CN100433370C - 染料敏化太阳能电池的垒高型模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种染料敏化太阳能电池的垒高型模块。染料敏化太阳能电池的该垒高型模块具有几个单元电池块，这些单元电池块连接为一个单元电池块的凸部插入另一单元电池块的凹部并且相互电连接。该单元电池块包括相互对置的两个透明第一基板；与第一基板交错并设置在第一基板之间的透明第二基板，从而通过第二基板相对于第一基板突出而在一个方向形成凸部，并且通过第一基板相对于第二基板突出而在另一方向形成凹部；与电极相对的两染料敏化膜；设置在染料敏化膜和电极之间的电解质；以及延伸到密封部分外部的透明导电膜。
Description
本申请要求2004年8月4日向韩国知识产权局提交的第2004-61426号韩国专利申请的优先权，在此完全引入其公开作为参考。
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，并特别涉及一种太阳能电池模块，其通过将染料敏化太阳能电池的单元块构造成垒高块型而可容易组装并具有高能量转换效率。
背景技术
染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell)是光电化学太阳能电池，其包括通过吸收可见光而能够产生电子空穴对的感光性染料分子，和作为主要组成材料的能够传输产生的电子的过渡金属氧化物。这种染料敏化太阳能电池的代表例为Michael Gratzel等提出的光电化学太阳能电池。这种染料敏化太阳能电池与硅太阳能电池相比便宜，并且具有大约10％的能量转换效率。因此，其是可替代现有硅太阳能电池的有希望的下一代太阳能电池。
该太阳能电池呈现为太阳能电池的模块，其包括第一基板、透明第二基板和在其上附着有染料层的半导体层，并且第一基板具有形成于其上的导电层或其本身具有导电性。可以通过采用串联或并联连接的若干单元电池形成模块来增加染料敏化太阳能电池的功率输出。
然而，为了连接这种单元电池，在制备每个单元电池后需要使用导线连接或接触单元电池的另一工序。由于这种连接工序或接触工序，制造该模块的整个过程会复杂。此外，由于基本上不可能进行连续的制造过程，因而导致生产率降低。
发明内容
本发明提供一种染料敏化太阳能电池的模块，其每单位面积具有相对高的能量转换效率，其中该染料敏化太阳能电池的模块由容易且便利地串联或并联连接的单元电池块组成。
根据本发明的一个方面，提供一种染料敏化太阳能电池的垒高型模块，其由若干连接的单元电池块组成，从而一个单元电池块的凸部插入另一个单元电池块的凹部内并相互地电连接。该单元电池块包括相互对置排列的两个透明第一基板；设置在第一基板之间的透明第二基板，该第二基板以交错的方式设置使得通过第二基板相对于第一基板相对突出而在一个方向形成凸部，并且通过第一基板相对于第二基板相对突出而在另一个方向形成凹部；设置在第一基板和第二基板之间以使得在第一基板和第二基板之间形成空间的密封部分；分别设置在第一基板或第二基板表面上并与密封部分内侧相对的两个透明电极；在两个透明电极之间相互对置的两染料敏化膜；设置在染料敏化膜和透明电极之间的电解质；和设置在基板和染料敏化膜之间及设置在基板和透明电极之间的透明导电膜。透明导电膜延伸到密封部分的外面。
第一基板和第二基板可具有相同大小的四边形平面形状，并且第二基板仅一侧相对突出从而形成凸部。
作为选择，第一基板和第二基板可具有相同大小的四边平面形状，并且第二基板的两相邻侧可相对突出从而形成凸部。
导电膜的一个第一导电膜可延伸到形成凸部的第二基板，并且导电膜的一个第二导电膜可延伸到形成凹部的第一基板。在单元电池块中一个第一单元电池块的第一导电膜与另一个第二单元电池块的第二导电膜电连接。
根据本发明，提供一种透明、染料敏化的太阳能电池的垒高型模块，其单元电池块容易以串联或并联方式连接，并且染料敏化太阳能电池模块具有每单位面积的高能量转换效率，与常规单元电池模块的相比达到约两倍。
附图说明
通过参照附图详细地描述示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更明显，其中：
图1A和1B示出了根据本发明的染料敏化太阳能电池的单元电池块的实施例的横截面图；
图2A和2B示出了根据本发明的染料敏化太阳能电池的单元电池块的实施例的透视图；
图3A和3B示出了根据本发明的染料敏化太阳能电池模块的实施例的横截面图；以及
图4A和4B示出了根据本发明的染料敏化太阳能电池模块的实施例的平面图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，其中示出本发明的优选实施例。然而，本发明能够以多种不同的形式实施并且不应当解释为局限于这里提出的实施例。更确切地，提供这些实施例使得该公开全面完整并且会完全地向本领域技术人员传达本发明的范围。在图中，为了清晰夸大了层和区域的厚度。在整个说明书中相同附图标记代表相同的元件。
