專利名稱：光電元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)選用作太陽能電池等的光電元件，更優(yōu)選涉及Grtzel太陽能電池的撓性光電元件及連續(xù)制造此光電元件的新方法。
背景染料光電太陽能電池(“Grtzel-電池”或染料PV電池)是一種新太陽能電池，當前其以向商業(yè)化方向發(fā)展。在標準AM1.5的陽光下，Grtzel-電池能將太陽輻射轉(zhuǎn)化成電流，其效率超過10％。在Grtzel-電池中，光電電池包括沉積在其上已涂敷有多層二氧化鈦層的玻璃板或透明聚合物薄片上的光傳輸導(dǎo)電層，其中至少最后一層二氧化鈦層(可選擇地第二層到最后一層及第三層到最后一層)摻雜有選自二價或三價金屬的金屬離子。
在改進形式中，例如US5,482,570涉及一種光電電池，該光電電池包括基底，該基底包括支撐面，該支撐面上設(shè)有第一電極及與第一電極通過多個層分開的第二電極，該多個層包括至少一個半導(dǎo)體材料層和活動連接交界面，所述的活動連接具有比其投影表面積更大的展開表面積。
WO99/66519描述一種制造光電元件的方法，該光電元件包括至少由第一導(dǎo)電層、沉積于其上的結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體材料層、第二導(dǎo)電層及置于半導(dǎo)體材料層和第二導(dǎo)電層間的電解質(zhì)體組成的層狀結(jié)構(gòu)，其中至少一個導(dǎo)電層是透明的并沉積于透明基底上，該方法包括(i)在第一導(dǎo)電層上制造結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體材料層及制造導(dǎo)電層；(ii)在沉積的半導(dǎo)體材料周圍設(shè)置熱塑性粘合材料的邊緣區(qū)；(iii)分別在所述的邊緣區(qū)上方設(shè)置第二和第一導(dǎo)電層；(iv)局部加熱該邊緣區(qū)的至少第一部分，同時在第一部分的表面局部施加壓力以使粘合劑粘合第一和第二導(dǎo)電層從而形成部分有界的空間；(v)在所述的空間中引入電解質(zhì)體，其中第二導(dǎo)電層因該液體而與半導(dǎo)體材料導(dǎo)空間分離；及(vi)局部加熱該邊緣區(qū)在第四步驟中沒有被加熱的其余部分，同時在其余部分的表面局部施加壓力以使粘合劑粘合第一和第二導(dǎo)電層從而封閉該液體。
根據(jù)一種改進的方法(M.Spth，J.M.Kroon，P.M.Sommeling，J.A.Wienke，J.A.M.van Roosmalen Netherlands Energy Research FoundationECN，和T.B.Meyer，A.F.Meyer，O.Kohle Solaronix S.A.)，Grtzel型納米結(jié)晶染料敏化太陽能電池(nc-DSC)的工作原理取決于工作循環(huán)，工作循環(huán)由激勵染料、電子注入進二氧化鈦及用氧化還原偶快速還原氧化的染料組成。適合市場需求的低和高功率應(yīng)用的新設(shè)計構(gòu)思已導(dǎo)致工作nc-DSC塑料電池的產(chǎn)生。引入了適于nc-DSC高功率應(yīng)用的新密封和相互連接技術(shù)。
在EP 1 087 412中提供了一種電解質(zhì)組合物，其包括含有至少一種咪唑鎓鹽的電解質(zhì)、溶解在該電解質(zhì)中的含鹵素化合物及溶解在該電解質(zhì)中并含有至少一種選自N、P和S的元素且能夠與含鹵素化合物一起形成鎓鹽的化合物，該咪唑鎓鹽選自碘化1-甲基-3-丙基咪唑鎓鹽、碘化1-甲基-3-異丙基咪唑鎓鹽、碘化1-甲基-3-丁基咪唑鎓鹽、碘化1-甲基-3-異丁基咪唑鎓鹽及碘化1-甲基-3-仲丁基咪唑鎓鹽。
WO99/66519公開一種制造光電元件的方法，該光電元件包括至少由第一導(dǎo)電層、沉積于其上的結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體材料層、第二導(dǎo)電層及置于半導(dǎo)體材料層和第二導(dǎo)電層間的電解質(zhì)體組成的層狀結(jié)構(gòu)，其中至少一層導(dǎo)電層是透明的并沉積于透明基底上，該方法包括(i)在第一導(dǎo)電層上制造結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體材料層及制造導(dǎo)電層；(ii)在沉積的半導(dǎo)體材料周圍設(shè)置熱塑性粘合材料的邊緣區(qū)；(iii)分別在所述的邊緣區(qū)上方設(shè)置第二和第一導(dǎo)電層；(iv)局部加熱該邊緣區(qū)的至少第一部分，同時在第一部分的表面局部施加壓力以使粘合劑粘合第一和第二導(dǎo)電層從而形成部分有界的空間；(v)在所述的空間中引入電解質(zhì)體，其中第二導(dǎo)電層因該液體而與半導(dǎo)體材料導(dǎo)空間分離；及(vi)局部加熱該邊緣區(qū)在第四步驟中沒有被加熱的其余部分，同時在其余部分的表面局部施加壓力以使粘合劑粘合第一和第二導(dǎo)電層從而封閉該液體。該發(fā)明沒有涉及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)構(gòu)思。此外，該發(fā)明不允許或沒有提出本發(fā)明的可連續(xù)制造方法。
概述本發(fā)明的主要目的是提供一種連續(xù)制造例如用于太陽能電池中的撓性光電元件的制造方法，及一種用于制造太陽能電池的光電元件。
除了生產(chǎn)量顯著提高和可能使用便宜的原料外，本發(fā)明還具有多種優(yōu)點-可能制造基本上無限長的電池，并在組合電池的撓性與電池的大連續(xù)面積的同時保持電池的功能，-簡化了制造方法，例如取消單獨的密封步驟，而密封可在層壓過程中自動實現(xiàn)，并在密封前或過程中取消對應(yīng)用電解質(zhì)的需要，-簡化了制造方法，因為串聯(lián)電池的接觸可以在此方法中自動地一體化，-可能使用特別有效的材料，-可能使用多種不同的材料，-可輥壓的材料和可輥壓的電池，-新的應(yīng)用，-使用非污染材料，-電池的撓性使得最終產(chǎn)品容易折疊、更容易輸送及更容易保存，-可能以簡單的方式調(diào)節(jié)電流或電壓參數(shù)中的至少一種，-適于日光較差的環(huán)境，如室內(nèi)使用或多云地區(qū)。
本發(fā)明也提出使用隔離層，其能與周圍的層粘合，從而使在層壓件中的所有層的粘合成為可能，并同時分離開電解質(zhì)及避免下部電極與TiO2層的接觸。
