂覆载玻片。将玻片浸渍到在正丁醇中的0.01M聚(钛酸正丁酯)中30秒钟，并对其进行15分钟的晾干。随后在烘箱中对玻片在70℃下进行10分钟的热处理。以N3染料溶液对热处理的二氧化钛层进行1个小时的敏化处理，以乙醇进行清洗，并在玻片温热装置上以40℃加温10分钟。将敏化的光电极切割成有效面积为0.7厘米×0.7厘米的光电池，并将其夹在镀铂导电电极之间。通过毛细管作用在光电极和镀铂导电电极之间涂覆在3-甲氧基丁腈中含1M LiI、0.05M碘以及1M叔丁基吡啶的液体电解质。该光电池显示出了3.62％(3.55、3.73和3.58)的平均η、0.75V(0.74、0.74和0.76V)的平均Voc以及7.96mA/cm2(7.69、8.22和7.97)平均Isc，上面所有的特性都是在AM 1.5条件下的。
实施例8在柔性、透明基板上的形成
在该说明性实施例中，以ITO对大约200μm厚和大约5英寸乘8英尺的方形PET基板进行涂覆，并将其加载于循环涂机上。对在正丁醇中的二氧化钛(P25具有25％的固体含量)的18.0mL悬浮液和在10mL正丁醇中0.5g聚(钛酸正丁酯)进行直接混合，并将其涂覆于被ITO涂覆的PET片之上。在沉积之后，在50℃下对涂层加热大约1分钟。然后通过在乙醇中的3×10-4M的N3染料溶液对相互连接的毫微微粒层进行染料敏化。
C.用于DSSCs的凝胶电解质
依据进一步的说明性实施例，本发明提供了电解质组合物，该电解质组合物包括多价配位分子(也就是包含2个或多个能够配位的配位体的分子)和氧化还原电解质溶液，使用比如锂离子的金属离子凝胶化该电解质溶液。多价配位化合物通常是有机化合物，该有机化合物能够在多个位置配位金属离子。该电解质组合物可以是可逆的氧化还原物质，其自身可以是液体或是溶解在非氧化还原活性溶剂中的固体成分，非氧化还原活性溶剂作为用于氧化还原物质的溶剂而且不会参与还原-氧化反应循环。其例子包括不含氧化还原活性离子的普通有机溶剂和熔盐。氧化还原物质的例子包括：例如碘化物/三碘化物、Fe2+/Fe3+、Co2+/Co3+和紫精(viologen)等等。该氧化还原成分溶解在非水溶剂中，其包括全部的熔盐。碘化物基熔盐，例如甲基丙基咪唑碘鎓盐，甲基丁基咪唑碘鎓盐，甲基己基咪唑碘鎓盐等，其自身是氧化还原活性的，并且通过自身或使用像普通有机溶剂或熔盐的没有经历氧化-还原反应的非氧化还原活性材料对其进行稀释，从而使用其作为氧化还原活性液体。多齿(multi-dendate)无机配位体也可以是凝胶化合物的来源。
图17表示了使用金属离子胶凝的电解质的说明性实施例1700。示出的锂离子与聚(4-乙烯基吡啶)配位。在聚(4-乙烯基吡啶)分子能够在多个位置和锂离子配位的情况下，可使用锂离子和无机化合物胶凝合适的电解质溶液。依据本发明制备的电解质组合物可以包括少量的水、碘化物熔盐、有机聚合物和其他合适的加入了比如锂的金属离子的化合物凝胶体。凝胶化的电解质可以加入到个别的柔性光电池、传统的太阳能电池、光电纤维、相互连接的光电模块和其他合适的装置中。在图17中示出的虚线表示在引入合适的金属离子之后当成分电解质溶液和有机化合物凝胶化时出现在光电凝胶电解质中的键类型。
能够在多个位置配位金属离子而适用于本发明的非穷举性有机化合物实例包括各种聚合物、星爆式/树枝式分子和包含例如聚氨酯、酯、乙烯/丙烯氧化物/亚胺片断、吡啶、嘧啶、N-氧化物、咪唑、噁唑、三唑、联吡啶、喹啉、聚胺、聚酰胺、尿素、β-二酮和β-羟基酮的多官能团的其他分子。
更普遍的，在各种实例中使用的多配位分子可以是拥有能够形成配合物的两个或多个配位体或配位基的高分子或小有机分子。配位基是含有至少一个具有大电子密度的供体原子的官能团，例如氧、氮、硫或磷等，其可与适当金属离子形成单齿或多齿配合物。配位基可以存在于非聚合材料或聚合体材料的支链或者部分主链中，或作为树枝式或星爆式分子存在于非聚合材料或聚合体材料中。单齿配位体的例子包括：例如乙烯氧基、烷氧基、吡啶和烷基-亚胺化合物等。双齿和多齿配位体的例子包括：联吡啶、聚吡啶、聚氨酯基、羧基和酰胺。
依据本发明的各种实例，以室温或在低于约300℃的提高的温度下制备具有包括锂离子的凝胶电解质1700的染料敏化的光电池。该温度可以低于约100℃，并且优选以室温和标准压强实施电解质溶液的凝胶化。在各种说明性实例中，可以调整电解质溶液的粘度以利用比如丝网印刷和照相凹版印刷技术的印刷技术促进凝胶电解质的沉积。在较高的温度会打破锂离子和各种配位体的配位，从而会在以DSSC为基础的光电模块制备中允许容易地处理凝胶电解质组合物。可以使用其它的金属离子形成热逆变凝胶或不可逆变的凝胶。合适的金属离子的例子包括：Li+、Cu2+、Ba2+、Zn2+、Ni2+、Ln3+(或其他镧系金属)、Co2+、Ca2+、Al3+、Mg2+和能够和配位体配位的任何其他金属离子。
