CN101593632A - 一种染料敏化太阳能电池的封装方法 - Google Patents

一种染料敏化太阳能电池的封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池的封装方法，通过对染料敏化太阳能电池的光阳极导电玻璃基板及对电极导电玻璃基板封装面进行低熔点玻璃封接环的凸起结构设计，将包含低熔点玻璃封接环的染料敏化的光阳极玻璃基板封接面处涂覆紫外固化胶，紫外固化胶包覆封接面处的低熔点玻璃封接环，与在包含低熔点玻璃封接环的对电极玻璃基板封接面处涂覆紫外固化胶，紫外固化胶包覆封接面处的低熔点玻璃封接环，进行对位贴合。降低染料敏化太阳能电池液体电解质对紫外固化封装胶的腐蚀，从而有效延长了染料敏化太阳能电池的使用寿命，为染料敏化太阳能电池产业化后产品的稳定可靠性提供了技术保障。

Description

一种染料敏化太阳能电池的封装方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，涉及一种染料敏化太阳能电池的封装方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池以其廉价易得的原材料、简单易行的制作工艺和稳定的性能，成为人们研究的焦点。染料敏化太阳能电池的半导体材料纳米TiO2来源丰富、制备方便、价格低廉、稳定性强、对环境友好；染料敏化太阳能电池的制作工艺，如大面积丝网印染技术或浸泡法，都是较为简单和成熟的工艺；在高温、入射光角度不理想、多云、光线较弱或非直射光等不利条件下，染料敏化纳米太阳能电池仍具有良好的性能；此外，加上有机染料分子设计的高度灵活性和纳米半导体技术的不断创新，染料敏化太阳能电池在提高电池性能和实用化方面，是目前最具潜力的一类。
染料敏化太阳能电池主要采用含有I3 -/I-氧化还原电对的液体电解质，其通用的制备方法为：
1.在带ITO(氧化铟锡)或FTO(掺氟二氧化锡)的玻璃基板上印刷或涂覆TiO2浆料，烧结制备TiO2光阳极薄膜；
2.将TiO2光阳极薄膜浸入染料溶液中进行光阳极染料敏化；
3.将制备有染料敏化后的TiO2光阳极薄膜的玻璃基板边缘封接面处涂覆紫外固化胶；
4.将制备有Pt对电极的玻璃基板与步骤3中涂覆有紫外固化胶的光阳极玻璃基板按照设计进行对位贴合，在紫外光的辐照下紫外固化胶发生固化交联完成染料敏化太阳能电池器件的封装。
5.通过对电极玻璃基板上的小孔灌注液态电解质，小孔封装，完成染料敏化太阳能电池的制备。
按照现有的封装方法，液体电解质对普遍采用的紫外固化封装胶存在腐蚀作用，紫外固化封装胶被腐蚀、脱落导致液体电解质的泄漏，有机溶剂易挥发。在染料敏化太阳能电池工作过程中液体电解质的泄漏或有机溶剂的挥发导致了电池性能快速的下降直至失效，从而严重影响了电池的使用寿命，该类电池的使用寿命问题是制约其产业化的重要因素之一。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种染料敏化太阳能电池的封装方法，降低染料敏化太阳能电池液体电解质对紫外固化封装胶的腐蚀，从而有效延长了染料敏化太阳能电池的使用寿命，为染料敏化太阳能电池产业化后产品的稳定可靠性提供了技术保障。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种染料敏化太阳能电池的封装方法，包括以下步骤：
1)在带氧化铟锡或掺氟二氧化锡的玻璃基板上印刷或涂覆TiO2浆料，在100～200℃条件下干燥10～30分钟，制备TiO2光阳极薄膜；
2)将印刷有TiO2光阳极薄膜的玻璃基板的四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料；