除了PET外，本發(fā)明也提出使用(各種)其它的透明或半透明材料，如PE/m-LLDPE或PA、PP等。例如，與PET相比使用m-LLDPE通常使包封更好、更防潮濕并且更有成本效益。
適合聚合物的選擇部分地取決于最終欲使用的電池結(jié)構(gòu)(例如室內(nèi)/室外使用、濕度)。用在電池結(jié)構(gòu)內(nèi)的聚合物可以是UV-穩(wěn)定的。
本發(fā)明也提出用SiOx涂布電池內(nèi)和電池外部表面，由此得到幾種優(yōu)點，如防氧和鈍化(即避免電蝕作用或各種化學反應(yīng))。
這樣進一步的優(yōu)點是-通過使用對于TiO2耐熱的基底(即例如在約450℃下耐燒結(jié)的材料)，可能在高溫下燒結(jié)TiO2，從而得到更好的功能，-通過使用對于TCO耐熱的基底，可能使用SnO2作為TCO(透明導(dǎo)電氧化物)，從而得到更好的功能，-通過使用某些隔離層，可以實現(xiàn)對周圍層的粘合，-與PET相比使用PE更有成本效益、更防潮濕，-使用m-LLDPE可得到更好的密封性，并且泄漏的可能性較少，及-用SiOx涂布表面，可以實現(xiàn)表面防氧和鈍化的優(yōu)點。
下面的說明中揭示了本發(fā)明方法和光電元件的其它優(yōu)點。
為此原因，本發(fā)明提供撓性光電元件，其包括至少兩個覆蓋層和半材料，該半材料由至少兩個電極層和至少一個電解質(zhì)載體層組成。該元件由至少兩個覆蓋層和半材料組成，它們通過所述的兩個覆蓋層和所述的半材料的擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮髦械闹辽僖粋€而連接在一起，所述的覆蓋層包封所述的半材料。優(yōu)選地，該元件還包括至少一層基本上撓性耐熱的基底，從而可在高溫下燒結(jié)。這對于簡化該元件的制造步驟是非常重要的。該基底基本上具有半導(dǎo)電特性，并層壓在所述的半材料中。在一個實施方案中，至少一個所述的電極層包括用TCO(透明導(dǎo)電氧化物)涂敷的聚合物材料。該基底可用用半導(dǎo)體材料涂敷。優(yōu)選地，至少一個所述的電極層由用半導(dǎo)體材料涂敷的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成。在一個實施方案中，至少一個電極層由基本上撓性耐熱并用半導(dǎo)體材料涂敷的材料組成。在另一個實施方案中，至少一個電極層由用半導(dǎo)體材料涂敷的線網(wǎng)組成。優(yōu)選地，至少一個所述的電極層是多孔的。在另一個實施方案中，一個電極層被設(shè)置作底層并用催化劑涂敷。優(yōu)選地，該半導(dǎo)體材料用染料涂敷。在所述的電極層間設(shè)置有隔離結(jié)構(gòu)。
聚合物材料可由PE、PET、PP或PA中的一種組成，所述的基本上撓性耐熱的材料可由玻璃纖維組成，所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由玻璃纖維或織物組成。在一個實施方案中，線網(wǎng)由導(dǎo)電材料組成。TCO可由SnO2組成。該半導(dǎo)體材料由TiO2組成。優(yōu)選地，電解質(zhì)含有碘化鉀或碘溶液。該元件包括用TCO涂布的聚合物層、涂敷有TiO2和染料的基底、帶有電解質(zhì)的隔離件及用TCO和催化劑涂布的聚合物層。至少一個所述的覆蓋層基本上是透明的，并由含有如下一種或多種層的單層或多層結(jié)構(gòu)組成PE層、PP層、PET層、粘接層、離聚物層、EAA層、EMAA層、PA層、EVOH層、SiOx層。在一個實施方案中，在應(yīng)用覆蓋層和密封前，在所述的半材料和覆蓋層中的層在所有的層間部分粘合。
優(yōu)選地，在一個實施方案中，該光電元件還包括至少兩個耐熱層，其中這兩層構(gòu)成電極或構(gòu)成用于電極層的基底，并且至少一個耐熱層構(gòu)成用于至少一個半導(dǎo)體層的基底。優(yōu)選地，至少一個所述的電極層用作覆蓋層。
最優(yōu)選地，在所述的擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮髑斑B續(xù)提供所述的層。該元件是Grtzel-電池。為電連接，導(dǎo)電材料被涂敷在電池的外部，由此電連接單個電池的電極。
根據(jù)一個實施方案，電極可以由多孔的金屬箔或金屬網(wǎng)組成，其可用另一種金屬層來金屬化，從而對電解質(zhì)而言更“惰性”。根據(jù)另一個實施方案，如果聚合物基基底用作上部電極，其可被金屬化以實現(xiàn)導(dǎo)電性，并由此通過穿孔用作電極。根據(jù)一個實施方案，電解質(zhì)浸漬的隔離層例如紙或發(fā)泡聚合物可以層壓成電池，從而能用在層間的粘合不是必須的應(yīng)用中。由此避免了注入步驟。
本發(fā)明也提供一種制造撓性光電元件的方法，該方法包括如下步驟提供由至少兩個電極層和至少一個電解質(zhì)載體層組成的半材料，提供至少兩個覆蓋層，通過擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮髦械闹辽僖粋€將所述的至少兩個覆蓋層和所述的半材料連在一起以構(gòu)成所述的元件，由此所述的覆蓋層通過所述的擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮靼馑龅陌氩牧稀?yōu)選地，連續(xù)供給所述的至少兩個覆蓋層和電極層及至少一個電解質(zhì)載體層。該方法還包括在層壓前提供至少一層耐熱基底和/或隔離層的步驟。該方法還包括提供所述的涂敷有TiO2的基底的步驟。該方法還包括在所述的電解質(zhì)載體層中注入電解質(zhì)的步驟。優(yōu)選地，該基底和/或隔離層是所述的電解質(zhì)載體。該方法還包括將電池結(jié)構(gòu)切割成較小的電池單元。優(yōu)選地，該方法通過在二次平行加工中制造所述的電極層而被加速。
注入步驟包括如下步驟在層壓過程中在底部密封膜中設(shè)置孔，在壓力下通過注入裝置將電解質(zhì)經(jīng)該孔注入，由于毛細作用力電解質(zhì)填充隔離件和下部電極的某些部分及基底，及在所述的孔上方設(shè)置薄膜并將其與底部密封膜一起熔接。該方法還包括如下步驟提供穿過電池層的通孔，用電解質(zhì)填充所述的孔，電解質(zhì)可分布至隔離件，及在層壓件每一側(cè)面用鉚接或薄膜來密封。覆蓋裝置是膜或箔。該方法也包括將所述的基底與所述的耐熱隔離層一起輥壓，從而防止在輥壓的基底層間的接觸并使得熱空氣在基底層間穿過。所述的輥壓品例如通過被插進爐子中而與熱空氣接觸，在該爐子中TiO2被干燥和燒結(jié)。
附圖簡要說明下面結(jié)合附圖以非限制性的方式進一步詳細說明本發(fā)明，其中