图18描述了由锂离子通过配位有机聚合物、聚环氧乙烷(PEO)形成的凝胶电解质1800。显示出PEO聚合物部分是在锂离子周围配位并互相交连在一起。在另一个实例中，与各种聚合物链配位的金属离子能被加入可逆的氧化还原电解质部分中以促进凝胶。从结合得到的凝胶电解质组合物使用于各种光电池实例，比如光电纤维、光电池和电相互连接的光电模块。
回过来参照图1-4，载电荷材料115，215，315和415可以包括具有能够在多个位置与金属离子配位的有机化合物的电解质组合物；比如锂的金属离子；以及电解质溶液。可以组合这些材料以制备使用于载电荷材料115，215，315和415层的胶化的电解质组合物。在一个实例中，载电荷材料115，215，315和415包括氧化还原系统。合适的氧化还原系统可以包括有机和/或无机氧化还原系统。这种系统的例子包括但不限于：硫酸铈(III)/铈(IV)、溴化钠/溴、碘化锂/碘、Fe2+/Fe3+、Co2+/Co3+和紫精。
下面提供了在具有凝胶电解质组合物的DSSC的情形中的本发明的实例。依据下述程序制备在下述实例中使用的光电极。将水性二氧化钛悬浮液(P25，使用悬浮液制备技术制备，全部固体含量在30-37％的范围内)旋转浇射于涂覆了SnO2:F的载玻片(15Ω/cm2)。氧化钛涂层的典型厚度是8μm左右。以室温对涂覆的玻片进行晾干，并以450℃的温度烧结30分钟。在将玻片冷却至约80℃之后，将玻片浸渍入在乙醇中的3×10-4M的N3染料溶液中一个小时。移出玻片并以乙醇进行冲洗，并在玻片温热装置之上以40℃进行大约10分钟的干燥。将玻片切割成有效面积为大约0.7厘米×0.7厘米的正方形电池。使用玻璃棒将制备的凝胶涂覆于光电极之上，并将其夹在镀铂涂覆的、SnO2:F涂覆的导电载玻片之间。在AM 1.5的太阳能模拟条件中(也就是具有强度为1000W/m2的光的辐射)测量电池性能。
实施例9在以标准离子液体为基础的电解质组合物中的碘化锂的作用
在该说明性实施例中，所使用的标准的、离子性、液体为基础的氧化还原电解质组合物包含混合物，该混合物包含99％(重量)的以咪唑碘鎓盐为基础的离子液体和1％的水(重量)，其结合有0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑。在各种试验中，具有至少0.10M的碘浓度的电解质溶液显示出了最佳的太阳能转换效率。在标准的组合物中，使用丁基甲基咪唑碘鎓盐(MeBuImI)作为离子液体。随着碘浓度的增大光电压减小，同时光电导效率和转换效率至少增大至0.25M碘浓度。增加碘化锂至标准的组合物中提高了光电特性Voc和Isc和η。因此，除了作为凝胶剂的锂的作用，它可以用于提高全部的光电特性。表3总结了LiI对光电特性的作用。
表3
| 标准 | 标准+1重量％LiI | 标准+2重量％LiI | 标准+3重量％LiI | 标准+5重量％LiI | |
| η(％) | 2.9％ | 3.57 | 3.75 | 3.70 | 3.93 |
| Voc(V) | 0.59 | 0.61 | 0.6 | 0.6 | 0.61 |
| Isc(mA/cm2) | 10.08 | 11.4 | 11.75 | 11.79 | 12.62 |
| Vm(V) | 0.39 | 0.4 | 0.39 | 0.4 | 0.39 |
| Im(mA/cm2) | 7.44 | 9.02 | 9.64 | 9.0 | 10.23 |
下面参考占空因数，并从太阳能转换效率对开路电压和短路电流乘积的比率计算该占空因数，也就是，FF＝η/[Voc*Isc]。
实施例10阳离子在光电特性的增强上的作用
为了确定光电特性的增强是否是由于锂或碘化物的存在引起的，使用了各种碘化物与包括锂、钾、铯和四丙基铵碘化物的阳离子进行对照实验。将碘化物浓度固定为376μmols每克标准的电解质组合物。使用的标准组合物是包含99％的MeBuImI和1％的水的混合物，其结合了0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑。376μmols每克标准电解质组合物的各种碘化盐溶解于电解质中。观测到LiI的完全溶解。其它的盐需要长时间溶解并且不会在整个实验过程中完全溶解。使用所制备的包含各种阳离子的电解质制备以DS SC为基础的光电池。表4示出了各种阳离子对光电特性的作用。从表4的第二列可以明显看出：相比较于标准的配方，Li+离子示出了增强的光电特性，同时其它的阳离子没有显现出对增强光电特性的贡献。
表4
| 标准 | 标准+LiI | 标准+NPR4I | 标准+KI | 标准+CsI | |
| η(％) | 3.23 | 4.39 | 2.69 | 3.29 | 3.23 |
| Voc(V) | 0.58 | 0.65 | 0.55 | 0.58 | 0.6 |