3)将印刷有TiO2光阳极薄膜及低熔点玻璃封接环浆料的玻璃基板在400～500℃条件下烧结，保温30～60分钟后，在四周封接面上形成了宽度为50～200微米，高度为10～30微米的低熔点玻璃封接环；
4)将带有低熔点玻璃封接环的玻璃基板浸入染料溶液中，对TiO2光阳极薄膜进行染料敏化，形成染料敏化层；
5)在准备制作对电极的玻璃基板四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃粉浆料，在400～500℃条件下烧结，保温30～60分钟后，形成宽度为50～200微米，高度为10～30微米的低熔点玻璃封接环；然后在玻璃基板上制备对电极；
6)在包含低熔点玻璃封接环的染料敏化的光阳极玻璃基板封接面处涂覆紫外固化胶，紫外固化胶包覆封接面处的低熔点玻璃封接环；
7)在包含低熔点玻璃封接环的对电极玻璃基板封接面处涂覆紫外固化胶，紫外固化胶包覆封接面处的低熔点玻璃封接环；
8)将步骤6)与步骤7)中的光阳极玻璃基板与对电极玻璃基板进行对位贴合，在紫外光的辐照下紫外固化胶发生固化交联完成染料敏化太阳能电池器件的封装。
所述的低熔点玻璃封接环浆料由低熔点玻璃粉和粘接剂组成，其中，低熔点玻璃粉的热膨胀系数为65～85×10-7/℃，玻璃化转变温度为300～500℃，粒度分布为：50％，平均粒子粒径为0.5～5μm，最大粒子粒径为5～10μm；粘接剂为乙基纤维素与松油醇按质量比为1∶5～1∶9混合。
与现有技术相比，本发明提供的染料敏化太阳能电池的封装技术，通过对染料敏化太阳能电池的光阳极导电玻璃基板及对电极导电玻璃基板封装面进行低熔点玻璃封接环的凸起结构设计，有效降低了染料敏化太阳能电池中液体电解质对紫外固化封装胶的腐蚀，可显著提高染料敏化太阳能电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明制备的染料敏化太阳能电池封装结构的示意图，
其中：1、光阳极导电玻璃基板；2、对电极导电玻璃基板；3、光阳极导电玻璃基板上的低熔点玻璃封接环；4、对电极玻璃基板上的低熔点玻璃封接环；5、TiO2光阳极薄膜；6、染料敏化层；7、液态电解质；8、紫外固化封装胶；9、Pt电极层。
具体实施方式
下面结合附图对发明做详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明通过对染料敏化太阳能电池的光阳极导电玻璃基板及对电极导电玻璃基板封装面进行低熔点玻璃封接环的凸起结构设计，有效降低液体电解质对紫外固化封装胶的腐蚀。
实施例1(参见图1)
1、在带ITO(氧化铟锡)的玻璃基板上印刷或涂覆TiO2浆料，在100℃条件下干燥10分钟，制备TiO2光阳极薄膜5；
2、将印刷有TiO2光阳极薄膜5的光阳极导电玻璃基板1四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料；所述的低熔点玻璃封接环浆料由低熔点玻璃粉及粘接剂组成，其中，低熔点玻璃粉包含氧化硅、氧化铋，其热膨胀系数为65～85×10-7/℃，玻璃化转变温度为300～500℃，粒度分布为：50％，平均粒子粒径为0.5～5μm，最大粒子粒径为5～10μm；粘接剂为粘接剂为乙基纤维素与松油醇按质量比为1∶5混合或者其他玻璃粘接常规的有机粘接剂；低熔点玻璃粉和粘接剂的质量比为8∶1。
3、将印刷有TiO2光阳极薄膜5及低熔点玻璃封接环浆料的光阳极玻璃基板1在400℃条件下烧结，保温30分钟后，在四周封接面上形成了宽度为50微米，高度为10微米的低熔点玻璃封接环3；
4、将带有低熔点玻璃封接环3的光阳极导电玻璃基板1浸入染料溶液中，对TiO2光阳极薄膜5进行染料敏化，形成染料敏化层6；
5、在准备制作对电极的对电极导电玻璃基板2的四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料，在400℃条件下烧结，保温30分钟后，形成了宽度为50微米，高度为10微米的低熔点玻璃封接环4；然后在对电极导电玻璃基板2上制备对Pt电极层9；并在对电极导电玻璃基板2上打磨灌装电解质的小孔；