圖1a和圖1b是示意性的剖視圖，分別表明常規(guī)光電元件和本發(fā)明的元件的一部分，圖2示意性地表明本發(fā)明可選擇的第一種制造方法，圖3示意性地表明本發(fā)明可選擇的第二種制造方法，圖4示意性地表明本發(fā)明可選擇的第三種制造方法，圖5示意性地表明本發(fā)明可選擇的第四種制造方法，圖6示意性地表明本發(fā)明可選擇的連續(xù)制造方法，圖7A示意性地表明本發(fā)明可選擇的詳細制造方法，圖7B示意性地表明本發(fā)明可選擇的詳細制造方法，圖8示意性地表明本發(fā)明制造方法的一部分，圖9示意性地表明本發(fā)明制造方法的另一部分，圖10示意性地表明本發(fā)明元件中電解質(zhì)填充步驟的剖視圖，圖11是表明按本發(fā)明制得的用于太陽能電池的可選擇的最終產(chǎn)品的示意圖，圖12-14表明不同的處理步驟，圖15a、圖15b、圖15c示意性地表明多通道層壓結(jié)構(gòu)的制造。
實施方案詳細說明本發(fā)明的主要構(gòu)思是提供一種大量制造撓性太陽能電池如Grtzel-電池及撓性聚合物基電池結(jié)構(gòu)的方法。這種制造方法例如可以和疊層層壓技術(shù)相比。本發(fā)明也包括使用特定類型的材料的組合，從而實現(xiàn)不同于現(xiàn)有技術(shù)的特殊和連續(xù)的制造方法。
此外，該制造方法的一個變體的主要原理是單獨制造撓性連續(xù)的電極層、半導(dǎo)體層及在某些情況下的隔離層，并將這些層和各種聚合物膜加熱層壓/擠壓涂布成撓性連續(xù)的層壓件(半材料)，其被切成條并在兩層膜間或膜與箔間層壓，從而包封條并由此制得密封電池。如果半材料不含有電解質(zhì)(例如凝膠)，那么在密封后將電解質(zhì)注入進電池中。通過使用這種原理可實現(xiàn)下面的優(yōu)點-不同層的單獨制造允許平行處理步驟，從而節(jié)省時間，-連續(xù)層的制造加速了此方法，-將連續(xù)層加熱層壓/擠壓涂布成層壓件(半材料)使得這些層間的粘合成為可能，從而可能將這些層壓件切成條并在接下來的處理步驟中使用這些條。層間的粘合也使得可制造較大面積的撓性電池而不會使層間的接觸變松，-將層壓件(半材料)切成條使得可在后面的處理中可靈活地調(diào)節(jié)電池的大小，-通過兩個外層間的包封而密封電池(在某些情況下接下來注入電解質(zhì))可明顯簡化電池的密封和填充操作，-通過兩個外層間的包封而密封電池使得更寬和更可靠的密封成為可能。
圖1a和圖1b表明兩個電池的剖面，表明常規(guī)Grtzel-電池元件和按本發(fā)明制造的元件間的差別。圖1a是Grtzel-電池元件100a，圖1b是按本發(fā)明的一種形式制造的電池元件100b。
常規(guī)電池元件100a包括涂敷有SnO2并構(gòu)成電極層102a的玻璃層101a、染料敏化的TiO2層103a、電解質(zhì)層104a及涂敷有SnO2并構(gòu)成電極層105a和涂敷有催化劑的玻璃層106a。
本發(fā)明的示例性電池元件100b包括用TCO涂布的聚合物層101b，其中TCO即層102b和層105b構(gòu)成電極、涂敷有TiO2(或其它半導(dǎo)體材料)并染料敏化的基底103b、帶有電解質(zhì)的隔離件104b及用TCO和催化劑涂布的聚合物層106b或?qū)щ姴?。在耐熱基底上?yīng)用TiO2使其具有撓性并且效率和產(chǎn)量更好。
圖2示意性地表明本發(fā)明一個示例性實施方案的制造步驟。所示的平行步驟可平行的進行。在第一步驟(10)中，構(gòu)成電池結(jié)構(gòu)一面的聚合物膜201用TCO涂布。經(jīng)涂布的聚合物膜2011然后被穿孔(11)成多孔的層2012。在第一步驟(12)中由耐熱材料組成的基底203浸漬在TiO2溶液中并燒結(jié)，然后在第二步驟(13)中用染料敏化以構(gòu)成基底層2032。
然后連接第一層2012和第二層2032，通過擠壓涂布或熱層壓(14)而作為第三層置于第一層2012的上部以形成組合件213。此外，包括聚合物膜206的電池結(jié)構(gòu)的第二面2063涂敷有(15)TCO2061、涂敷有(16)催化劑2062并被穿孔(17)。第二面結(jié)構(gòu)與組合件213連接，作為另一層而在第二面結(jié)構(gòu)的外部與在組合件213和第二面2063間的隔離件208一起被擠壓涂布或熱層壓，從而構(gòu)成電池結(jié)構(gòu)200?？梢栽诓襟E(14)后進行染料敏化以防止損害染料。
從圖中可能看出，組合件213和2063彼此相對錯位，從而可在步驟(43)和(46)中沿機器方向密封其邊緣。否則，在切割(18)后，在最后的層壓步驟(19)中進行沿機器方向和沿交叉方向的密封。最后，將電解質(zhì)注入進包封的電池結(jié)構(gòu)(20)。
使用(a)對TiO2和TCO耐熱的并優(yōu)選由玻璃纖維組成的基底具有多種優(yōu)點，其允許-加熱層壓/擠壓涂布而連接基底和電極，從而使獨特的連續(xù)方法成為可能，這是因為TCO沒有直接涂敷在電池結(jié)構(gòu)的外層，-在高溫下燒結(jié)TiO2(例如450℃)，-使用SnO2作為TCO，
-使用不同的材料如m-LLDPE作為密封層和阻擋層，從而可得到更好的密封性，較少的泄漏可能性、較低的濕氣滲透性和便宜制造成本，-制造基本上無限大的電池、使電池具有大面積和多(兩)步驟方法，從而使得自動和較寬地密封，-層間的粘合，-平行制造處理步驟，使得更快、更有效率和方法更便宜。
圖3表明變化的制造方法。與圖2相同的元件和步驟的標號指相似的元件和處理步驟。在此例子中，聚合物膜用例如由聚合物、耐熱織物、玻璃纖維、碳纖維組成的網(wǎng)301和網(wǎng)306替換或經(jīng)金屬處理/涂布而沒有電蝕作用。網(wǎng)涂敷有(30)(31)SnO2，從而構(gòu)成電極層3011和3062。底層3062也涂敷有(34)催化劑。如果使用非耐熱基底，也可使用SnO2外的其它TCO，如環(huán)境溫度下濺射銦錫氧化物(ITO)。通過擠壓涂布或加熱層壓(32，33)電極側(cè)的聚合物層使電極層3011與基底2032連接，電極層3062與組合件313連接。在擠壓涂布或加熱層壓操作(33)中，隔離層208也置于組合件313和電極層3062間。
其余處理步驟基本上與圖2所述的相同。所用的電解質(zhì)可以含有碘化鉀或碘溶液。
圖4表明另一種變化的方法。在此例中，第一上層413包括例如由玻璃纖維組成的耐熱層基底401，其涂敷有例如是SnO2的TCO，或包括多孔的金屬箔，其在第一步驟(40)中可被SiOx-涂布并涂敷有例如是SnO2的TCO，在第二步驟(41)中涂敷有TiO2并被燒結(jié)，最后在第三步驟(42)中用染料敏化。在這層的上部擠壓涂布或加熱層壓(43)聚合物層以構(gòu)成層413。在使用多孔的耐熱膜或箔作為上部電極或者是基底作為上部電極的情況下，TiO2被涂布在電極面對光源的一側(cè)。
