本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池裝置，特別是一種循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置，其利用循環(huán)電解液提高了染料敏化太陽能電池裝置的性能。

背景技術(shù)：

染料敏化太陽能電池是一種新型的太陽能電池，由于其原料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對簡單，因此在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢，同時，所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，部分材料還可以得到充分的回收，對保護人類環(huán)境具有重要的意義。

傳統(tǒng)的染料敏化太陽能電池通常為“三明治”型結(jié)構(gòu)，包括兩片工作電極(即光陽極和陰極)和中間的電解液，其中光陽極包括導(dǎo)電基底、納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑等幾部分，其中導(dǎo)電基底通常為有透明導(dǎo)電膜的玻璃板，納米多孔半導(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物，例如，TiO₂、SnO₂、ZnO等，經(jīng)染料敏化劑處理后覆蓋在導(dǎo)電基底上作為染料敏化太陽能電池的負(fù)極(即光陽極)，鍍有鉑的對電極作為染料敏化太陽能電池的正極(即陰極)，通過封裝材料將納米多孔半導(dǎo)體薄膜封裝在導(dǎo)電基底和對電極之間并形成容置納米多孔半導(dǎo)體薄膜的空腔，電解液在該空腔中與納米多孔半導(dǎo)體薄膜接觸。當(dāng)光陽極受到陽光照射時，染料敏化劑產(chǎn)生電子，進入外電路形成電流，電解液中的氧化還原電對(例如I^-和I₃^-)在光陽極還原染料，在陰極接收電子，這樣就實現(xiàn)了電池的功能。在這種結(jié)構(gòu)中，電解液被封閉在陰陽極之間，其中的氧化還原電對通過擴散的方式進出納米多孔半導(dǎo)體薄膜，這種結(jié)構(gòu)中的氧化還原電對的傳質(zhì)是擴散控制的。眾所周知，擴散的驅(qū)動力是濃度梯度，氧化還原電對的氧化還原反應(yīng)必然造成氧化劑(例如I^-)在納米多孔半導(dǎo)體薄膜中的大量堆積和還原劑(例如I₃^-)的濃度不足，在這種情況下，必然會使電荷重組反應(yīng)加劇，同時抑制染料再生反應(yīng)。

目前，一些研究者嘗試在電解液中加入叔丁基砒啶(tert-butylpyridine)，或者在納米多孔半導(dǎo)體薄膜表面形成一層致密的薄膜(例如致密的TiO₂薄膜)，或者通過設(shè)計染料的空間結(jié)構(gòu)來抑制電荷重組反應(yīng)。這些措施能夠在一定程度上減輕電荷重組反應(yīng)，但是并不能從根本上解決電荷重組的問題。

另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用的是在對電極上打孔灌注電解液之后再封住孔的技術(shù)方案，因此還存在封裝困難和易泄露的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了從根本上解決傳統(tǒng)“三明治”型染料敏化太陽能電池所具有的電荷重組反應(yīng)速度快、染料再生反應(yīng)速度慢、封裝困難和易泄露的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置，包括導(dǎo)電基底、對電極、納米多孔半導(dǎo)體薄膜、封裝材料和電解液，導(dǎo)電基底上覆蓋有經(jīng)染料敏化劑處理的納米多孔半導(dǎo)體薄膜，封裝材料將納米多孔半導(dǎo)體薄膜封裝在導(dǎo)電基底和對電極之間并形成容置納米多孔半導(dǎo)體薄膜的空腔，其還包括插入對電極的第一導(dǎo)管和延伸出對電極的第二導(dǎo)管；對電極上納米多孔半導(dǎo)體薄膜靠近的表面位置處開設(shè)有與第一導(dǎo)管連通的第一開口，將來自第一導(dǎo)管的電解液導(dǎo)入所述空腔中與納米多孔半導(dǎo)體薄膜接觸，以及與第二導(dǎo)管連通的第二開口，引導(dǎo)電解液離開空腔；第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管在對電極外部相連通。

