專利名稱：染料敏化太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池。
背景技術(shù)：
隨著地球環(huán)境的日益惡化，人們迫切需要多種清潔能源來代替原有的高碳能源， 而太陽能是取之不盡的清潔能源，因此，太陽能電池的開發(fā)和利用得到人們的日益重視。而 染料敏化太陽能電池就是其中的一種新型太陽能電池，其基本構(gòu)成是包括附有第一導(dǎo)電 膜的第一玻璃基板和附有第二導(dǎo)電膜的第二玻璃基板、金屬氧化物和染料、電解質(zhì)溶液和 密封膠，所述第一玻璃基板的第一導(dǎo)電膜上設(shè)置有吸附了染料的納米結(jié)晶金屬氧化物薄膜 層，作為光陽極(也稱正極)，所述第二玻璃基板的第二導(dǎo)電膜表面上涂有導(dǎo)電材料，作為 對電極(也稱負極)，光陽極和對電極之間注入氧化-還原電解質(zhì)溶液并用密封膠密封形成 太陽能電池。其工作原理是，當(dāng)光照時，光陽極上的染料分子吸收太陽光能后，其中的電子變?yōu)?激發(fā)狀態(tài)，激發(fā)態(tài)的電子進入緊鄰的金屬氧化物薄膜層，隨后進入導(dǎo)電膜，再通過外部電線 把電子輸送到對電極，最后進入電解質(zhì)，染料中失去的電子則通過金屬氧化物從電解質(zhì)中 得到補償，使染料回到初始狀態(tài)而形成電子回路，這樣就產(chǎn)生了光電流。與傳統(tǒng)的多晶硅太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池可以以環(huán)保的方式及相對 低的生產(chǎn)成本被人們?nèi)找嬷匾?。目前，染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率較低，其中的一 個缺陷是由于染料分子光照時產(chǎn)生的電子在納米結(jié)晶金屬氧化物薄膜層中能擴散的距離 短，大量的電子到達外部導(dǎo)線前已復(fù)合在薄膜層內(nèi)，無法為外部回路提供光電子，因此，單 塊大面積的染料敏化太陽能電池，其發(fā)電效率也非常低下，在實際應(yīng)用中受到限制。近期出 現(xiàn)一種將多個染料敏化太陽能電池通過導(dǎo)電帶相互電連接集成的染料敏化太陽能電池模 塊。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，不利于大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能提供一種成本較低、效率較高、利于大批量生產(chǎn)的集成的染料敏化太陽 能電池。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種集成的染料敏化太陽能電池，它包括表面附 有第一導(dǎo)電膜的第一玻璃基板和表面附有第二導(dǎo)電膜的第二玻璃基板，所述第一玻璃基板 表面的第一導(dǎo)電膜上設(shè)置有吸附了染料的納米結(jié)晶金屬氧化物薄膜層，作為光陽極，所述 第二玻璃基板表面的第二導(dǎo)電膜上涂有導(dǎo)電材料，作為對電極，在光陽極和對電極之間金 屬氧化物薄膜層的四周用密封材料密封形成封閉空間，在所述的封閉空間中注入電解質(zhì)溶 液，所述第一玻璃基板上的導(dǎo)電膜相互隔斷成多個相互絕緣的單元區(qū)域，所述每個單元區(qū) 域?qū)щ娔さ谋砻嫔暇O(shè)有導(dǎo)電通道，所述第一玻璃基板的側(cè)面覆有第一側(cè)面金屬膜，所述 的導(dǎo)電通道與第一側(cè)面金屬膜電連接，所述第二玻璃基板的側(cè)面覆有第二側(cè)面金屬膜，所 述第二側(cè)面金屬膜與第二玻璃基板表面上的導(dǎo)電材料電連接。