6、在包含低熔点玻璃封接环的染料敏化的光阳极导电玻璃基板1的封接面处涂覆紫外固化胶8，紫外固化胶8包覆封接面处的低熔点玻璃封接环3；
7、在包含低熔点玻璃封接环的对电极导电玻璃基板2的封接面处涂覆紫外固化胶8，紫外固化胶8包覆封接面处的低熔点玻璃封接环4；
8、将步骤6与步骤7中的玻璃基板按照设计进行对位贴合，在紫外光的辐照下紫外固化胶发生固化交联完成染料敏化太阳能电池器件的封装。
在封装完成之后，通过对电极导电玻璃基板2上预留的小孔灌注液态电解质7，密封小孔，完成染料敏化太阳能电池器件的制备。
实施例2
1、在带ITO(氧化铟锡)或FTO(掺氟二氧化锡)的玻璃基板上印刷或涂覆TiO2浆料，在150℃条件下干燥20分钟，制备TiO2光阳极薄膜5；
2、将印刷有TiO2光阳极薄膜5的光阳极导电玻璃基板1四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料；所述的低熔点玻璃封接环浆料由低熔点玻璃粉及粘接剂组成，其中，低熔点玻璃粉包含氧化硅、氧化铋，其热膨胀系数为65～85×10-7/℃，玻璃化转变温度为300～500℃，粒度分布为：50％，平均粒子粒径为0.5～5μm，最大粒子粒径为5～10μm；粘接剂为粘接剂为乙基纤维素与松油醇按质量比为1∶8混合，低熔点玻璃粉和粘接剂的质量比为10∶1。
3、将印刷有TiO2光阳极薄膜5及低熔点玻璃封接环浆料的光阳极玻璃基板1在450℃条件下烧结，保温40分钟后，在四周封接面上形成了宽度为150微米，高度为20微米的低熔点玻璃封接环3；
4、将带有低熔点玻璃封接环3的光阳极导电玻璃基板1浸入染料溶液中，对TiO2光阳极薄膜5进行染料敏化，形成染料敏化层6；
5、在准备制作对电极的对电极导电玻璃基板2的四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料，在480℃条件下烧结，保温45分钟后，形成了宽度为120微米，高度为25微米的低熔点玻璃封接环4；然后在对电极导电玻璃基板2上制备对Pt电极层9；并在对电极导电玻璃基板2上打磨灌装电解质的小孔；
6、在包含低熔点玻璃封接环的染料敏化的光阳极导电玻璃基板1的封接面处涂覆紫外固化胶8，紫外固化胶8包覆封接面处的低熔点玻璃封接环3；
7、在包含低熔点玻璃封接环的对电极导电玻璃基板2的封接面处涂覆紫外固化胶8，紫外固化胶8包覆封接面处的低熔点玻璃封接环4；
8、将步骤6与步骤7中的玻璃基板按照设计进行对位贴合，在紫外光的辐照下紫外固化胶发生固化交联完成染料敏化太阳能电池器件的封装。
在封装完成之后，通过对电极导电玻璃基板2上预留的小孔灌注液态电解质7，密封小孔，完成染料敏化太阳能电池器件的制备。
实施例3
1、在带ITO(氧化铟锡)或FTO(掺氟二氧化锡)的玻璃基板上印刷或涂覆TiO2浆料，在200℃条件下干燥30分钟，制备TiO2光阳极薄膜5；
2、将印刷有TiO2光阳极薄膜5的光阳极导电玻璃基板1四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料；所述的低熔点玻璃封接环浆料由低熔点玻璃粉及粘接剂组成，其中，低熔点玻璃粉包含氧化硅、氧化铋，其热膨胀系数为65～85×10-7/℃，玻璃化转变温度为300～500℃，粒度分布为：50％，平均粒子粒径为0.5～5μm，最大粒子粒径为5～10μm；粘接剂为粘接剂为乙基纤维素与松油醇按质量比为1∶9混合；低熔点玻璃粉和粘接剂的质量比为20∶1。
3、将印刷有TiO2光阳极薄膜5及低熔点玻璃封接环浆料的光阳极玻璃基板1在500℃条件下烧结，保温60分钟后，在四周封接面上形成了宽度为200微米，高度为30微米的低熔点玻璃封接环3；
