CN101783248A - 一种染料敏化电池的封装结构体及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种染料敏化电池的封装结构体以及制备该染料敏化电池的封装结构体的封装方法，所述染料敏化电池包括被封装在一起的光阳极组件、对电极组件和电解液(8)，其特征在于所述光阳极组件和/或对电极组件中的导电电极(5)的表面上覆盖有两层或更多层相结合的封装结构体，其中所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在所述导电电极(5)的表面上的硬质绝缘层(6)和覆盖在所述硬质绝缘层(6)的表面上的粘结剂粘合层(7)。在本发明的这种两层或多层相结合的封装结构体中，避开了现有技术中材料的缺点，并且解决了粘合剂在高温和压力下易变形，使粘合层变薄，导致光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而导致短路的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种染料敏化电池的封装结构体及封装方法，具体地，涉及一种具有覆盖在导电电极的表面上的硬质绝缘层以及覆盖在所述硬质绝缘层的表面上的粘结剂粘合层的这种两层或多层的染料敏化电池的封装结构体，以及涉及这样一种染料敏化电池的封装结构体的制备方法。
背景技术
能源短缺与环境污染是目前人类面临的两大问题。传统的能源煤、石油和木材按目前的消耗速度只能维持五十至一百年。另外，由此所带来的环境污染也正在威胁着人类赖以生存的地球。而在人类可以预测的未来时间内，太阳能作为人类取之不尽用之不竭的洁净能源，不产生任何的环境污染，且基本上不受地理条件的限制，因此太阳能利用技术研究引起了各国科学家的广泛重视。太阳能的利用主要有太阳能电池发电。由于目前市场上的太阳能电池产品硅太阳能电池制造成本过高，因此不利于广泛应用。
染料敏化纳米晶太阳能电池(DSC)作为一种新型太阳能——电能转化装置由瑞士的M.教授于1991年首次提出(O’Regan，B.；
M.Nature 1991，353，737)。其结构是在导电玻璃基底上烧结一层纳米多孔TiO2膜，并在上面吸附一层光敏染料作为光阳极，阴极由镀Pt的导电玻璃组成，电解质为含I-/I3-氧化还原对的电解液。这类电池由于结构简单、制作成本低、对环境无污染等优点，已成为一类具有应用前景的光电转换装置。目前小面积(面积小于1cm2)DSC的光电转换效率已达到11％左右(Chiba，Y.；Islam，A.；Watanabe，Y.；Komiya，R.；Koide，N.；Han，L.Jpn.J.Appl.Phys.，Part 2 2006，45，L638.)。但大面积电池及其组件，由于在电池密封等关键问题上未能解决，一直阻止这种太阳能电池的广泛应用。
由于DSC内部复杂的物理和化学环境，电子在电解液的传递过程中伴随着复杂的反应过程，这些都对密封材料的抗溶剂性提出了更高要求，而且要有足够的强度以防止电解液的泄露和挥发，这是DSC能大规模应用的一个基本要求。
中国专利CN101515509A公开了一种大面积DSC封装工艺，其主要技术特征是在光阳极导电玻璃的银线上覆盖一层沙林膜，然后盖上铂电极基板，使用层压机进行压制，完成沙林膜对DSC组件的封装。中国专利CN101354970A公开了另一种大面积DSC封装工艺，其主要技术特征是将光阳极和对电极导电玻璃采用低熔点玻璃浆料对合预封装在一起，留出注入通道，然后再吸附染料并灌注电解质。
专利CN101515509A的封装工艺缺点：沙林膜封装工艺的稳定性差，在接触电解液的情况下极易导致封装失效，从而产生电解液泄露并导致电池失效。另外沙林膜价格昂贵(如Surlyn1702热封薄膜约1000元人民币/平方米)，且沙林膜的切割和铺平工艺不适合自动化生产，另外沙林膜的层压工艺稳定性及均一性较差，不利于工业化生产。
专利CN101354970A的封装工艺缺点：玻璃浆料的烧结很难保证每个接触点的紧密性，因为丝网印刷后的玻璃浆料很难在厚度上保持均一，烧结过程中在玻璃上施加压力又易导致玻璃变形。另外玻璃浆料烧结后也存在少量孔洞的问题，从而易导致电解液的泄露和挥发。