采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明染料敏化太陽能電池與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點第一、本發(fā)明把同一玻璃基板面上的導(dǎo)電膜設(shè)置成多組相互隔斷的單元區(qū)域，每 一個單元區(qū)域能制成一個小電池，這樣，一塊玻璃基板制成的電池其內(nèi)部就包含有多個單 元小電池，能制成容量較大的集成的電池，適合大批量生產(chǎn)。第二、每個單元區(qū)域的導(dǎo)電膜邊緣的表面上均設(shè)有導(dǎo)電通道，并與側(cè)面的金屬膜 電連接，能有效地縮短染料分子中產(chǎn)生的光電子需要擴散的距離，能使得更多的電子通過 導(dǎo)電通道轉(zhuǎn)移到電池外部的側(cè)面金屬膜上，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。第三、本發(fā)明染料太陽能電池在接外部導(dǎo)線時，可直接把外部導(dǎo)線牢固地焊接在 側(cè)面的金屬膜上而形成外部回路，連接方便，有利于降低生產(chǎn)成本。第四，本發(fā)明染料太陽能電池采用在側(cè)面的金屬膜上焊接外部導(dǎo)線，能最大限度 的提高基板表面導(dǎo)電膜的利用率，同時可避免因把導(dǎo)線焊接在基板表面上而引起的電池的 不易密封的問題。所述第一玻璃基板表面上的導(dǎo)電通道還覆有保護層。涂有保護層，能防止電解質(zhì) 溶液對導(dǎo)電通道進行侵蝕，可靠性更高。所述導(dǎo)電通道設(shè)置在單元區(qū)域的邊緣并與單元區(qū)域的導(dǎo)電膜接觸。將導(dǎo)電通道設(shè) 置在單元區(qū)域的邊緣，就可以直接在導(dǎo)電通道的表面上設(shè)置保護層，而不會影響到與之相 鄰的單元區(qū)域，也不會影響到單元區(qū)域內(nèi)的金屬氧化物薄膜層的加工，簡單方便。所述導(dǎo)電通道為銀漿印刷形成的表面金屬膜。銀漿印刷并高溫?zé)Y(jié)形成導(dǎo)電通 道，導(dǎo)電通道采用銀漿印刷更加方便、效果更好。所述第一玻璃基板的相對兩個側(cè)面均覆有第一側(cè)面金屬膜，所述第二玻璃基板的 相對兩個側(cè)面均覆有第二側(cè)面金屬膜。當(dāng)電池的第一玻璃基板上有較多的單元區(qū)域時，可 從玻璃基板兩側(cè)的金屬膜上與單元區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電連接，簡化外部導(dǎo)線的連接方式。所述第一玻璃基板上導(dǎo)電通道與第一側(cè)面金屬膜連接的邊棱設(shè)置倒角。設(shè)置倒角 使導(dǎo)電通道與第一側(cè)面金屬膜連接更加牢靠，不易損壞。所述第一玻璃基板側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜為一整體，所述第二玻璃基板側(cè)面的第 二側(cè)面金屬膜為一整體。側(cè)面金屬膜為一整體，即將單塊集成的染料敏化太陽能電池內(nèi)的 多個單元電池直接并聯(lián)，方便生產(chǎn)及使用。所述第一玻璃基板側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜為相互隔斷的多段金屬膜，所述第二玻 璃基板側(cè)面的第二側(cè)面金屬膜也為相互隔斷的多段金屬膜。采用這種結(jié)構(gòu)，即將單塊集成 的染料敏化太陽能電池內(nèi)的每個單元電池相互獨立開來，這樣可以通過外部導(dǎo)線對各單元 電池進行串聯(lián)或者并聯(lián)連接。


附圖1是本發(fā)明染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明染料敏化太陽能電池第一玻璃基板的平面示意圖；附圖3是本發(fā)明染料敏化太陽能電池第一玻璃基板的側(cè)視圖；附圖4是本發(fā)明染料敏化太陽能電池第一玻璃基板側(cè)面金屬膜為多段的立體示 意圖；附圖5是本發(fā)明染料敏化太陽能電池第一玻璃基板側(cè)面金屬膜為一整體的立體示意圖；附圖6是本發(fā)明染料敏化太陽能電池第一玻璃基板的導(dǎo)電膜劃分為單元區(qū)域平 面示意圖；如圖所示1. 1、第一玻璃基板，1.2、第二玻璃基板，2. 1、第一導(dǎo)電膜，2. 2、第二導(dǎo) 電膜，3. 1、第一側(cè)面金屬膜，3. 