4、将带有低熔点玻璃封接环3的光阳极导电玻璃基板1浸入染料溶液中，对TiO2光阳极薄膜5进行染料敏化，形成染料敏化层6；
5、在准备制作对电极的对电极导电玻璃基板2的四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料，在500℃条件下烧结，保温60分钟后，形成了宽度为200微米，高度为30微米的低熔点玻璃封接环4；然后在对电极导电玻璃基板2上制备对Pt电极层9；并在对电极导电玻璃基板2上打磨灌装电解质的小孔；
6、在包含低熔点玻璃封接环的染料敏化的光阳极导电玻璃基板1的封接面处涂覆紫外固化胶8，紫外固化胶8包覆封接面处的低熔点玻璃封接环3；
7、在包含低熔点玻璃封接环的对电极导电玻璃基板2的封接面处涂覆紫外固化胶8，紫外固化胶8包覆封接面处的低熔点玻璃封接环4；
8、将步骤6与步骤7中的玻璃基板按照设计进行对位贴合，在紫外光的辐照下紫外固化胶发生固化交联完成染料敏化太阳能电池器件的封装。
在封装完成之后，通过对电极导电玻璃基板2上预留的小孔灌注液态电解质7，密封小孔，完成染料敏化太阳能电池器件的制备。
采用本发明的染料敏化太阳能电池的封装方法封装的染料敏化太阳能电池，由于双层低熔点玻璃封接环的隔离阻挡作用降低了染料敏化太阳能电池中液体电解质对紫外固化封装胶的腐蚀，从而有效延长了染料敏化太阳能电池的使用寿命，采用本发明封装的染料敏化太阳能电池较采用目前通用方法封装的染料敏化太阳能电池器件寿命提高了75％。

Claims (3)

1、一种染料敏化太阳能电池的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在带氧化铟锡或掺氟二氧化锡的玻璃基板上印刷或涂覆TiO2浆料，在100～200℃条件下干燥10～30分钟，制备TiO2光阳极薄膜；
2)将印刷有TiO2光阳极薄膜的玻璃基板的四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃封接环浆料；
3)将印刷有TiO2光阳极薄膜及低熔点玻璃封接环浆料的玻璃基板在400～500℃条件下烧结，保温30～60分钟后，在四周封接面上形成了厚度为50～200微米，高度为10～30微米的低熔点玻璃封接环；
4)将带有低熔点玻璃封接环的玻璃基板浸入染料溶液中，对TiO2光阳极薄膜进行染料敏化，形成燃料敏化层；
5)在准备制作对电极的玻璃基板四周封接面上印刷或涂覆低熔点玻璃粉浆料，在400～500℃条件下烧结，保温30～60分钟后，形成厚度为50～200微米，高度为10～30微米的低熔点玻璃封接环，然后在玻璃基板上制备对电极；
6)在包含低熔点玻璃封接环的染料敏化的光阳极玻璃基板封接面处涂覆紫外固化胶，紫外固化胶包覆封接面处的低熔点玻璃封接环；
7)在包含低熔点玻璃封接环的对电极玻璃基板封接面处涂覆紫外固化胶，紫外固化胶包覆封接面处的低熔点玻璃封接环；
8)将步骤6)与步骤7)中的光阳极玻璃基板与对电极玻璃基板进行对位贴合，在紫外光的辐照下紫外固化胶发生固化交联完成染料敏化太阳能电池器件的封装。
2、如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池的封装方法，其特征在于，所述的低熔点玻璃封接环浆料由低熔点玻璃粉和粘接剂组成，其中，低熔点玻璃粉的热膨胀系数为65～85×10-7/℃，玻璃化转变温度为300～500℃，粒度分布为50％，平均粒子粒径为0.5～5μm，最大粒子粒径为5～10μm；粘接剂为乙基纤维素与松油醇按质量比为1∶5～1∶9混合。
3、如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池的封装方法，其特征在于，所述对电极为Pt电极。
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