作為對上述技術(shù)方案的改進，第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管在對電極外部通過設(shè)置一泵而相連通。

作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述泵為恒流泵。

作為對上述技術(shù)方案的改進，所述電解液中包含溫度敏感的磁性流體，該磁性流體能夠根據(jù)溫差流動，從而帶動電解液流動。

作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，對電極外部的第一和/或第二導(dǎo)管上還設(shè)置有閥，所述閥允許氣體逸出而不允許電解液流出。

作為對上述技術(shù)方案的改進，所述第一和/或第二導(dǎo)管為硬質(zhì)導(dǎo)管。

作為對上述技術(shù)方案的改進，所述封裝材料為杜邦膜。

本發(fā)明還提供一種循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池板，其由上述循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置陣列連接組合而形成。

作為對上述技術(shù)方案的改進，所述循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置按照16*16的陣列組合在一起。

作為對上述技術(shù)方案的改進，只在最外圍對循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置進行封裝，內(nèi)部互相連通不進行封裝。

作為對上述技術(shù)方案的改進，在所述循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池板的相對的兩側(cè)面設(shè)置多個孔用于電解液進出導(dǎo)電基底、對電極和封裝材料組成的空腔。

本發(fā)明的有益效果是：該裝置通過循環(huán)電解液的方式極大地加快了氧化還原電對在裝置內(nèi)的傳質(zhì)，傳質(zhì)速度的加快將會有效地抑制電荷重組反應(yīng)，并且促進染料再生反應(yīng)，從而有效地提高染料敏化太陽能電池的效率。由于這種循環(huán)電解液型裝置是在電池封裝好之后注入電解液，能夠極大地簡化封裝過程。這種循環(huán)裝置還能夠方便地排出有機電解液的蒸汽，以及方便地注入新鮮的電解液，解決了染料敏化太陽能電池使用壽命短的問題，有利于染料敏化太陽能電池的進一步工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1所示為本發(fā)明的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為本發(fā)明的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示為包括本發(fā)明的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置的太陽能電池板的俯視圖。

具體實施方式

附圖中所示為根據(jù)本發(fā)明原理的一個具體實施例，詳細(xì)描述了電解液的傳輸過程以及本發(fā)明的實現(xiàn)方式，其僅為一個實例，不具有限制作用，其中的納米多孔半導(dǎo)體薄膜采用TiO₂薄膜，封裝材料采用杜邦膜，電解液中的氧化還原電對為I^-和I₃^-。

參照圖1，為本發(fā)明的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，電解液的流動方向如圖中的箭頭所示，由第一導(dǎo)管11進入對電極2，最后從第二導(dǎo)管12流出對電極2。

參照圖2，為本發(fā)明的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖，更清楚地展示了本發(fā)明裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置包括導(dǎo)電基底5、對電極2、TiO₂薄膜3、杜邦膜4和電解液，TiO₂薄膜3經(jīng)染料敏化劑處理后覆蓋在導(dǎo)電基底5上，杜邦膜4將TiO₂薄膜3封裝在導(dǎo)電基底5和對電極2之間并形成容置TiO₂薄膜3的空腔，其還包括插入對電極2的第一導(dǎo)管11和延伸出對電極2的第二導(dǎo)管12；對電極2上TiO₂薄膜靠近的表面位置處開設(shè)有與第一導(dǎo)管11連通的第一開口21，將來自第一導(dǎo)管11的電解液導(dǎo)入空腔中與TiO₂薄膜3接觸，以及與第二導(dǎo)管12連通的第二開口22，引導(dǎo)電解液離開空腔；第一導(dǎo)管11和第二導(dǎo)管12在對電極2外部相連通。

在圖2中，第二導(dǎo)管12在對電極2中的結(jié)構(gòu)采用局部剖視圖表示，第一導(dǎo)管11與第二導(dǎo)管12在對電極中的部分結(jié)構(gòu)相同，分別用于連通第一導(dǎo)管11與第一開口21以及第二導(dǎo)管12與第二開口22，使第一導(dǎo)管11/第二導(dǎo)管12中的電解液流入/流出對電極。