根据本发明实施例的太阳能电池的单元电池块配置为包括具有凹部和与凹部对置的凸部的侧部，从而以垒高型的形式相互连接单元电池块。一个单元电池块的凸部插入到另一个单元电池块的凹部内。通过上述插入使得两个单元电池块相互电连接。从而，染料敏化太阳能电池的模块可以仅通过将一个单元电池块的凸部插入另一个单元电池块的凹部内形成。在本说明书中，“垒高(lego)”意味Lego有限公司(丹麦)生产的儿童玩具的商标。“垒高型(lego-type)”意味一种能够容易相互连接或建造的产品。
图1A和1B示出了根据本发明的染料敏化太阳能电池的单元电池块的实施例的横截面图。
参照图1A和1B，根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池的模块的单元电池块包括：相互对置排列的两个透明第一基板130；设置在第一基板之间的透明第二基板110；设置在第一基板130和第二基板110之间以使得在第一基板和第二基板之间形成空间的密封部分600；两个透明电极500；分别设置在电极500上并彼此相对的两染料敏化膜300；设置在染料敏化膜300和电极500之间的电解质400；和设置在基板130、110和染料敏化膜300之间和/或基板130、110和电极500之间的四个透明导电膜210、230，其延伸到密封部分600的外部。
在这种情况下，如图1A所示透明电极500可以形成于设置在第二基板110上的第一导电膜210上，或如图1B所示形成于设置在第一基板130上的第二导电膜230上。
第二基板110以这种方式设置在第一基板130之间，即如图1A和1B所示第二基板以交错的方式设置。以这种方式，第二基板从第一基板130突出以形成凸部810。与此相反，在另一方向第一基板130从第二基板110突出以形成凹部850。
如图1A和1B所示，一个单元电池块具有相互对置的凸部810和凹部850。可以通过以与组装垒高块相同的方式将凸部810插入到凹部850内来连接若干单元电池块。
在这种情况下，第一锁闩凸起811设置在凸部810上，第二锁闩凸起851设置在凹部850内，从而可以通过第一锁闩凸起811和第二锁闩凸起851容易地连接单元电池块。第一锁闩凸起811和第二锁闩凸起851由金属导电材料制成，并用作单元电池块的接合元件。
密封部分600设置在基板130、110之间，用于将基板130、110相互连接并阻止液体型电解质400流出。密封部分600由热塑性聚合材料如surlyn(美国杜邦有限责任公司的产品，标签号为No.1702)构成。电解质400的一个例子可为碘化物基氧化还原液体电解质，例如包含溶解在3-甲氧基丙腈中的0.8M 1，2-二甲基-3-辛基-咪唑鎓碘化物(1，2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide)和40mM碘的I3-/I-溶液。
第一基板130和/或第二基板110由透明玻璃或塑料制成。设置在基板110、130上的透明膜210、230由氧化铟锡或掺杂氟的二氧化锡(fluorine-dopedtin dioxide)制成。基板可以通过采用氧化铟锡或掺杂氟的二氧化锡(SnO2)涂覆透明聚合物或塑料板形成，其中该透明聚合物或塑料板由聚乙烯对苯二酸酯(polyethyleneterephthalate)、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯萘酸酯(polyethylenenaphthalate)或聚醚砜(polyethersulfone)制成。
电极500可以形成于第一基板210或第二基板230上。例如，该电极可包括铂层。该透明铂层可以这样形成，例如，将5mM六氯铂酸(H2PtCl6·xH2O)溶液分散到上述的透明基板上并干燥以涂覆铂离子，将涂覆铂离子的基板用60mM硼氢化钠(NaBH4)处理以还原铂金属，采用蒸馏水清洗它，并将其干燥。另外，如果基板由玻璃制成，可通过分散5mM六氯铂酸溶液、并在电炉内在大约450℃的温度下对其加热形成透明铂层。
与铂电极500对置的染料敏化膜300通过采用10到20nm的纳米尺寸氧化物粒子形成透明膜而制备。这种纳米尺寸氧化物粒子层可通过采用选自包括二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)的组的5到15nm的纳米尺寸氧化物粒子而形成的。将钌(ruthenium)络合物化学吸附进纳米尺寸氧化物粒子层中从而形成染料敏化膜300。
同时，根据本发明的染料敏化太阳能电池以下文描述的方式工作。光线依次透过基板和作为电极层的铂层以到达被吸收到纳米尺寸氧化物粒子内的染料分子，并且可被吸收到染料分子。吸收光线的染料分子可以从基态跃迁到激发态并形成电子空穴对。激发的电子可通过粒子间的界面迁移到与纳米尺寸氧化物邻接的电极。电子跃迁得到的氧化的染料分子可通过接受电解质中的碘离子(3I-→I3-+2e-)的氧化而提供的电子来还原。氧化的碘离子(I3-)可通过到达电极的电子还原。
图1A和1B所示的太阳能电池块包括两个子太阳能电池块，其形成于设置于中心的第二基板110的两侧上。因而当可见光700照射第二基板110的两侧时，根据本发明的太阳能电池块可以对所有入射的可见光700都产生电流。结果，根据本发明的太阳能电池块的每单位面积的能量转换效率会增加到大约两倍。