| Isc(mA/cm2) | 10.96 | 12.03 | 9.8 | 9.91 | 10.14 |
| Vm(V) | 0.36 | 0.44 | 0.36 | 0.4 | 0.4 |
| Im(mA/cm2) | 8.96 | 9.86 | 7.49 | 8.25 | 8.32 |
实施例11离子液体类型的作用
在本发明的一个方面中，已经发现以MeBuImI为基础的电解质组合物实施起来稍微好于以MePrImI为基础的电解质。此外，如表5所示，试验结果表明，以1/1混合的MeBuImI和MePrImI显示出好于MeBuImI的性能。
表5
| 376μmols的LiI/每克的以MeBuImI为基础的标准电解质组合物 | 376μmols的LiI/每克的以MeBuImI/MePrImI为基础的标准电解质组合物 | |
| η(％) | 3.64 | 3.99 |
| Voc(V) | 0.63 | 0.63 |
| Isc(mA/cm2) | 11.05 | 11.23 |
| Vm(V) | 0.42 | 0.42 |
| Im(mA/cm2) | 8.69 | 9.57 |
实施例12组合物A中使用由锂引发的凝胶以代替二溴化合物
在该说明性实施例中，通过将0.09M的碘溶入由99.5重量％的1-甲基-3-丙基咪唑碘鎓盐和0.5重量％的水构成的混合溶剂中制备组合物A。然后，将0.2克的聚(4-乙烯基吡啶)(“P4VP”，一种含氮化合物)溶入10克组合物A中，进一步将0.2克的1，6-二溴己烷(一种有机溴化物)溶入得到的组合物A溶液中，从而获得电解质组合物，其是凝胶电解质的前体。
当使用5重量％的碘化锂(每克标准的电解质组合物含376μmols的锂盐)作为在包含(i)2重量％的P4VP和(ii)包含99.5％的MePrImI和0.5％的水的混合物的电解质组合物中的胶凝剂时迅速出现凝胶。当上下颠倒含有由锂引发的凝胶的小瓶时凝胶不会流动。一种方法是使用二溴化合物，其产生了交联区域悬浮于液体中的相分离电解质，其是流动的(甚至在以100℃进行30分钟凝胶处理之后)。具有和不具有LiI的组合物A的光电特性的比较示于下面的表6和表7中。结果表明可以使用锂离子获得适于制备以DSSC为基础的光电池的功能性凝胶，同时也提高了光电特性。
表6
| 具有二溴己烷的组合物A | 具有2重量％P4VP的组合物A | 以MeBuImI为基础的电解质+2重量％P4VP+5重量％LiI | |
| η(％) | 2.6 | 3.04 | 3.92 |
| Voc(V) | 0.59 | 0.58 | 0.65 |
| Isc(mA/cm2) | 9.73 | 10.0 | 11.45 |
| Vm(V) | 0.38 | 0.38 | 0.42 |
| Im(mA/cm2) | 6.82 | 8.04 | 9.27 |
表7
| (a)组合物A，其中MePrImI∶水为99.5∶0.5并具有2％的P4VP和0.09M的碘 | (b)和(a)相同的组合物，但其具有5重量％的LiI | |
| 物理特性 | 略带红色的液体；流动性良好 | 不分散的凝胶；不会流动；通过使用玻璃棒施加压力会稀疏 |
| 效率 | 2.53％ | 3.63％ |
| Voc | 0.55V | 0.62V |
| Isc | 9.82mA/cm2 | 12.29mA/cm2 |
| Vm | 0.343V | 0.378V |
| FF | 0.47 | 0.47 |
实施例13锂盐阴离子对DSSCs的效率和光电压的作用
实施试验以研究抗衡离子对锂的作用，假设锂具有明显的增强DSSCs的整体效率的作用。每克包含MePrImI、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的电解质组合物使用376μmols的LiI、LiBr和LiCl以研究电池的光电特性。包含这些电解质的电池的光电特性示于表8中。
表8
| 包含LiI的电解质组合物 | 包含LiBr的电解质组合物 | 包含LiCl的电解质组合物 | |
| 效率 | 3.26％ | 3.64％ | 3.71％ |
| Voc | 0.59V | 0.62V | 0.65V |
| Isc | 10.98mA/cm2 | 11.96mA/cm2 | 11.55mA/cm2 |
| Vm | 0.385V | 0.4V | 0.40V |
| FF | 0.5 | 0.49 | 0.49 |
实施例14钝化和增强的效率以及DSSCs的光电压
在光电池领域中，术语钝化指的是在太阳能电池的电解质内部减少电子至核素的迁移的处理。典型的，钝化包括通过在甲氧基丙腈的叔丁基吡啶的溶液中或在其他合适的化合物中沉浸处理毫微微粒层。在通过以染料处理光电池的比如二氧化钛海绵体的毫微基质层之后，可以存在染料已经不能吸附的在毫微矩阵层中的区域。通常在DSSC上实施钝化处理防止可逆的电子迁移反应产生由还原剂存在于未染色的区域异致的终结。当在DSSCs中使用包含各种锂盐和/或其它碱金属盐的离子液体混合物时，典型的钝化作用不是必需的。使用不具有钝化处理的锂的氯化盐获得大于0.65V的光电压。