下層4063包括耐熱材料網(wǎng)406，如玻璃或金屬箔，其可被SiOx-涂布、用SnO2的涂布(44)并涂敷有(45)催化劑及用聚合物層擠壓涂布或加熱層壓(46)以構(gòu)成電池結(jié)構(gòu)400。在擠壓涂布或加熱層壓操作(46)中，隔離層408也置于組合件413和電極層4062間。此外，按圖2中所述的進行制造步驟(18-20)。
圖5表明另一種變化方法，上層501包括例如由導(dǎo)電材料組成的線網(wǎng)5011，其在第一步驟(51)中可被SiOx-涂布并用SnO25012涂布，然后在第二步驟(52)中涂敷有TiO25013并被燒結(jié)，隨后在第三步驟(53)中用染料5014敏化。最后，層5014可以用聚合物層擠壓涂布或加熱層壓(54)。
底層506包括導(dǎo)電基底5061，如金屬箔，其可在第一步驟(55)中涂敷有SnO25062，在第二步驟(56)中涂敷有催化劑5063，然后層用聚合物層擠壓涂布或加熱層壓(57)。其余處理步驟與圖2所述的相似。
圖6表明本發(fā)明的太陽能電池的可選擇的連續(xù)制造方法。在第一步驟(60)中，提供耐熱材料722a和722b，其被TiO2涂布或浸漬(61)并燒結(jié)。在步驟(62)中燒結(jié)的基底用染料敏化。然后在步驟(63)和(65)中提供在平行方法中制得的電極層，并加熱層壓(帶有或不帶有其它的擠壓涂布的聚合物層)，同時在步驟(64)中的層壓之前放置隔離件。然后在步驟(66)中將連續(xù)的電池結(jié)構(gòu)切成較小的電池單元。在步驟(67)和(68)中提供上膜和底膜并加熱層壓到電池單元上，然后在步驟(69)中注入電解質(zhì)。步驟(68)中的膜可被擠壓涂布。
圖7A和圖7B表明更詳細的制造方法。說明書中的標號指附圖中所用的標號。
在處理步驟A中，如上所述的撓性耐熱基底可經(jīng)表面處理并輥壓成圓筒701，并經(jīng)處理步驟702而被TCO即SnO2薄層涂敷。然后703用例如溶解在乙醇中的TiO2涂敷，或在其干燥前用TiO2糊狀物涂布703b。基底在爐子704中干燥，從而在約450℃燒結(jié)一定時間(例如3-4小時)。在燒結(jié)過程中，基底在圓筒間緩慢上下移動。經(jīng)浴后的基底通入染料浴705，然后水浴706和乙醇浴707a。也可用乙醇707b噴霧。最后，在圓柱上輥壓基底708，以在防空氣和暗室中保存，直到在接下來的處理步驟中需要為止?？蓪⒉牧蠂姙R在表面上以代替經(jīng)過不同的浴。
燒結(jié)涂敷在基底上的TiO2的可選擇方法(可選擇的處理步驟704)可以是在輥筒上將涂布的基底與耐熱隔離層一起輥壓(例如網(wǎng))，從而阻止輥壓的基底層間的接觸，并允許空氣在基底層間通過。隨后，輥筒可置于熱空氣中，例如置入爐子中，從而發(fā)生TiO2的干燥和燒結(jié)。
在平行處理步驟B中，制備電極709(上部電極709a和下部電極709b)。基底714用TCO涂敷711。如果基底714是耐熱的，那么TCO可以是SnO2。非耐熱基底例如可以是透明撓性聚合物膜，耐熱基底可以是由玻璃纖維、耐熱聚合物或織物組成的網(wǎng)結(jié)構(gòu)。如果基底是膜，那么在步驟715中進行穿孔。如果電極用作下部電極(709b)，那么在步驟716中其還用催化劑薄層涂敷。
在處理步驟C中進行層壓操作。在第一層壓操作中，上部電極709a(帶有或不帶有TCO層的聚合物膜、網(wǎng)、耐熱或非耐熱基底)和基底708一起層壓。這可在夾具710中通過在上部電極外部擠壓涂布711聚合物或在上部電極709a外部上加熱層壓聚合物膜206來實現(xiàn)。在后面的情況下，使用熱圓柱狀夾具710b或通過例如IR加熱器710c、火焰/火爐710d或其它的熱源進行加熱。聚合物膜可帶有熱塑性粘合層，例如面對熱源的離聚物、EAA或EMAA。這可在上述的任一實施方案中使用而為在接下來的層壓步驟中的稍后邊緣密封創(chuàng)造必需的條件。當在電池結(jié)構(gòu)中使用隔離網(wǎng)、在第二層壓操作中(見下)層壓其結(jié)構(gòu)、在層壓件714中在層間沒有粘合時，那么外層在第一和第二層壓操作中以外層可覆蓋結(jié)構(gòu)并自動密封的方式而擠壓涂布/加熱層壓。
第二層壓操作指層壓件712(如上述)與下部電極709b一起被層壓。
第二層壓操作在夾具717中被實現(xiàn)，其中經(jīng)加熱的層壓件712被層壓到下部電極709b上，可能還帶有隔離件713，該隔離件例如由撓性絕緣層組成并且電解質(zhì)可從中穿過，如聚合物網(wǎng)、織物、紙、(聚合物涂布的)玻璃纖維網(wǎng)、SiOx或聚合物涂布的金屬網(wǎng)。為更好地與周圍的層粘合，隔離網(wǎng)可用由熱塑性聚合物組成的填裝層來浸漬或填裝。隔離件也可由多孔的紙組成。通過在下部電極709b外部擠壓涂布718a聚合物并以此方式將層彼此粘合而實現(xiàn)熔煉。如果沒有使用隔離件，那么基底和下部電極直接層壓到一起，其中在下部電極外部擠壓718b聚合物而實現(xiàn)熔煉，這樣下部電極被穿透，并發(fā)生與基底的機械粘合?？蛇x擇的層壓操作包括在熱圓柱狀夾具718c中的熱量供應(yīng)，其中冷聚合物膜719在下部電極(帶有或不帶有隔離件)外部被加熱層壓，或在下部電極外部通過其它的加熱方式例如熱源718d或火焰/火爐718e來加熱聚合物膜719而加熱層壓。聚合物膜可帶有熱塑性粘合層，例如面對熱源的離聚物、EAA或EMAA。另一種選擇是用帶有開孔的發(fā)泡聚合物代替隔離件713，其可在基底和下部電極間被擠壓718f，并在電極709b的外部帶有或不帶有冷聚合物膜。
根據(jù)圖7B，處理步驟D包括將層壓件721a切成較小部分721b。也參見圖8。然后這些部分以下側(cè)面等距分布在聚合物膜722a上并經(jīng)加熱。可用火焰723a、熱圓柱狀夾具723b或其它熱源723c實現(xiàn)加熱?？蛇x擇地，這些部分置于兩個聚合物膜部分722b之間，并通過壓力和熱或其它的密封技術(shù)而密封725。聚合物膜722a或722b例如可由PE(或另一種透明熱塑性聚合物)組成，但由于較高的阻氧需求而需要共擠壓結(jié)構(gòu)，例如應(yīng)該使用五層結(jié)構(gòu)PE/連接/EVOH/連接/PE723b或PE/連接/PA/連接/PE723c或含有SiOx層的結(jié)構(gòu)723d。然后將帶有層壓部分的膜724導(dǎo)向圓柱狀夾具725，在夾具中其與熱擠壓的聚合物例如五層結(jié)構(gòu)PE/連接/EVOH/連接/PE或PE/連接/PA/連接/PE共擠壓涂布725a，或在熱圓柱狀夾具725b、或火焰/火爐725c或其它熱源725d中與冷聚合物膜例如五層結(jié)構(gòu)PE/連接/EVOH/連接/PE723b或PE/連接/PA/連接/PE723c或含有SiOx層的結(jié)構(gòu)723d一起加熱層壓。