2、第二側(cè)面金屬膜，4、外部導(dǎo)線，5、金屬氧化物薄膜層，6、電 解質(zhì)溶液，7、密封材料，8、導(dǎo)電材料，9、導(dǎo)電通道，10、單元區(qū)域，11.保護層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種集成 的染料敏化太陽能電池，它包括表面附有第一導(dǎo)電膜2. 1的第一玻璃基板1. 1和表面附有 第二導(dǎo)電膜2. 2的第二玻璃基板1. 2，在本實施例中，導(dǎo)電膜采用FTO導(dǎo)電膜，所述第一玻 璃基板1. 1上的導(dǎo)電膜2. 1相互隔斷形成多個相互絕緣的單元區(qū)域10，本實施例中是采用 激光加熱切割的方法將FTO導(dǎo)電膜2. 1分成多個單元的小方塊導(dǎo)電膜，形成多個相互絕緣 的單元區(qū)域10，所述每個單元區(qū)域10的第一導(dǎo)電膜2. 1的表面上分別設(shè)置有吸附了染料 的金屬氧化物薄膜層5，在本實施例中金屬氧化物薄膜層5采用納米結(jié)晶二氧化鈦薄膜層， 作為光陽極，所述第二玻璃基板1. 2表面的第二導(dǎo)電膜2. 2上涂有導(dǎo)電材料8，在本實施例 中導(dǎo)電材料8采用金屬鉬，作為對電極，所述第二玻璃基板1. 2上設(shè)有多個電解液6的灌注 孔，與第一玻璃基板1. 1上的單元區(qū)域10相對應(yīng)，在第二玻璃基板1. 2的相對部位上，每個 單元區(qū)域設(shè)有二個通孔，在本實施例中灌注孔是利用超聲波來打孔的，在第一玻璃基板1. 1 和第二玻璃基板1.2之間(即在光陽極和對電極之間)四周及每個單元金屬氧化物薄膜層 5的四周處均采用密封材料7密封形成封閉空間，在本實施例中密封材料7為紫外線(UV) 固化膠，在所述每個單元金屬氧化物薄膜層5的封閉空間中注入電解質(zhì)溶液6，然后把灌注 孔用密封膠密封，所述每個單元區(qū)域10的導(dǎo)電膜邊緣上均覆有導(dǎo)電通道9，在導(dǎo)電通道9上 覆有保護層11，在本實施例中保護層11為低熔點玻璃粉，所述第一玻璃基板1. 1的側(cè)面覆 有第一側(cè)面金屬膜3. 1，所述每個導(dǎo)電通道9均與第一側(cè)面金屬膜3. 1電連接，所述第二玻 璃基板1. 2的側(cè)面覆有第二側(cè)面金屬膜3. 2，所述第二側(cè)面金屬膜3. 2與表面上的導(dǎo)電材料 8電連接。本實施例中導(dǎo)電通道9和兩個側(cè)面金屬膜均采用銀漿印刷后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，當(dāng) 吸附在二氧化鈦上的染料受光照后即產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的電子，被二氧化鈦收集后轉(zhuǎn)移到緊鄰的 導(dǎo)電膜2. 1上，通過導(dǎo)電通道9可把產(chǎn)生的光電子輸送到電池外部的第一側(cè)面金屬膜3. 1， 即側(cè)面銀漿電極3. 1上，利用焊接在側(cè)面銀漿電極3. 1上的外部導(dǎo)線4把電子輸送到對點 電極上，就產(chǎn)生光電流，而染料中失去的電子則從電解質(zhì)溶液6中得到補償，使染料回到基 態(tài)。所述導(dǎo)電通道9設(shè)置在單元區(qū)域10的邊緣并與單元區(qū)域10上的導(dǎo)電膜接觸?？?以直接在導(dǎo)電通道9上設(shè)置保護層11，生產(chǎn)更加方便。所述導(dǎo)電通道9為銀漿印刷并燒結(jié)形成的表面金屬膜。導(dǎo)電通道9采用銀漿印刷 加工方便、導(dǎo)電效果更好。所述第一玻璃基板1. 1上的導(dǎo)電通道9上還覆有保護層11。涂有保護層11，能防 止電解質(zhì)溶液6對導(dǎo)電通道9進行氧化侵蝕，可靠性更高。