參見圖2中的箭頭所示，電解液的流動路徑如下所述：電解液由第一導(dǎo)管11進入對電極，然后經(jīng)對電極上的第一開口21流入空腔中，與TiO₂薄膜3接觸并與其上吸附的染料反應(yīng)，然后經(jīng)對電極2上的第二開口22進入第二導(dǎo)管12，最后流出對電極2，第一導(dǎo)管11和第二導(dǎo)管12在對電極2外部相連通，這樣電解液就能夠在上述路徑中循環(huán)往復(fù)。

優(yōu)選地，第一導(dǎo)管11和第二導(dǎo)管12在對電極2外部通過設(shè)置一泵而相連通，電解液在泵的驅(qū)動下流動。

作為對上述實施方式的進一步改進，所述泵為恒流泵。

作為上述實施方式的替換，不采用泵，而是在電解液中加入溫度敏感的磁性流體，該磁性流體能夠根據(jù)溫差流動，從而帶動電解液流動。

作為對上述實施方式的改進，還可在對電極2外部的第一導(dǎo)管11和/或第二導(dǎo)管12上設(shè)置閥，所述閥允許氣體逸出而不允許電解液流出。

優(yōu)選地，第一導(dǎo)管11和/或第二導(dǎo)管12為硬質(zhì)導(dǎo)管，方便安裝至對電極2中。

通過泵的驅(qū)動或者溫度敏感的磁性流體的帶動，使電解液充分流動，從而使氧化還原電對的傳質(zhì)機理從擴散變?yōu)閺娭茖α鳎瑯O大地加快了氧化還原電對在裝置內(nèi)的傳質(zhì)。強制對流的傳質(zhì)速度是擴散的數(shù)十倍，這種傳質(zhì)過程將會快速地把I₃^-輸送到TiO₂薄膜中，并把I^-快速地傳輸出TiO₂薄膜。這種傳質(zhì)速度的加快將會有效地抑制電荷重組反應(yīng)，并且促進染料再生反應(yīng)，從而有效地提高染料敏化太陽能電池的效率。

由于這種循環(huán)電解液裝置是在電池封裝好之后注入電解液，能夠極大簡化封裝過程，有效解決泄露問題，當(dāng)電解液不足時，從導(dǎo)管上注入即可，方便快捷。同時還可以設(shè)置閥，方便排出有機電解液的蒸汽以及注入新鮮的電解液，解決了染料敏化太陽能電池使用壽命短的問題，有利于染料敏化太陽能電池的進一步工業(yè)化應(yīng)用。

參照圖3，為根據(jù)本發(fā)明提供的一種循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池板的一個實施例，其包括按照16*16的陣列組合在一起的循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置，每個循環(huán)電解液型染料敏化太陽能電池裝置稱為一個模塊，只在電池板最外圍進行封裝，各模塊內(nèi)部互相連通不進行封裝，節(jié)省封裝材料。電解液通過在電池板的上下側(cè)面設(shè)置五個位于陰極上的孔進出陽極、陰極和封裝材料組成的空腔。電解液通過空腔時能夠有效地與陰極以及陽極上的二氧化鈦薄膜接觸。由于各個模塊之間不進行封裝，因此，通過盡量減少模塊之間的間距和加大單個模塊的面積來減少直接跟電解液接觸的導(dǎo)電基底的面積，從而最大程度上的避免電荷重整反應(yīng)的發(fā)生。

這種整塊的太陽能電池板能夠充分利用泵的驅(qū)動，模塊的數(shù)量越多，整體的效率也就越高，這是因為在泵的功率一定的情況下，電池模塊的數(shù)量越多，產(chǎn)生的能量就越多，從而整體的效率提高。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施方式而已，但本發(fā)明并不限于上述實施例，只要以任何相同或相似手段達到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。