可選擇的進行處理步驟D包括兩個擠壓涂布步驟。在這種情況下，聚合物膜722a僅用作部分721b的載體，部分721b粘合在聚合物膜722a的表面上，而不參與電池的密封。膜部分721b粘合在載體膜722a上后，按如前所述的以兩步驟進行擠壓涂布(725a)，從而通過包封來密封電池，因此塌池的四面都被密封，并使電極通過密封。
另一種進行處理步驟D是按照后面的說明進行，但是不擠壓涂布覆蓋層，覆蓋層被擠壓層壓(即冷聚合物膜與膜部分721b通過擠壓涂敷在冷聚合物膜與膜部分間的熱聚合物膜而粘合)。
上述用作覆蓋層(722a、722b和在步驟725a-d中所用的聚合物膜)、及欲用來密封其它材料的所有聚合物膜都可帶有熱塑性粘合聚合物層，例如面對欲密封面的離聚物、EAA或EMAA，并且所有的PE-層都可用其它熱塑性聚合物例如用PET-層來代替。聚合物膜不僅可含有五層結(jié)構(gòu)，它們也可由一層或多層組成，例如使用兩層結(jié)構(gòu)，其中一層可以是熱塑性粘合聚合物(例如離聚物)，而兩層結(jié)構(gòu)中的另一層可以是不同于欲密封層中的聚合物(例如PET)的聚合物(例如PE)。
在最后的處理步驟即步驟E中，例如由碘化鉀-碘溶液組成的電解質(zhì)被注入727層壓部分724。這可通過例如旋轉(zhuǎn)帶有注入噴嘴的圓柱體(如下所述)來實現(xiàn)。在隔離層中實現(xiàn)注入操作。也可能在密封前加入電解質(zhì)。最后，用膜731a密封729注入口，或熱熔接密封731b，并切成片732。
所有的層壓都可經(jīng)表面處理，例如通過火焰或電暈處理，以產(chǎn)生較好的粘合條件。此外，所有用SnO2涂布或用作電池外部或與電解質(zhì)接觸的膜或網(wǎng)都可用SiOx涂布。此外，如前所述，所有用作電極的金屬箔都可用SiOx涂布，然后用TCO涂布，例如SnO2，但是如果選擇某些金屬也可不經(jīng)涂布。
圖9示意性地表明注入和密包封置。注入裝置包括噴嘴90，其包括電解質(zhì)出口91。注入裝置設(shè)置在圓柱體92上。在注入裝置中，通過兩個圓柱體92和97來放置層壓件。層壓件壓縮放射狀的可移動圓柱體93，其是中空的并可彈性地懸浮。注入針96穿透層壓件，同時供應(yīng)壓縮的電解質(zhì)。然后，層壓件通過另一個圓柱體，其與第一圓柱體同步旋轉(zhuǎn)，并在注入位置提供熔融的塑料以密封注入口。第三圓柱體使層壓件鋪開，其也可使層壓件冷卻?？梢杂妹芊庖r墊來代替用熔融的塑料進行的密封。
最終的電池結(jié)構(gòu)可層壓在耐張應(yīng)力的基底上，其可是撓性的(例如由玻璃纖維或金屬箔組成)。
設(shè)于第二圓柱體94上的密包封置98是熱熔接型的，其包括用于將熔接膜輸送到欲密封部分的出口95。
圖10表明兩個注入電池的例子。序號a-d表明第一個例子，序號e-h表明第二個例子。該電池包括如下的層底部密封膜1001、下部電極1002、隔離件1003、基底1004、上部電極1005和上密封膜1006。
根據(jù)第一個例子(a)在層壓過程中在底部密封膜1001中設(shè)置孔1007，(b)在壓力下通過注入裝置1008將電解質(zhì)1009經(jīng)該孔注入，
(c)由于毛細作用力電解質(zhì)穿過下部電極1002，并填充隔離件1003和下部電極1002的某些部分及基底1004，(d)在該孔上方設(shè)置薄膜1010并將其與膜1001一起熔接。
根據(jù)第二個例子(e)提供穿過電池層的通孔1011，例如通過沖孔實現(xiàn)，(f)在壓力下將電解質(zhì)注入該孔，(g)電解質(zhì)分布至隔離件(其余的電解質(zhì)從該孔中除去)，(h)在層壓件每一側(cè)面用鉚接或薄膜1012來密封，并彼此和在層壓表面上相分離。
如圖11所示，在制造中太陽能電池1100能夠自動連接，從而使其能折疊或纏繞，這取決于電池的剛性和連接處。從而使運輸和保存簡化。通過折疊和未折疊多個電池，可能調(diào)節(jié)太陽能電池的輸出電壓和/或電流。
通過在物理連接的電池外部應(yīng)用導(dǎo)電材料可實現(xiàn)電連接，如箔、帶、線或印刷物，從而電連接單個電池的電極。電連接很容易改變/移動，從而改變電路。導(dǎo)線可應(yīng)用在電連接上，以將電池結(jié)構(gòu)與欲供電的負載相連。
前述過程指的是單通道基半材料。也可能制造多通道基半材料。通過如下所述的方法可制造極長的半材料，其由幾個連續(xù)連接的“無限長”電池組成，電池是串聯(lián)連接的。與前述的單通道基過程相比，多通道過程的優(yōu)點在于處理步驟的數(shù)量減少了，單獨的接觸處理步驟被取消了，接觸作為過程中的一個綜合部分而自動實現(xiàn)，并且“半材料”可很容易地以大輥筒制造，隨后以適合長度沿交叉方向被切割和密封。電池的填充也是不同的。在多通道過程的情況下，處理綜合系列連接指的是通過通道數(shù)目測定電壓水平，從而電壓不將按與一個通道構(gòu)思相同的方式來調(diào)節(jié)。
多通道構(gòu)思示意性地表明在圖15中。此圖表明撓性導(dǎo)電并在大多數(shù)情況下是耐熱的基底，其在一部分寬度上用半導(dǎo)體(如TiO2)連續(xù)涂敷，在另一部分寬度上用催化劑涂敷，從而在其間保持非涂布區(qū)(圖15c)，因此可制造在一個電池中用作上部電極同時在另一個電池中用作下部電極的通道(圖15a)，這樣自動將一個電池與另一個電池串聯(lián)連接。這種方法可得到層壓結(jié)構(gòu)，其由極長并帶有幾個極長的串聯(lián)電池的半材料組成(圖15b)。這種層壓結(jié)構(gòu)可切成條，最后這種條用電解質(zhì)填充并在交叉方向受熱密封。將層壓結(jié)構(gòu)切成條也可在包封前進行。
下面說明多通道方法的一個例子圖12(處理步驟A)說明怎樣在機器方向和部分交叉方向上連續(xù)地將導(dǎo)電撓性基底、優(yōu)選是耐熱的基底如金屬箔進行穿孔(A-1)。隨后有孔區(qū)域用半導(dǎo)體如TiO2涂布(A-2)并燒結(jié)(A-3)。隨后將催化劑以與半導(dǎo)體一定的距離連續(xù)涂敷在一部分寬度上(A-4)。催化劑也可在半導(dǎo)體之前涂敷。(如果石墨用作催化劑，如果在半導(dǎo)體應(yīng)用中其經(jīng)加熱，那么催化劑的壽命可被提高。)接下來的步驟是用染料敏化(A-5)，隨后基底(例如金屬箔)被切成通道(A-6)。處理步驟A也可按單通道進行，在應(yīng)用半導(dǎo)體和催化劑之前其已彼此分開。為簡化制造，基底(例如金屬箔)可由薄聚合物層預(yù)涂布。然后這種層將在燒結(jié)步驟中“消失”。