在该说明性实施例中，通过将DSSC沉浸入在甲氧基丙腈中的10重量％叔丁基吡啶的溶液15分钟对它进行钝化。在钝化之后，在玻片温热装置之上保持40℃的温度对DSSC进行大约10分钟的干燥。使用在本次研究过程中使用的每克标准电解质混合物376μmols的LiI、LiBr和LiCl使包含MePrImI、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的电解质组合物凝胶化。在电解质中增加以叔丁基吡啶为基础的钝化剂增强了DSSC的光电压，但由于减小了光导电率而减小了DSSC的效率。表9总结了钝化对包含各种锂卤化物的电解质的光电特性的作用。
表9
| 使用Lil凝胶化的电解质 | 使用LiBr凝胶化的电解质 | 使用LiCl凝胶化的电解质 | |
| 效率 | 3.5％ | 3.65％ | 3.85％ |
| Voc | 0.61V | 0.63V | 0.65V |
| Isc | 10.96mA/cm2 | 11.94mA/cm2 | 11.75mA/cm2 |
| Vm | 0.395V | 0.4V | 0.405V |
| FF | 0.52 | 0.49 | 0.5 |
实施例15锂在包含聚乙烯基吡啶的电解质组合物的凝胶中的作用以及其它碱金属离子对成胶性的作用
锂阳离子在包含例如P4VP的如2重量％的较小量的离子液体组合物的凝胶化中显现得具有独特的作用。使用比如钠、钾和铯的其它碱金属离子以进行凝胶试验。将比如碘化锂、氯化钠、碘化钾、碘化铯的碱金属盐添加到包含丙基甲基咪唑碘鎓盐(MePrImI)、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑的电解质组合物的部分中。只有含碘化锂的组合物在所使用的试验环境下凝胶化。在使用的试验环境下，包含钠、钾和铯的剩余三种组合物不凝胶。比如钙、镁和锌的二价金属离子以及比如铝或其它过渡金属离子的三价金属是其它可能凝胶的盐。
实施例16碘和锂的浓度对离子液体电解质凝胶的作用
在该说明性实施例中，通过添加锂盐至包含MeByImI、碘和2重量％P4VP的电解质组合物制备凝胶。使用高温烧结、N3染料敏化的氧化钛光电极和镀铂的SnO2:F涂覆的导电载玻片测试凝胶的光电特性。LiI和LiCl都可使包含少量(2％就是足够的)的像P4VP的配位聚合物的以离子液体为基础的组合物凝胶。在缺乏甲基苯并咪唑的组合物中，锂不影响光电压。5重量％对应于这样一种组合物，其包括每克离子液体376μmols的锂盐以及由99重量％的丁基甲基咪唑碘鎓盐、1％的水、0.25M的碘和0.3M的甲基苯并咪唑形成的混合物。因此，1重量％对应于376/5≈75μmol锂盐每克离子液体的组合物。在表10中总结了光电特性。
表10
| 5％LiI | 2.5％LiI | 5％LiCl | 2.5％LiCl | |
| 0.05M碘 | η＝1.6％Voc＝0.6VIsc＝4.89mAFF＝0.54Vm＝0.445V | η＝1.23％Voc＝0.59VIsc＝4.21mAFF＝0.495Vm＝0.415V | η＝0.64％Voc＝0.59VIsc＝2.95mAFF＝0.36Vm＝0.4V | η＝1.19％Voc＝0.58VIsc＝3.87mAFF＝0.53Vm＝0.426V |
| 0.1M碘 | η＝1.22％Voc＝0.48VIsc＝6.46mAFF＝0.39Vm＝0.349V | η＝1.29％Voc＝0.56VIsc＝5.12mAFF＝0.45Vm＝0.386V | η＝2.83％Voc＝0.57VIsc＝9.04mAFF＝0.55Vm＝0.422V | η＝2.06％Voc＝0.58VIsc＝7.14mAFF＝0.5Vm＝0.42V |
| 0.25M碘 | η＝2.58％Voc＝0.55VIsc＝11.49mAFF＝0.41Vm＝0.338V | η＝3.06％Voc＝0.55VIsc＝10.78mAFF＝0.52Vm＝0.36V | η＝3.4％Voc＝0.56VIsc＝11.32mAFF＝0.54Vm＝0.369V | η＝2.6％Voc＝0.56VIsc＝10.18mAFF＝0.46Vm＝0.364V |
实施例17聚合物浓度对成胶性的作用以及氧化还原电解质凝胶的光电特性
在该说明性实施例中，改变聚合物浓度以研究其对凝胶粘度和光电特性的作用。用于研究而使用的电解质组合物是包含99％的MeBuImI、1％的水、0.25M的碘、0.6M的LiI和0.3M的甲基苯并咪唑的混合物。从1％到5％改变聚合物P4VP的浓度。当向下倾斜包含凝胶的小瓶时具有1％的P4VP的电解质组合物流动得较慢。具有2％、3％、5％的凝胶则不会流动。相比较于2％的P4VP制品，具有5％的P4VP的凝胶显现出更多的固态。表11总结了包含被研究的各种P4VP含量的凝胶的光电特性。