所述第一玻璃基板1. 1的相對兩個側(cè)面均覆有側(cè)面第一金屬膜3. 1，所述第二玻 璃基板1. 2的相對兩個側(cè)面均覆有第二側(cè)面金屬膜3. 2。當(dāng)?shù)谝徊ＡЩ?. 1上有較多的 單元區(qū)域10時，各單元區(qū)域10可從兩側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜3. 1與外部電路相連接，能制 成容量更大的集成的電池。所述第一玻璃基板1. 1上導(dǎo)電通道9與第一側(cè)面金屬膜3. 1接觸連接的邊棱處設(shè) 置倒角。導(dǎo)電通道9的一端延伸到第一玻璃基板1. 1側(cè)面倒角處，在第一玻璃基板1. 1的 側(cè)面上涂覆有第一側(cè)面金屬膜3. 1 ；導(dǎo)電通道9和第一側(cè)面金屬膜3. 1相連通；設(shè)置倒角使 導(dǎo)電通道與側(cè)面金屬膜連接更加牢靠，不易損壞。 如圖5所示所述第一玻璃基板1. 1側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜3. 1為一整體，所述第 二玻璃基板1. 2側(cè)面的第二側(cè)面金屬膜3. 2為一整體。側(cè)面金屬膜為一整體，即將單塊集 成的染料敏化太陽能電池中的每個單元電池直接并聯(lián)，方便生產(chǎn)及使用。如圖4所示所述第一玻璃基板1. 1側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜3. 1為相互隔斷的多 段金屬膜，所述第二玻璃基板1. 2側(cè)面的第二側(cè)面金屬膜3. 2也為相互隔斷的多段金屬膜。 所述每個導(dǎo)電通道9分別與相對應(yīng)的各段金屬膜連接。采用這種結(jié)構(gòu)，即將單塊集成的染 料敏化太陽能電池中的每個單元電池相互獨立開來，這樣可以通過外部電線對各單元電池 進行串聯(lián)或并聯(lián)的設(shè)計連接。所述第一玻璃基板1. 1及所述每個單元區(qū)域10的周圍均涂有密封材料7并與第 二玻璃基板1.2密封。所述金屬氧化物薄膜層5的周圍涂有密封材料，由于第一到電膜2. 1 相互隔斷成單元區(qū)域10，故金屬氧化物薄膜層5也相互隔斷，換句話說，所述每個單元區(qū)域 10的周圍均涂有密封材料7，并且為了將整個電池密封，所述整個第一玻璃基板1.1的周圍 也涂有密封材料7與第二玻璃基板密封。所述第二玻璃基板1. 2表面上的導(dǎo)電材料8相互隔斷成多個相互絕緣的單元區(qū) 域，所述每個單元區(qū)域的導(dǎo)電材料8均與所述第二側(cè)面金屬膜3. 2電連接。所述導(dǎo)電材料8 可不劃分單元區(qū)域作為一個整體來使用，也可劃分成與第一玻璃基板1. 1上的第一導(dǎo)電膜 2. 1相對應(yīng)的單元區(qū)域，也可根據(jù)實際需求劃分不與第一玻璃基板1. 1上的第一導(dǎo)電膜2. 1 相對應(yīng)的單元區(qū)域，上述這幾種結(jié)構(gòu)均可以采用。本發(fā)明的實施例已經(jīng)在上面詳細說明，但是應(yīng)該清楚明白的是，對本領(lǐng)域技術(shù)人 員可能出現(xiàn)的這里所述的發(fā)明概念的許多變化和修改仍將落入本發(fā)明書權(quán)利要求書所定 義的范圍之內(nèi)，如單元區(qū)域可采用不同的幾何形狀，可根據(jù)需要作出變化，如圓形，橢圓形 等等，導(dǎo)電通道也可以根據(jù)需要作出形狀方面的改變，如線條型、矩形等。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽能電池，它包括表面附有第一導(dǎo)電膜(2.1)的第一玻璃基板(1.1)和表面附有第二導(dǎo)電膜(2. 的第二玻璃基板(1.2)，所述第一玻璃基板(1.1)表 面的第一導(dǎo)電膜(2. 1)上設(shè)置有吸附了染料的金屬氧化物薄膜層(5)，所述第二玻璃基板(1.2)表面的第二導(dǎo)電膜(2.2)上涂有導(dǎo)電材料(8)，在第一玻璃基板(1. 1)和第二玻璃基 板(1.2)之間金屬氧化物薄膜層(5)的周圍涂有密封材料(7)形成封閉空間，所述封閉空 間中注入電解質(zhì)溶液(6)，其特征在于所述第一玻璃基板(1. 1)上的第一導(dǎo)電膜(2. 