圖13(處理步驟B)表明怎樣將在處理步驟A中得到的不同通道進行重疊(B-1)，其后如圖所示“熱保護層”(B-1b)和/或隔離層(B-1c)可被層壓。隨后，重疊的通道通過擠壓涂布或加熱層壓而包封(B-2和B-3)。
隨后，“半材料”被切成適合長度的條(B-4)。構(gòu)成包封的膜可由在單通道構(gòu)思中所述的聚合物組合組成。如果用擠壓涂布進行包封，那么邊緣甚至可用如圖8所述的方法來操作。
圖14(處理步驟C)表明電池怎樣非經(jīng)注入而填充，即將它們浸漬在電解質(zhì)浴中，從而通過毛細作用力而進行填充(C-1)。隨后密封邊緣，最后得到串聯(lián)的電池。圖9表明完整的制造過程。電解質(zhì)也可在此過程中較早地加入，例如以凝膠加入。
作為上述用于制造帶有串聯(lián)電池的層壓結(jié)構(gòu)的方法的變化方案，可投靠帶有單個電池的代替層壓結(jié)構(gòu)，隨后將層壓結(jié)構(gòu)與其它層壓結(jié)構(gòu)連接/接合，以形成由串聯(lián)電池組成的層壓結(jié)構(gòu)。
圖15示意性地表明多通道層壓結(jié)構(gòu)。在圖15a中表明重疊的包封通道。第一通道構(gòu)成第一電池的下部電極(D-1)。第二通道構(gòu)成第一電池的上部電極(D-2)和第二電池的下部電極(D-3)。第三通道構(gòu)成第二電池的上部電極(D-4)和第三電池的下部電極。重疊通道由下部聚合物層(D-5)和上部聚合物層(D-6)包封。圖15b表明組成四個串聯(lián)電池的連續(xù)層壓件的輥筒(D-7)怎樣被適合長度的裝置(D-8)切割和受熱密封。圖15c表明一個通道的結(jié)構(gòu)。其由撓性耐熱基底組成，例如金屬箔(D-10)，在一部分表面上的半導(dǎo)體例如TiO2(D-9)下方其被穿孔，在另一部分表面上側(cè)涂敷有催化劑層(D-11)。通道可選擇的結(jié)構(gòu)是用PET膜作為基底，其背面用ITO涂布，并且背面的一部分表面由半導(dǎo)體層例如TiO2組成，背面的一部分表面由催化劑組成，該表面區(qū)域被穿孔。另一種通道結(jié)構(gòu)是用PET膜作為基底，其前面用ITO涂布，并且前面的一部分表面由半導(dǎo)體層例如TiO2組成，該表面區(qū)域被穿孔，前面的一部分表面由催化劑組成。另一種通道結(jié)構(gòu)是上述的組合，即通道的一部分由PET膜、背面由半導(dǎo)體層例如TiO2組成的PET表面部分、前面由催化劑涂布的金屬箔表面部分組成，其中PET膜在與背面的金屬箔部分地連接后在背面用ITO涂布。
本發(fā)明的電池有多種應(yīng)用，但是撓性和可移動性可使其用作應(yīng)急裝置，例如用作充電汽車電池、野營能源等。
如上所述，本發(fā)明提出用撓性耐熱基底(即玻璃纖維、(SiOx涂布的)有孔金屬)作為半導(dǎo)體層，其上涂敷有TiO2。這樣可能在例如450℃下燒結(jié)TiO2，從功能和效率上來講這是優(yōu)選的。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，沒有用耐熱基底作為下部電極，現(xiàn)有技術(shù)中電解質(zhì)層必須部分地應(yīng)用在半導(dǎo)體和光源之間，從而降低了效率。
除了可能在高溫下燒結(jié)TiO2外，用金屬箔作為電極的優(yōu)點是避免用ITO作為導(dǎo)電層，從而有成本效益，同時比ITO涂布的PET導(dǎo)電性更好，這意味著更容易制造較大表面積的電池。為確保耐熱電極的最佳功能，可以如下操作為耐熱，在制造中某些情況下被穿孔或欲被穿孔的上部電極可由金屬箔基底組成，例如鋁箔。在上側(cè)涂敷有半導(dǎo)體例如TiO2。在金屬箔和TiO2間可通過金屬化處理應(yīng)用另一種金屬的薄層或應(yīng)用SnO2薄層，從而避免接觸從而在金屬電極和電解質(zhì)間發(fā)生的相互作用。在薄金屬層或SnO2層間，可涂敷SiOx薄層，從而確保層間的粘合。在金屬箔的背面，可涂敷薄SiOx層或聚合物層，從而避免電極間的直接接觸和/或避免電解質(zhì)和上部電極背面間的相互作用。
為耐熱，下部電極可由金屬箔基底組成，例如鋁箔。在金屬箔上涂敷有催化劑，例如Pt或C薄層。在金屬箔和催化劑間，可涂敷SnO2薄層。在薄金屬層或SnO2層間，可應(yīng)用SiOx薄層。在SnO2層和金屬箔間可涂敷SiOx薄層。
本發(fā)明也提出用撓性耐熱基底(即玻璃纖維網(wǎng)、(SiOx涂布的)金屬網(wǎng))作為電極層，其用TCO涂布。由于基底是耐熱的，所用的TCO可以是SnO2，從功能和效率上來講這是優(yōu)選的。
本發(fā)明也提出用一個基底作為上部電極和半導(dǎo)體層的基底。這可以通過首先在基底上涂敷TCO層(例如SnO2)，隨后在TCO層上涂敷TiO2層來實現(xiàn)。
本發(fā)明也提出用不同的密封技術(shù)進行第二.次密封/包封操作，從而進一步增強電池周圍的密封。
本發(fā)明也提出例如由多孔的金屬箔或金屬網(wǎng)組成的耐熱電極可用另一種金屬薄層來金屬化，從而對電解質(zhì)而言更“惰性”。
本發(fā)明也提出聚合物基基底可被金屬化以實現(xiàn)導(dǎo)電性。如果用作上部電極，它們可通過通過穿孔用作電極。
本發(fā)明也提出凝膠外的其它載體可用于電解質(zhì)。電解質(zhì)浸漬的隔離層(例如紙或發(fā)泡聚合物)可以層壓成應(yīng)用所用的電池，在此應(yīng)用中層間的粘合不是必須的。由此避免了注入步驟。
染料光電(染料-PV)電池通常有幾個與其應(yīng)用相關(guān)的優(yōu)點。撓性染料-PV電池具體還具有幾個其它優(yōu)點。由于電池是從制造方法得來的，所以它們彼此“無限長”地物理連接，并可能輥壓在輥筒上。由幾個物理連接的電池組成的最終產(chǎn)品可從輥筒上切得，取決于應(yīng)用電池可是串聯(lián)或并聯(lián)連接。它們也可用作單個電池。由此這些優(yōu)點是適于日光較差的環(huán)境，如室內(nèi)使用或多云地區(qū)，可得到輥壓的電池，電池的撓性使得最終產(chǎn)品容易折疊、容易輸送及容易保存，并可能以簡單的方式調(diào)節(jié)電流或電壓中的至少一種。
通過在物理連接的電池外部應(yīng)用導(dǎo)電材料可實現(xiàn)電連接，如箔、帶、線或印刷物，從而電連接單個電池的電極。電連接很容易改變/移動，從而改變電路。導(dǎo)線可應(yīng)用在電連接上，以將電池結(jié)構(gòu)與欲供電的負載相連。
