專利名稱：一種染料敏化太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
迄今為止，已經(jīng)報(bào)道的染料敏化太陽能電池的效率達(dá)到了 11. 5%。作為第三代太 陽能電池，染料敏化太陽能電池以其較高光電轉(zhuǎn)換效率以及低成本無污染的特點(diǎn)，受到越 來越多人的關(guān)注。獲得該效率的染料敏化太陽能電池采用的是一種液態(tài)電解質(zhì)。然而，采 用液態(tài)電解質(zhì)帶來了許多實(shí)際性問題，如泄漏、染料的解吸附以及電極的腐蝕等等，這大大 阻礙了染料敏化太陽能電池的實(shí)際應(yīng)用。因此，電解質(zhì)固態(tài)化，以固態(tài)介質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì) 是避免這些問題的有效途徑。 傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池是基于兩塊導(dǎo)電玻璃的三明治結(jié)構(gòu)電池。遺憾的是，導(dǎo) 電玻璃的成本居高不下，計(jì)算表明其成本占了整個(gè)器件成本的70%以上。因此，以低成本的 多孔對電極取代傳統(tǒng)的覆鉑導(dǎo)電玻璃對電極，發(fā)展基于一塊導(dǎo)電玻璃的單基板染料敏化太 陽能電池能有效的降低成本。 本發(fā)明充分利用低成本絲網(wǎng)印刷技術(shù)，公開了一種制備單基板全固態(tài)染料敏化太 陽能電池，特別是大面積(例如lOOmmXlOOmm)全固態(tài)單基板染料敏化太陽能電池及其制 備方法。以簡單的生產(chǎn)工藝和低廉的生產(chǎn)成本制備出大面積全固態(tài)單基板染料敏化太陽能 電池，使得大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)成為可能，極大的推動(dòng)了染料敏化太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種大面積全固態(tài)單基板染料敏化太陽能電池及 其制備方法。所提供的方法生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉、具有很高的實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是 —種染料敏化太陽能電池制備方法，具體步驟包括 首先，刻蝕導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層，即在導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層上刻蝕一條或多條絕緣帶，使得 導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層上形成多個(gè)互不導(dǎo)通的待印刷區(qū)域； 其次，在所述導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層的待印刷區(qū)域上依次逐層印刷金屬導(dǎo)線、金屬保護(hù) 層、致密層、納米晶層、絕緣層和多孔對電極； 然后，將上述印刷處理過的導(dǎo)電玻璃浸入染料溶液中吸附染料，烘干后填充電解 質(zhì)，再封裝即制得所述的染料敏化太陽能電池。 本發(fā)明所述的金屬導(dǎo)線通過在玻璃導(dǎo)電層的待印刷區(qū)域上印刷的一條或多條銀 漿或鋁漿并燒結(jié)得到。 本發(fā)明所述的金屬保護(hù)層為通過在金屬導(dǎo)線表面印刷玻璃漿料并烘干得到。
本發(fā)明所述的致密層為300 55(TC溫度下在導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層的表面噴涂一層四 氯化鈦溶液后形成的致密二氧化鈦薄膜層。 本發(fā)明所述的納米晶層為通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在所述的致密層上印刷一層二氧化
3鈦漿料，80 20(TC溫度下烘干，所形成的多孔納米二氧化鈦納米晶層。 本發(fā)明所述的絕緣層是通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在所述的納米層上印刷一層氧化物絕
緣材料漿料，在300 55(TC溫度下燒結(jié)所形成的絕緣層。 本發(fā)明所述的所述的氧化物絕緣材料為氧化鋯、氧化鈦、氧化硅或氧化鋁 本發(fā)明所述的多孔對電極是通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在所述的絕緣層上印刷一層碳導(dǎo)
電膠體，300 55(TC溫度下燒結(jié)所形成的多孔對電極。 本發(fā)明所述的導(dǎo)電膠體為碳漿料、氧化錫漿料或鋁酸亞銅漿料。 本發(fā)明所述的填充電解質(zhì)具體工序?yàn)閷⑽饺玖喜⒑娓珊蟮钠骷糜谌萜髦校?br> 在所述多孔對電極表面涂覆電解質(zhì)，并對容器進(jìn)行抽真空處理，之后取出烘干。 本發(fā)明所述的封裝具體工序?yàn)?，在已填充電解質(zhì)后的器件背面粘接一片聚酯薄
膜，再在器件四周加裝樹脂邊框后，以玻璃膠密封固定。 本發(fā)明在填充電解質(zhì)后、封裝之前還通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷金屬電極。 本發(fā)明根根據(jù)刻蝕導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層形成的絕緣帶數(shù)量的不同，在一塊導(dǎo)電玻璃上