结果表明：随着通过增加P4VP的含量获得的粘度的增加，光电特性不发生改变。因此，可以调整凝胶的粘度而不会引起光电特性的退化。甲基苯并咪唑对获得高的η是必需的。增加碘的浓度至0.25M也会增加效率。超过0.25M，会强烈地减小光电压，减小了整体效率。没有发现其它金属离子或像铯、钠、钾或四烷基铵离子的阳离子会对提高效率有贡献，并且不会引起电解质溶液的凝胶。此外，发现通过增强光电压而不引起减小包含甲基苯丙咪唑的组合物的光导电性，氯化物阴离子与锂一起会提高效率。
表11
| 光电特性 | 1％P4VP | 2％P4VP | 3％P4VP | 5％P4VP |
| η(％) | 3.23 | 3.48 | 3.09 | 3.19 |
| Isc(mA/cm2) | 10.74 | 10.42 | 12.03 | 10.9 |
| Voc(V) | 0.59 | 0.59 | 0.6 | 0.61 |
| Vm(V) | 0.39 | 0.4 | 0.38 | 0.40 |
| Im(mA/cm2) | 8.27 | 8.69 | 8.07 | 8.03 |
| FF | 0.51 | 0.57 | 0.43 | 0.48 |
D.共敏化剂
依据说明性实施例，上面描述的光敏剂包括第一敏化染料和第二电子供体物质、即“共敏化剂”。可将第一敏化染料和共敏化剂一起添加或分别添加以形成在图1-4中示出的光敏化的相互连接的毫微微粒材料112，212，312和412。如关于图1-4在上面提到的，敏化染料促进入射可见光转化成电流以产生期望的光电效应。在一个说明性实施例中，共敏化剂赠与电子至受体以形成稳定的阳离子原子团，其提高了从敏化染料至半导体氧化物毫微微粒材料的电荷转移的效率，并减小了至敏化染料或共敏化剂的反向电子转移。共敏化剂优选包括(1)在氮原子上的自由电子对和芳环的杂化轨道的共轭，该氮原子键合到芳环上，以及在电子转移之后，通过这些杂化轨道得到的阳离子原子团的共振稳定性；以及(2)比如羧基或磷酸根的配位基，其功能是将共敏化剂锚定至半导体氧化物。合适的共敏化剂的例子包括但不限于芳族胺(例如三苯胺和它的衍生物)、咔唑和其它稠环类似物。
再次回头参考图1-4，共敏化剂电耦合至光敏化的相互连接的毫微微粒材料112，212，312及412的导电带。合适的配位基包括但不限于羧基、磷酸根或比如是肟或α酮烯醇化物的螯合基。
在下面的表12-18中显示的结果表明：当共敏化剂与敏化染料一起在高温烧结或低温相互连接的二氧化钛的表面上共同吸附时，光电池效率增加。在表12到18中，利用AM 1.5太阳能模拟条件(也就是具有强度为1000W/m2的光的辐射)得到特性。可以使用的液体电解质包括1M LiI、1M的叔丁基吡啶、在3-甲氧基丙腈中的0.5M I2。在表中示出的数据表示用于低温相互连接(表15、17和18)和高温烧结(表12、13、14和16)二氧化钛毫微微粒的一个或多个操作电池参数的增强。列出的太阳能电池特性包括η、Voc、Isc、FF、Vm和Im。敏化剂与共敏化剂的比率基于在敏化溶液中光敏剂的浓度。
具体的，发现如果共敏化剂的浓度低于染料浓度的大约50mol％，芳族胺增强了染料敏化的二氧化钛太阳能电池的电池性能。在图19和20中示出了优选芳族胺的通常分子结构的例子。优选地，共敏化剂的浓度在大约1mol％到大约20mol％的范围中，并且更优选地，在大约1mol％到大约5mol％的范围中。
图19A描述了可以作为共敏化剂的化学结构1900。通过它的配位基或螯合基A，分子1900吸附至毫微微粒层的表面。A可以是如上面所述的羧酸基或它的衍生物、磷酸根、肟或α酮烯醇化物。图19B描述了结构1900的说明性实例1910，也就是DPABA(二苯胺苯甲酸)，其中A＝COOH。图19C描述了称为DEAPA(N′，N-二苯胺苯丙酸)的另一种具体胺1320，其中A为羧基衍生物COOH。
图20A示出了可以作为共敏化剂或敏化染料的化学结构1930。该分子不吸收超过500nm的辐射，并且通过它的配位基或螯合基A吸附至毫微微粒层的表面。A可以是羧酸基或它的衍生物、磷酸根、肟或α酮烯醇化物。每个R1和R2可以是苯基、烷基、取代的苯基，或苄基。优选地，烷基可以包含1到10个碳。图20B描述了结构1930的说明性实例1940，也就是DPACA(2，6双(4-苯甲酸)-4-(4-N，N-二苯胺)苯基吡啶羧酸)，其中R1和R2是苯基，A是COOH。