本發(fā)明不限于表明的實施方案，而是可在不脫離所附的權(quán)利要求內(nèi)以多種方式變化，取決于應(yīng)用、功能元件、需要和需求等可以各種方式實施結(jié)構(gòu)和方法。在某些情況下，例如TCO可通過蒸發(fā)涂敷。此外，如果使用半導(dǎo)體材料，其可絲網(wǎng)印刷在基底或上部電極上。
權(quán)利要求
1.一種撓性光電元件(100b，200，300，400，500，1000，1100)，其包括至少兩個覆蓋層(101b，106b，722a，722b)和半材料，所述半材料由至少兩個電極層(102b，105b，2012，2063，3011，3062，4062)和至少一個電解質(zhì)載體層(104b，208，308，408，1003)組成，其特征在于所述的元件由所述的至少兩個覆蓋層和所述半材料的層壓和/或擠壓涂布的組件組成，所述的覆蓋層包封所述的半材料。
2.如權(quán)利要求1所述的光電元件，還包括至少一層基本上撓性的耐熱基底(103b，203，401，714，722a，722b，1004)。
3.如權(quán)利要求2所述的光電元件，其中所述的基底基本上具有半導(dǎo)電特性，并層壓在所述的半材料中。
4.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個所述的電極層包括用TCO(透明導(dǎo)電氧化物)涂敷的聚合物材料。
5.如權(quán)利要求3所述的光電元件，其中所述的基底用半導(dǎo)體材料涂敷。
6.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個所述的電極層由用半導(dǎo)體材料涂敷的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成。
7.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個電極層由基本上撓性耐熱并用半導(dǎo)體材料涂敷的材料組成。
8.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個電極層由用半導(dǎo)體材料涂敷的線網(wǎng)組成。
9.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個所述的電極層是多孔的。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，其中一個電極層被設(shè)置為底層并用催化劑涂敷。
11.如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中所述的半導(dǎo)體材料用染料涂敷。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，包括設(shè)置在所述的電極層間的隔離結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求3或4所述的光電元件，其中所述的聚合物材料由PE、PET、PP或PA中的一種組成。
14.如權(quán)利要求8所述的光電元件，其中所述的基本上撓性耐熱的材料由玻璃纖維組成。
15.如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由玻璃纖維或織物組成。
16.如權(quán)利要求7所述的光電元件，其中所述的線網(wǎng)由導(dǎo)電材料組成。
17.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，其中所述的TCO由SnO2組成。
18.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，其中所述的半導(dǎo)體材料由TiO2組成。
19.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，其中所述的電解質(zhì)載體含有電解質(zhì)，所述的電解質(zhì)由碘化鉀或碘溶液組成。
20.如權(quán)利要求1所述的光電元件，包括用TCO涂布的聚合物層、涂敷有TiO2和染料的基底、帶有電解質(zhì)的隔離件(104b)及用TCO和催化劑涂布的聚合物層(106b)。
21.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個所述的覆蓋層基本上是透明的，并由含有如下一種或多種層的單層或多層結(jié)構(gòu)組成PE層、PP層、PET層、粘接層、離聚物層、EAA層、EMAA層、PA層、EVOH層、SiOx層。
22.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中在施加覆蓋層和密封前，在所述的半材料和覆蓋層中所述的層在所有的層間部分粘合。
23.如權(quán)利要求1所述的光電元件，還包括至少兩個耐熱層，其中所述的兩層或構(gòu)成電極或構(gòu)成用于電極層的基底，并且至少一個所述的耐熱層構(gòu)成用于至少一個半導(dǎo)體層的基底。
24.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中至少一個所述的電極層用作覆蓋層。
25.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，其中在所述的擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮髑斑B續(xù)提供所述的層。
26.如前述權(quán)利要求中任一項所述的光電元件，其是Grtzel-電池。
27.如權(quán)利要求1-26中任一項所述的光電元件，其中通過將導(dǎo)電材料涂敷在電池外表面而進行電連接，由此電連接單個電池的電極。
28.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中所述的電極由多孔的金屬箔或金屬網(wǎng)組成，和/或用另一種金屬層金屬化。
29.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中所述的基底是聚合物基的并被金屬化。
30.如權(quán)利要求20所述的光電元件，其中所述的電解質(zhì)浸漬的隔離層被層壓成電池。
31.如權(quán)利要求30所述的光電元件，其中所述的隔離層由紙或發(fā)泡聚合物組成。
32.如權(quán)利要求2所述的光電元件，其中所述的撓性耐熱基底由金屬箔(D-10)組成，在表面的一部分上的半導(dǎo)體層例如TiO2(D-9)的下方其被穿孔，在表面的另一部分上側(cè)涂敷有催化劑層(D-11)。