可以形成單塊的染料敏化太陽能電池或形成由多個(gè)單塊染料敏化太陽能電池串聯(lián)而成的
電池組。 —種利用上述技術(shù)方案之一所述的制備方法制備的染料敏化太陽能電池。


圖1為在一塊導(dǎo)電玻璃上形成的單塊染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為在一塊導(dǎo)電玻璃上形成的多個(gè)單塊染料敏化太陽能電池串聯(lián)而成的電池
組的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1 首先，使用切割機(jī)將導(dǎo)電玻璃切割成尺寸為100mmX 100mm的玻璃片，使用激光器在玻璃片導(dǎo)電層上距離其中一邊邊緣10mm處刻蝕一條與該邊平行的絕緣帶，把玻璃片分割成正極區(qū)域(尺寸為10mmX100mm)和負(fù)極區(qū)域(尺寸為90mmX 100mm)，使得導(dǎo)電層不能完全導(dǎo)通，刻蝕之后的玻璃片依次用洗滌劑、蒸餾水、無水乙醇超聲清洗。
然后，使用絲網(wǎng)印刷機(jī)，在洗凈的玻璃片負(fù)極區(qū)域的中央?yún)^(qū)域印刷5條尺寸為0. 5mmX90mm的銀漿，烘干，形成金屬導(dǎo)線。在金屬導(dǎo)線上印刷一層玻璃漿，然后于500°C下在玻璃片的負(fù)極區(qū)域表面上噴涂一層四氯化鈦溶液，形成致密的二氧化鈦薄膜；在上述致密的二氧化鈦薄膜層上印刷一層尺寸為85mmX90mm的二氧化鈦槳料，烘干；然后在其表面印刷尺寸為87mmX92mm的二氧化鋯漿料，使二氧化鋯完全覆蓋住二氧化鈦漿料層，再在50(TC條件下燒結(jié)，形成多孔狀納米二氧化鈦工作電極和二氧化鋯絕緣層。在所述二氧化鋯絕緣層表面印刷一層尺寸為90mmX90mm的碳漿料，該碳漿料大部分覆蓋在所述二氧化鋯絕緣層上，另一部分覆蓋于玻璃片的正極區(qū)域上，然后燒結(jié)形成多孔狀的碳對電極；
最后，將上述制備的器件浸泡于染料(如N719、 N3)溶液，烘干。將吸附染料后的器件置于容器中，在碳對電極表面涂覆電解質(zhì)，對容器進(jìn)行抽真空處理，待電解質(zhì)充分填充到所述二氧化鈦的納米層、所述二氧化鋯絕緣層和所述碳對電極內(nèi)之后，取出烘干。烘干之后，分別在正極區(qū)域和負(fù)極區(qū)域的邊緣印刷一層尺寸為2mmX 100mm的銀漿，于50(TC下燒結(jié)形成金屬電極，在金屬電極上焊接導(dǎo)線。將聚酯薄膜、熱熔膠薄膜和焊接導(dǎo)線之后的器件依次放入層壓機(jī)，在100°C、0. lMPa條件下層壓IO分鐘，冷卻之后，在四周加裝樹脂邊框，用玻璃膠固定密封，固化24小時(shí)。記得到由一整塊電池構(gòu)成的大面積全固態(tài)單基板染料敏化太陽能電池。
實(shí)施例2 使用切割機(jī)將導(dǎo)電玻璃切割成尺寸為150mmX200mm的玻璃片，使用激光器在玻璃片導(dǎo)電層上每隔25mm刻蝕1條絕緣帶，共刻蝕5條平行的絕緣帶，將玻璃片分割為6塊互不導(dǎo)通的待印刷區(qū)域，刻蝕之后的玻璃片依次用洗滌劑、蒸餾水、無水乙醇超聲清洗。
使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在每一個(gè)待印刷區(qū)域上印刷1條平行于絕緣帶，尺寸為0. 5mmX200mm的銀漿，烘干，形成金屬導(dǎo)線。在金屬導(dǎo)線上印刷一層玻璃漿，完全覆蓋住金屬導(dǎo)線。烘干后于50(TC條件下在玻璃片表面噴涂一層四氯化鈦溶液，燒結(jié)后形成致密的二氧化鈦薄膜。在所述致密的二氧化鈦薄膜層上印刷5條尺寸為20mmX 190mm的二氧化鈦漿料，烘干后在每條二氧化鈦漿料表面印刷尺寸為22mmX 192mm的二氧化鋯漿料，使二氧化鋯完全覆蓋住相應(yīng)的二氧化鈦漿料層，再在50(TC條件下燒結(jié)，形成對應(yīng)的多孔狀納米二氧化鈦工作電極和二氧化鋯絕緣層。在所述二氧化鋯絕緣層表面分別印刷尺寸為23mmX 190mm的碳漿料，該碳漿料完全覆蓋住相應(yīng)的二氧化鈦漿料層，且另一部分覆蓋于相鄰的待印刷區(qū)域上，燒結(jié)后形成多孔狀的碳對電極。將上述制備的器件浸泡于染料(如N719、 N3)溶液中，烘干后將吸附染料后的器件置于密閉的容器中，在碳對電極表面涂覆固態(tài)電解質(zhì)，對容器進(jìn)行抽真空處理，待電解質(zhì)充分填充到所述二氧化鈦的納米層、所述二氧化鋯絕緣層和所述碳對電極內(nèi)之后，取出烘干。烘干之后，分別在最靠近邊緣的待印刷區(qū)域印刷一條尺寸為2mmX 200mm的銀漿，于50(TC下燒結(jié)形成金屬電極，在金屬電極上焊接導(dǎo)線。將聚酯薄膜、熱熔膠薄膜和焊接導(dǎo)線之后的器件依次放入層壓機(jī)，在100°C、0. lMPa條件下層壓10分鐘，冷卻之后，在四周加裝樹脂邊框，用玻璃膠固定密封，固化24小時(shí)。即得到由5塊電池串聯(lián)而成的大面積全固態(tài)單基板染料敏化太陽能電池。
權(quán)利要求