1)相 互隔斷成多個相互絕緣的單元區(qū)域(10)，所述每個單元區(qū)域(10)的第一導(dǎo)電膜(2. 1)的表 面上均設(shè)有導(dǎo)電通道(9)，所述第一玻璃基板(1. 1)的側(cè)面覆有第一側(cè)面金屬膜(3. 1)，所 述的導(dǎo)電通道(9)與第一側(cè)面金屬膜(3. 1)電連接，所述第二玻璃基板(1.2)的側(cè)面覆有 第二側(cè)面金屬膜(3.幻，所述第二側(cè)面金屬膜(3. 2)與第二玻璃基板(1. 2)表面上的導(dǎo)電材 料(8)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第一玻璃基板(1.1) 上的導(dǎo)電通道(9)上還覆有保護層(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述導(dǎo)電通道(9)設(shè)置 在單元區(qū)域(10)的邊緣并與單元區(qū)域(10)的導(dǎo)電膜接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述導(dǎo)電通道(9)為銀 漿印刷形成的導(dǎo)電金屬膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第一玻璃基板(1.1) 的相對兩個側(cè)面均覆有第一側(cè)面金屬膜(3. 1)，所述第二玻璃基板(1. 的相對兩個側(cè)面 均覆有第二側(cè)面金屬膜(3. 2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第一玻璃基板(1.1) 的導(dǎo)電通道(9)與第一側(cè)面金屬膜(3. 1)接觸連接的邊棱設(shè)置倒角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第一玻璃基板(1.1) 側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜(3. 1)為一整體，所述第二玻璃基板(1. 側(cè)面的第二側(cè)面金屬膜 (3. 2)為一整體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第一玻璃基板(1.1) 側(cè)面的第一側(cè)面金屬膜(3. 1)為相互隔斷的多段金屬膜，所述第二玻璃基板(1.2)側(cè)面的 第二側(cè)面金屬膜(3. 2)也為相互隔斷的多段金屬膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第一玻璃基板(1.1) 及所述每個單元區(qū)域(10)的周圍均涂有密封材料(7)并與第二玻璃基板(1. 密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述第二玻璃基板 (1.2)表面上的導(dǎo)電材料(8)相互隔斷成多個相互絕緣的單元區(qū)域，所述每個單元區(qū)域的 導(dǎo)電材料(8)均與所述第二側(cè)面金屬膜(3.2)電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池，包括表面附有第一導(dǎo)電膜的第一玻璃基板和表面附有第二導(dǎo)電膜的第二玻璃基板，所述第一玻璃基板上的第一導(dǎo)電膜相互隔斷成多個相互絕緣的單元區(qū)域，所述每個單元區(qū)域的第一導(dǎo)電膜的表面上均設(shè)有導(dǎo)電通道，所述第一玻璃基板的側(cè)面覆有第一側(cè)面金屬膜，所述的導(dǎo)電通道與第一側(cè)面金屬膜電連接，所述第二玻璃基板的側(cè)面覆有第二側(cè)面金屬膜，所述第二側(cè)面金屬膜與第二玻璃基板表面上的導(dǎo)電材料電連接。這種集成的染料敏化太陽能電池成本較低、效率較高、利于大批量生產(chǎn)。
文檔編號H01G9/048GK102074361SQ20101060359
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者俞益庭, 張暴洪 申請人:寧波天明電子股份有限公司