DPACA 1940可按如下方式合成。将1.49克(9.08mmol)的4-乙酰基苯甲酸、1.69克(6.18mmol)的4-N，N-二苯基苯甲醛和5.8克(75.2mmol)的醋酸铵添加至配备冷凝器和搅拌桨的100ml圆底烧瓶中的60ml的醋酸中。在氮气中以搅拌对溶液进行5个小时的加热回流。将反应冷却至室温并浇进150ml的水中，以150ml的二氯甲烷对其进行萃取。分离二氯甲烷并以旋转蒸发器对其进行蒸发，得到了黄色的油。然后在硅凝胶柱上以4％的甲醇/二氯甲烷洗提以给出橙色固体的产物。以甲醇对固体清洗并进行真空干燥以给出0.920克的DPACA。熔点是199°-200°，λMAX是421nm，并且摩尔消光系数E是39,200L mole-1cm-1。通过NMR光谱学确认该结构。列出的太阳能电池特性包括η，Voc，Isc，FF，Vm和Im。敏化剂与共敏化剂的比值是以敏化溶液中的光敏剂的浓度为基准的。
表12给出了用高温烧结二氧化钛的结果；通过在1mM N3染料的溶液中和DPABA的三种浓度的通宵浸透进行光敏化。表12也示出了对于优选的20/1(染料/共敏化剂)比率，平均η为最大。
表12
表13示出了使用截止滤光片(第三和第四条目(entries))同时照射电池以测试它的I-V特性的结果。表13也表明：当存在DPABA时仍然会增强电池的效率，同时表明：当不存在滤光片时，由于DPABA对UV光的吸收以及随后的电荷注入，它的作用不会简单。图21描述了DPABA的吸光率对波长的函数曲线图2100，DPABA在400nm以下吸收光线。由于截止滤光片的吸收是大的，几乎没有光到达DPABA的吸收带。
表13
表14表明：在所述条件下，添加三苯胺自身(也就是没有比如羧基的二氧化钛配位基)不会明显提高效率。
表14
表15表明使用低温烧结相互连接二氧化钛时效果是存在的，并且20/1(染料/共敏化剂)的比率是优选的。
表15
表16给出了以高浓度N3染料敏化的高温烧结二氧化钛，同时对共敏化剂保持20/1比率的结果。条目1和2表明：由于共敏化剂，提高了电池性能。条目3示出了仅DPABA作为敏化剂的作用，其表明当以全部太阳能谱照射(其包括低强度UV辐射)时，该材料自身作为敏化剂。
表16
表17示出了低温相互连接的二氧化钛的结果。条目5示出了仅DPACA作为敏化剂的影响，其表明当以全部太阳能谱照射(其包括低强度UV辐射)时，该材料自身作为敏化剂。
表17
表18示出了低温相互连接的二氧化钛的结果。条目6示出了仅DEAPA作为敏化剂的影响，其表明当以全部太阳能谱照射(其包括低强度UV辐射)时，该材料自身作为敏化剂。
表18
E.半导体氧化物的配方
在进一步的说明性实例中，本发明提供用于DSSCs的半导体氧化物的配方，如上面所述，该DSSCs由低温半导体氧化物毫微微粒相互连接形成。可以以室温用半导体氧化物的配方涂覆，其以大约50℃和150℃之间的温度进行干燥，得到机械稳定的半导体毫微微粒薄膜，其与透明导电氧化物(TCO)涂覆的塑料基板的粘合良好。在一个实例中，由一种分散液形成光敏化的相互连接的毫微微粒材料112，212，312和412的毫微微粒半导体，该分散液为可商购的TiO2毫微微粒的水、一种聚合物粘合剂以及具有或不具有乙酸的分散液。使用的聚合物粘合剂包括但不限于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚环氧乙烷(PEO)、羟乙基纤维素(HOEC)、羟丙基纤维素、聚乙烯醇(PVA)和其它水可溶的聚合物。半导体氧化物微粒如TiO2对聚合物的比率，以重量计算，可以在大约100∶0.1至100∶20之间，并且优选的在大约100∶1至100∶10之间。在配方中乙酸的存在有助于提高涂层对TCO涂覆基板的粘合。然而，乙酸对本发明的该方面不是必须的，并且不使用乙酸的半导体氧化物分散液也令人满意。在另一个实例中，TiO2毫微微粒与聚合物粘合剂例如PVP、布特伐尔、乙基纤维素等一起分散于有机溶剂如异丙醇中。
在另一个说明性实例中，通过使用交联剂以相互连接半导体毫微微粒可以进一步提高半导体氧化物涂层的机械完整性和基于该涂层的染料敏化电池的光电性能。上面描述的聚合连接剂可以用于该用途。可将这些交联剂直接施加进二氧化钛涂层配方中，或作为比如乙醇、异丙醇或丁醇的有机溶剂中的溶液在干燥二氧化钛涂层之后的步骤中施加。例如，随后将薄膜加热至范围在大约70℃至大约140℃的温度会导致TiO2毫微微粒之间的TiO2桥的形成。优选地，基于二氧化钛，在该例子中的聚合连接剂的浓度的范围在大约0.01到大约20重量％。
F.半导体底漆层涂层