图2A和2B示出了根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池的单元电池块的透视图。
如图2A所示，在根据本发明的太阳能电池的单元电池块的情况下，第一基板130和第二基板110可形成为具有相同大小的四边形平面形状，并且以第二基板的一侧形成凸部810的方式将第二基板110设置在第一基板之间。从而，在另一侧形成与凸部810相反朝向的凹部850。通过如上所述的将凸部810插入到凹部850内，这种单元电池块能如链状朝向一个方向串联连接形成模块。
如图2B所示，在根据本发明的太阳能电池的单元电池块的情况下，第一基板130和第二基板110可形成为具有相同大小的四边形平面形状，并且以第二基板110的两侧形成凸部810′的方式将第二基板110设置在第一基板之间。从而，在其它侧形成与凸部810′相反朝向的凹部850′。以凸部810′插入凹部850′内的这种方式，这种单元电池块能如瓦状朝着一个方向串联连接形成模块。
图3A和3B示出了根据本发明实施例染料敏化太阳能电池的模块的横截面图。
参照图3A，如图3A所示，通过依次连接并接合根据本发明实施例的与图1A所示相同的若干单元电池块形成染料敏化太阳能电池的模块。通过将第一单元电池块1310的凸部810插入到第二单元电池块1320的凹部850内以形成电连接可形成染料敏化太阳能电池的模块。
在这种情况下，通过设置第一锁闩凸起811和第二锁闩凸起851的锁闩该单元电池块1310、1320相互连接。此外，第一单元电池块1310的第一导电膜210通过相互连接的第一锁闩凸起811和第二锁闩凸起851电连接到第二单元电池块1320的第二导电膜230。通过经(+)、(-)极性串联或并联连接单元电池块可形成这样的电连接。
参照图3B，如图3B所示，通过串联连接根据本发明实施例的与图1所示的相同的若干单元电池块可形成染料敏化太阳能电池的模块。
此外，可以将图1A所示的第一单元电池块串联连接到图1B所示的第二单元电池块。
图4A和4B示出了根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池的模块的平面图。
参照图4A，如图4A所示，通过链状串联连接与根据本发明实施例的如图2A所示的相同的若干单元电池块可形成染料敏化太阳能电池的模块。通过如链状将第二单元电池块1420串联连接到第一单元电池块1410的一侧可形成染料敏化太阳能电池的模块。
参照图4B，如图4B所示，通过如瓦状串联连接与根据本发明实施例的如图2B所示的相同的若干单元电池块可形成染料敏化太阳能电池的模块。通过可形成瓦型模块的那种方式在两个方向将第二单元电池块1440串联连接到第一单元电池块1430两侧中的一侧可形成染料敏化太阳能电池的模块。
根据本发明，染料敏化太阳能电池模块的若干单元电池块可容易和便利地串联或并联连接，因为单元电池块可如垒高那样容易地连接或接合。结果，也提供了同常规的太阳能电池单元相比具有增加到两倍的高能量转换效率的透明染料敏化太阳能电池的模块。
尽管本发明已经参照其示例性实施例进行了具体示出和描述本，本领域技术人员会明白在不超出权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可做出各种形式和细节上的改变。
Claims (4)
1.一种染料敏化太阳能电池的垒高型模块，其包括若干单元电池块，所述单元电池块连接模式为一个单元电池块的凸部插入另一单元电池块的凹部并相互电连接，其中该单元电池块包括：
相互对置排列的两个透明第一基板；
设置在所述第一基板之间的透明第二基板，所述第二基板以交错的方式设置使得通过该第二基板相对于所述第一基板相对突出而在一个方向形成凸部，并且通过所述第一基板相对于该第二基板相对突出而在另一方向形成凹部；
设置在所述第一基板和所述第二基板之间使得在所述第一基板和所述第二基板之间形成空间的密封部分；
分别设置在所述第一基板或第二基板表面上与所述密封部分的内侧相对的两个透明电极；
设置在所述两个电极之间彼此相对的两个染料敏化膜；
设置在所述染料敏化膜和所述电极之间的电解质；及
设置在所述基板和所述染料敏化薄膜之间以及所述基板和所述电极之间的透明导电膜，该透明导电膜延伸到密封部分的外面。
2.如权利要求1的染料敏化太阳能电池的垒高型模块，其中所述第一基板和第二基板具有相同大小的四边形平面形状，并且所述第二基板的仅一侧相对地突出从而形成凸部。
3.如权利要求1的染料敏化太阳能电池的垒高型模块，其中所述第一基板和第二基板具有相同大小的四边形平面形状，并且所述第二基板的两相邻侧相对地突出从而形成凸部。
4.如权利要求1的染料敏化太阳能电池的垒高型模块，其中所述导电膜的一个第一导电膜延伸到形成凸部的第二基板，并且所述导电膜的一个第二导电膜延伸到形成凹部的第一基板，并且所述单元电池块中的一个第一单元电池块的第一导电膜电连接到另一个第二单元电池块的第二导电薄膜。
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