33.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中所述的PET膜包括所述的基底，其第一側(cè)用ITO涂布，并且第一側(cè)表面的一部分由半導(dǎo)體層例如TiO2組成，第一側(cè)上表面的一部分由其上的催化劑組成，其表面區(qū)域被穿孔。
34.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中所述的PET膜包括基底，其前面用ITO涂布，并且前面上其表面的一部分由半導(dǎo)體層例如TiO2組成，其表面區(qū)域被穿孔，前面上表面的一部分由催化劑組成。
35.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中基底的一部分由PET膜組成，背面上PET表面的一部分由半導(dǎo)體層例如TiO2組成，前面上的金屬箔表面的一部分涂布有催化劑，其中PET膜在與背面上的金屬箔部分地連接后在背面上用ITO涂布。
36.一種制造撓性光電元件(100b，200，300，400，500，1000，1100)的方法，所述方法包括如下步驟-提供由至少兩個電極層(102b，105b，2012，2063，3011，3062，4062)和至少一個電解質(zhì)載體層(104b，208，308，408，1003)組成的半材料，-提供至少兩個覆蓋層(101b，106b，722a，722b)，-通過擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮髦械闹辽僖粋€將所述的至少兩個覆蓋層和所述的半材料結(jié)合在一起以構(gòu)成所述的元件，由此所述的覆蓋層通過所述的擠壓涂布和/或?qū)訅翰僮靼馑龅陌氩牧稀?br> 37.如權(quán)利要求35所述的方法，其中連續(xù)提供所述至少兩個覆蓋和電極層及至少一個電解質(zhì)載體層。
38.如權(quán)利要求35或36所述的方法，還包括在層壓前提供至少一層耐熱基底和/或隔離層的步驟。
39.如權(quán)利要求35或36所述的方法，還包括給所述的基底提供TiO2的步驟。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括在所述的電解質(zhì)載體層中注入電解質(zhì)的步驟。
41.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述的基底和/或隔離層是所述的電解質(zhì)載體。
42.如權(quán)利要求35所述的方法，特征在于將電池結(jié)構(gòu)切割(66)成較小的電池單元。
43.如權(quán)利要求35-41任一項所述的方法，其特征在于在二次平行加工中制造所述的電極層。
44.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述的注入包括如下步驟-在層壓過程中在底部密封膜(1001)中設(shè)置孔(1007)，-在壓力下通過注入裝置(1008)將電解質(zhì)(1009)經(jīng)所述的孔注入，-由于毛細作用力電解質(zhì)填充隔離件(1003)和一些下部電極(1002)及基底(1004)，及-在所述的孔上方設(shè)置薄膜(1010)并將其與底部密封膜(1001)熔接在一起。
45.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述的注入包括如下步驟-提供穿過電池層的通孔(1011)，-用電解質(zhì)填充所述的孔，電解質(zhì)可分布至隔離件，及-在層壓件每一側(cè)利用鉚接或薄膜(1012)進行密封。
46.如權(quán)利要求35-44中任一項所述的方法，其中所述的覆蓋裝置是膜或箔。
47.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述的基底與所述的耐熱隔離層輥壓在一起，從而防止在輥壓基底層間的接觸并使熱空氣在基底層間穿過。
48.如權(quán)利要求46所述的方法，其中所述的輥壓制品例如通過被放入爐子中而與熱空氣接觸，在該爐子中TiO2被干燥和燒結(jié)。
49.如權(quán)利要求35所述的方法，其中使用多通道基半材料而以多通道方式制造所述的元件。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，包括制造長的半材料，其由幾個連續(xù)連接的無限長電池組成，該電池是串聯(lián)連接的。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其中撓性導(dǎo)電并耐熱的基底在一部分寬度上用半導(dǎo)體連續(xù)涂敷，在另一部分寬度上用催化劑涂敷，從而在其間保持非涂布區(qū)，因此可制造在一個電池中用作上部電極同時在另一個電池中用作下部電極的通道。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于自動將一個電池與另一個電池串聯(lián)連接，并得到層壓結(jié)構(gòu)。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，其中所述的層壓結(jié)構(gòu)被切成片，其用電解質(zhì)填充并在交叉方向熱封。
54.一種制造如權(quán)利要求1所述元件層壓結(jié)構(gòu)的多通道裝配線，其包括-用于第一電池的下部電極的第一通道，-用于第一電池的上部電極和第二電池的下部電極的第二通道，-用于第二電池的上部電極和第三電池的下部電極的第三通道，-由下部聚合物層和上部聚合物層包封的重疊通道，及-以適合的長度切割和熱封置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種撓性光電元件及其制造方法。該光電元件(100b，200，300，400，500，1000，1100)包括至少兩個覆蓋層(101b，106b，722a，722b)和半材料，該半材料由至少兩個電極層(102b，105b，2012，2063，3011，3062，4062)和至少一個電解質(zhì)載體層(104b，208，308，408，1003)組成。該元件由所述的至少兩個覆蓋層和所述半材料的層壓和/或擠壓涂布的組件組成，所述的覆蓋層包封所述的半材料。
文檔編號H01M14/00GK1582501SQ02822077
公開日2005年2月16日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者尼爾斯·托夫特 申請人:查爾摩斯技術(shù)轉(zhuǎn)讓Ab