在另一个说明性实例中，本发明提供半导体氧化物材料和在基板材料上涂覆半导体氧化物毫微微粒层以形成DSSCs的方法。图22描述了依据本发明涂层处理的说明性实例2200。在该说明性实例中，用半导体氧化物的第一底漆层2220涂覆基板材料2210，然后将半导体氧化物的毫微微粒2230的悬浮液涂覆于底漆层2220之上。底漆层2220可以包括真空涂覆的半导体氧化物薄膜(例如TiO2薄膜)。可替代的，底漆层2220可以包括具有半导体氧化物(例如TiO2、SnO2)的微粒的薄涂层。底漆层2220也可以包括聚合连接剂或前体溶液的薄层，其中的一个例子是在上面的图15中示出的Ti(IV)丁氧金属聚合物1500。依据本发明的一个说明性实例，基板材料2210是图1-4中所示的导电纤维芯线102或202或内部电导体304或404。因此，基板材料2210是透明的、导电的塑料基板。依据该说明性实例，毫微微粒2230的悬浮液是图1-4的光敏化的相互连接的毫微微粒材料112，212，312和412。利用真空涂覆、旋转涂覆、叶片涂覆或其它涂覆方法，可以使用包括SnO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5和ZnO等大量的半导体金属氧化物以薄膜、微粒或前体溶液的形式作为底漆层。
底漆层2220提高了如层2230的毫微结构的半导体氧化物薄膜至基板材料2210的粘合。已经发现使用了这种底漆层对DS SCs的性能的增强，并在下面对其进行描述。由于半导体氧化物毫微微粒(或光电极)和透明导电氧化物涂覆的塑料基板之间的粘合的增加以及较高的分路阻抗引起了性能的增强。
下面是在包括二氧化钛毫微微粒层的DSSCs的情况下，本发明的该方面的各种说明性实例的实施例。
实施例18作为底漆层用于毫微微粒TiO2光电极的真空涂覆TiO2
在该说明性实例中，在聚酯(这里为PET)基板上的ITO涂覆层上以真空对具有厚度范围从2.5nm到100nm的TiO2薄膜进行喷涂涂覆。将以水为基础的TiO2(P25，具有21nm的平均微粒尺寸)浆液旋转涂覆于具有喷涂涂覆的薄TiO2的ITO/PET和普通的ITO/PET(也就是不具有喷涂涂覆薄的TiO2的部分)之上。将涂覆的薄膜浸泡进丁醇中的聚[Ti(OBU)4]溶液，然后以120℃加热处理2分钟。将低温反应性相互连接的薄膜放置于疏质子极性溶剂为基础的N3染料溶液(8mM)中2分钟。以铂(Pt)相辅助电极、I-/I3 -液体电解质、2mil SURLYN和铜导带获得光电池，使用太阳模拟器实施I-V特性测量。
涂覆在用薄TiO2涂覆的ITO/PET之上的从P25浆液得到的毫微结构的TiO2薄膜的粘合比普通的ITO/PET之上的薄膜好。相比较于在普通的ITO/PET之上的那些，从用薄TiO2喷涂涂覆的ITO/PET之上制备的PV电池也观测到好的光电池的性能。也获得了占空因数上的改进。在用薄TiO2喷涂涂覆的ITO/PETs之上获得的光电池测量到高达0.67的FF。对于在普通的ITO/PET之上获得的光电池，观测到的FF不大于0.60。在以薄TiO2喷涂涂覆的ITO/PET之上制备的光电极上测得较高的光电转换效率(大约比用普通的ITO/PET获得的光电极高17％)。对于在以薄TiO2喷涂涂覆的TiO2ITO/PET之上制备的光电池也观测到分路阻抗的提高。
实施例19作为用于TiO2悬浮液的底漆层的TiO2微粒
在该说明性实例中，TiO2微粒充分的小，以至于它们可以居于PET基板上的ITO的尖峰之间的凹谷中，其通过水解钛(IV)异丙醇盐制备。然后以800rmp将微粒旋转涂覆于ITO层之上。然后以800rmp将微粒尺寸大约平均为21nm的37％的ITO(P25)悬浮液旋转涂覆于微粒层之上。通过在丁醇中的0.01摩尔Ti(IV)丁氧金属聚合物的15分钟的浸渍，紧接着，在以120℃加热2分钟之前在玻片温热装置上以50℃进行干燥，从而以低温相互连接涂覆的TiO2。通过浸入8mM疏质子极性溶液2分钟以N3染料对相互连接的涂层进行染色，然后用乙醇进行清洗并在玻片温热装置上以50℃进行干燥2分钟。以相同的方式制备对照涂层，除了不使用微粒底漆涂层。利用太阳模拟器测量电池的性能特性。在下面的表19中列出了测试和对照的结果。用于TiO2悬浮液的作为底漆涂层的氧化锡的微粒得到了相同的改进。
表19
| Voc | Isc | η | FF | |
| 对照 | 0.64 | 4.86 | 1.67％ | 0.54 |
| 发明 | 0.66 | 6.27 | 2.36％ | 0.57 |
实施例20作为用于TiO2的底漆层在丁醇(前体溶液)中的钛(IV)丁氧金属聚合物
在另一个测试中，以800rpm在ITO/PET塑料基板之上喷涂涂覆0.01摩尔的丁醇中的钛(IV)丁氧金属聚合物。以800rmp旋转涂覆平均微粒尺寸大约为21nm的43％的TiO2(P25)悬浮液。通过在丁醇中的0.01摩尔Ti(IV)丁氧金属聚合物的15分钟的浸渍，紧接着，在以120℃加热2分钟之前在温热装置上以50℃进行干燥，从而以低温相互连接涂覆的TiO2。通过浸入8mM疏质子极性溶液2分钟以N3染料对烧结的涂层进行染色，然后使用乙醇进行清洗并在玻片温热装置上以50℃进行干燥2分钟。以相同的方式制备对照涂层，仅除了不使用底漆层涂层。利用太阳模拟器测量电池的I-V特性。在表20中列出了测试和对照的结果。