一種染料敏化太陽能電池的制備方法，具體步驟包括首先，刻蝕導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層，即在導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層上刻蝕一條或多條絕緣帶，使得導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層上形成多個(gè)互不導(dǎo)通的待印刷區(qū)域；其次，在所述導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層的待印刷區(qū)域上依次逐層印刷金屬導(dǎo)線、金屬保護(hù)層、致密層、納米晶層、絕緣層和多孔對電極；然后，將上述印刷處理過的導(dǎo)電玻璃浸入染料溶液中進(jìn)行染料吸附，之后取出烘干再填充電解質(zhì)，最后封裝即制得所述的染料敏化太陽能電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的金屬導(dǎo)線通過在導(dǎo)電玻璃導(dǎo) 電層的待印刷區(qū)域上印刷一條或多條銀漿或鋁漿并燒結(jié)得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述的金屬保護(hù)層為通過在金屬 導(dǎo)線表面印刷玻璃漿料并烘干得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的制備方法，其特征在于，所述的致密層為300 550°C 溫度下在導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層的表面噴涂一層四氯化鈦溶液后形成的致密二氧化鈦薄膜層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4之一所述的制備方法，其特征在于，所述的納米晶層為通過絲網(wǎng) 印刷技術(shù)，在所述的致密層上印刷一層二氧化鈦漿料，80 20(TC溫度下烘干，所形成的多 孔納米二氧化鈦納米晶層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5之一所述的制備方法，其特征在于，所述的絕緣層是通過絲網(wǎng)印 刷技術(shù)，在所述的納米晶層上印刷一層氧化物絕緣材料漿料，并在300 55(TC溫度下燒結(jié) 所形成的絕緣層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的氧化物絕緣材料為氧化鋯、氧 化鈦、氧化硅或氧化鋁。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7之一所述的制備方法，其特征在于，所述的多孔對電極是通過絲 網(wǎng)印刷技術(shù)，在所述的絕緣層上印刷一層導(dǎo)電膠體后，于300 55(TC溫度下燒結(jié)所形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述的導(dǎo)電膠體為碳漿料、氧化錫漿 料或鋁酸亞銅漿料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l-9之一所述的制備方法，其特征在于，所述的填充電解質(zhì)具體工序 為將吸附染料并烘干后的器件置于容器中，在所述多孔對電極表面涂覆電解質(zhì)，再對容器 進(jìn)行抽真空處理，之后取出烘干。
11. 根據(jù)權(quán)利要求i-io所述的制備方法，其特征在于，在填充電解質(zhì)后、封裝之前還通 過絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷金屬電極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述的制備方法，其特征在于，所述的封裝具體工序?yàn)?，?已填充電解質(zhì)后的器件背面粘接一片聚酯薄膜，再在器件四周加裝樹脂邊框后，以玻璃膠 密封固定。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l-12之一所述的制備方法，其特征在于，根據(jù)刻蝕導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層 形成的絕緣帶數(shù)量的不同，在一塊導(dǎo)電玻璃上可以形成單塊的染料敏化太陽能電池或形成 由多個(gè)單塊染料敏化太陽能電池串聯(lián)而成的電池組。
14. 利用上述權(quán)利要求l-13之一所述的制備方法制備的染料敏化太陽能電池。
全文摘要
一種大面積全固態(tài)單基板染料敏化太陽能電池的制備方法，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，依次在導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電層上印刷金屬導(dǎo)線、金屬保護(hù)層、致密層、納米晶層、絕緣層和對電極，然后吸附染料并且填充電解質(zhì)，之后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備金屬電極，最后連接導(dǎo)線并封裝，制備出大面積全固態(tài)單基板染料敏化太陽能電池。該方法不僅生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉，特別是提供了一種將全固態(tài)染料敏化太陽能電池推向大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)的方法，具有很大發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊?br> 文檔編號(hào)H01G9/20GK101789317SQ20101012281
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者劉廣輝, 劉林峰, 向鵬, 周子明, 庫治良, 徐覓, 李雄, 汪恒, 程一兵, 胡敏, 舒婷, 榮耀光, 韓宏偉, 魯建峰 申請人:華中科技大學(xué)