表20
| Voc | Isc | η | FF | |
| 对照 | 0.66 | 7.17 | 2.62％ | 0.56 |
| 发明 | 0.70 | 8.11 | 3.38％ | 0.59 |
实施例21光电纤维
图23描述了说明性的光电纤维2300。在氢氟酸与硝酸的混合物中清洗钛导线2304导致其表面变成微粒状，将钛导线2304用TiO2微粒2308的分散液(异丙醇基，34.9％为固态，1/480含0.073％聚丁氧基钛酸酯的丁醇溶液被加到其中)涂敷。使用开口直径约为10密耳(mil)的锥形玻璃涂药器将该分散液涂到钛导线2304上。为了提高TiO2涂层2308的完整性及处理有涂层导线的能力，TiO2涂层2308在相对较高的温度(约450℃)烧结30分钟。在室温条件下将TiO2涂层2308浸入8mM的N3-染料溶液中2分钟，在乙醇中浸泡45秒并风干来使其染料敏化。带有TiO2涂层2308的钛导线2304被插入到保护层2312内，保护层2312为TEFLON(DuPont公司有售)微管(Zeus Industrial Products公司有售)。细铂导线也被插入保护层2312作为对电极2316。保护层2312被液体电解质溶液填充来完成光电纤维2300。
在钛导线2304上的TiO22308的典型干燥范围为10密耳(mil)。钛导线2304的直径为7.7密耳(mil)。TEFLON微管保护层2312为16密耳(mil)，尽管也可以用20mil的微管。铂导线对电极2316的直径为3密耳(mil)。液体电解质2320为含1M碘化锂、0.05M碘和1M叔丁基吡啶的甲氧基丙腈溶液。在太阳能模拟器中测定光电特性。开路电压Voc在0.70V～0.73V范围内，短路电流Isc在4.1mA/cm2～4.6mA/cm2范围内。典型的电池的太阳能效率为1.53％。由阳极化钛导线制成的光电纤维的平均太阳能效率为2.11％。
保护层2312并不限于TEFLON。保护层可以是任何柔韧的可传送光的聚合材料，包括但不限于聚丙烯酸酯聚酯薄膜、聚苯乙烯、聚脲、聚氨酯、环氧树脂等。可以将保护层2312涂敷在光电纤维2300上，而不是将电池嵌在保护层2312内。涂敷方法包括但不限于喷涂、散涂或将纤维浸泡在保护材料中来生成保护层2312。
我们已经参照具体的说明性实施例对本发明进行了详细的展示和描述，但是应该理解，在后附的权利要求限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明可以有各种改动。通过举例，任何公开的特性都可以与任何其他公开的特性相结合以形成光电池，光电模块或光电纤维。
Claims (18)
1.一种光电材料，包括：
具有外表面的纤维芯线；
透光的电导体；和
光转换材料，该光转换材料设置在该纤维芯线的外表面与该透光的电导体之间，
其中该光转换材料包含异质结复合材料。
2.根据权利要求1所述的光电材料，其中该异质结材料包含从由富勒烯、碳纳米管和它们的组合构成的群组中选出的材料。
3.根据权利要求1所述的光电材料，其中该异质结材料包含富勒烯。
4.根据权利要求1所述的光电材料，其中该异质结材料包含共轭聚合物。
5.根据权利要求4所述的光电材料，其中该共轭聚合物包含从由聚噻吩、聚喹啉、聚对苯乙炔和它们的组合构成的群组中选出的聚合物。
6.根据权利要求4所述的光电材料，其中该光转换材料还包含一种或多种类型的相互连接的金属氧化物毫微微粒。
7.根据权利要求1所述的光电材料，其中该纤维芯线包含柔软的聚合物材料。
8.根据权利要求1所述的光电材料，其中该纤维芯线包含聚对苯二甲酸乙二醇酯。
9.根据权利要求1所述的光电材料，其中该纤维芯线包含从由亚麻、棉花、羊毛、丝绸、尼龙和它们的组合构成的群组中选出的一种或多种材料。
10.根据权利要求1所述的光电材料，其中该纤维芯线是基本电绝缘的。
11.根据权利要求10所述的光电材料，进一步包含设置在该纤维芯线的外表面上的内置电导体。
12.根据权利要求1所述的光电材料，其中该纤维芯线是基本导电的。
13.根据权利要求12所述的光电材料，其中该纤维芯线包含从由金属、金属氧化物、金属合金、导电聚合物、填充聚合物和它们的组合构成的群组中选出的材料。
14.包含权利要求1所述光电材料的制品。
15.包含权利要求1所述光电材料的柔软的纺织品。
16.一种光电制品，包括：
具有外表面的导电的纤维芯线；
由该导电的纤维芯线的外表面支撑的光转换材料；
导线形式的对电极；和
保护层，该保护层环绕该导电的纤维芯线、该光转换材料和该对电极使该制品为纤维的形式。
17.根据权利要求16所述的光电纤维，其中该保护层包含柔软的聚合物材料。
18.根据权利要求16所述的光电纤维，其中该对电极包含铂。
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