可见，现有技术一般是在导电电极上的单层封装结构体，有单独用Surlyn1702热封薄膜的、有单独用玻璃浆料的、有单独用特制粘合剂的，但是现有技术都存在一定的缺点。如Surlyn1702热封薄膜存在稳定性和耐溶剂性差、难自动化、成本高等缺点；玻璃浆料存在难以保证封装的均一性，部分上下封装点不能良好接触等缺点，从而导致电解液泄露。单独用粘合剂的存在封装时易短路的缺点，因为粘合剂在高温和压力下易变形，从而使粘合层变薄，导致光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而导致短路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有硬质绝缘层和粘结剂粘合层这种两层或多层相结合的封装结构体及制备该封装结构体的封装方法。
为此，本发明的第一方面在于，提供一种染料敏化电池的封装结构体，所述染料敏化电池包括被封装在一起的光阳极组件、对电极组件和电解液，其特征在于所述光阳极组件和/或对电极组件中的导电电极的表面上覆盖有两层或更多层相结合的封装结构体，其中所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在所述导电电极的表面上的硬质绝缘层和覆盖在所述硬质绝缘层的表面上的粘结剂粘合层。
本发明的第二方面在于，提供一种制备第一方面的染料敏化电池的封装结构体的封装方法，所述方法包括：
a)通过如下步骤制备光阳极组件：提供带有导电层的透明基底；在所述导电层上印刷不连续的纳米粒子浆料层，干燥之后进行煅烧；将烧好的纳米粒子层浸渍在TiCl4的水溶液中，烘干后，在没有被纳米粒子层覆盖的导电层上印刷导电电极，烘干之后煅烧；然后，在染料溶液中浸泡，得到吸附了染料的不连续的纳米粒子层；在导电电极上印刷一层硬质绝缘层，之后干燥；然后，在所述硬质绝缘层上印刷一层粘结剂粘合层；
b)通过如下步骤制备对电极组件：在对电极组件的导电电极上，印刷一层硬质绝缘层，干燥；然后，在所述硬质绝缘层上印刷一层粘结剂粘合层；
c)电池的封装，即，将光阳极组件和对电极组件的粘结剂粘合层上下对准之后，在热压机或UV固化机中进行封装。
本发明的第三方面在于，提供一种制备第一方面所述的染料敏化电池的封装结构体的另一种封装方法，所述方法包括：
a)通过如下步骤制备光阳极组件：提供带有导电层的透明基底；在所述导电层上印刷不连续的纳米粒子层，干燥之后进行煅烧；将烧好的纳米粒子层浸渍在TiCl4的水溶液中，烘干后，在没有被纳米粒子层覆盖的导电层上印刷导电电极，烘干之后煅烧；然后，在导电电极上印刷一层硬质绝缘层，之后干燥，烘干后烧结；然后，在染料溶液中浸泡，得到吸附了染料的纳米粒子层；然后，在所述烧结的硬质绝缘层上印刷一层粘结剂粘合层；
b)通过如下步骤制备对电极组件：在对电极组件的导电电极上，印刷一层硬质绝缘层之后，干燥，烘干后烧结；然后，在所述硬质绝缘层上印刷一层粘结剂粘合层；
c)电池的封装，即，将光阳极组件和对电极组件的粘结剂粘合层上下对准之后，在热压机或UV固化机中进行封装。
在本发明的这种两层或多层相结合的封装结构体中，引入了硬质绝缘层，然后再用粘合剂封装，从而避开了现有技术中材料的缺点，并且解决了粘合剂在高温和压力下易变形，从而使粘合层变薄，导致光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而导致短路的技术问题。
附图说明
图1是吸附了染料且导电电极没有覆盖硬质绝缘层的光阳极组件的截面示意图；
图2是吸附了染料且导电电极覆盖了硬质绝缘层的光阳极组件的截面示意图；
图3是吸附了染料且导电电极依次覆盖了硬质绝缘层和粘结剂粘合层的光阳极组件的截面示意图；
图4是本发明染料敏化太阳能电池结构的截面示意图；以及
图5是吸附了染料且没有印制导电电极的光阳极组件的截面示意图。
在附图1-5中，相同的附图标记表示相同或类似功能的部件。其中：
1为透明基底层
2为导电层
3为吸附了染料的半导体纳米粒子层
4为对电极
5为导电电极
6为硬质绝缘层
7为粘合层
8为电解液
具体实施方式
在本发明的第一个方面是提供一种染料敏化电池的封装结构体。所述封装结构体包括被封装在一起的光阳极组件、对电极组件和电解液8，其特征在于所述光阳极组件和/或对电极组件中的导电电极5的表面上覆盖有两层或更多层相结合的封装结构体，其中所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在所述导电电极5的表面上的硬质绝缘层6和覆盖在所述硬质绝缘层6的表面上的粘结剂粘合层7。
具体地，所述光阳极组件包括：带有导电层2的透明基底1；位于导电层2上的一层不连续的吸附了染料的半导体纳米粒子层3；位于没有覆盖纳米粒子层的导电层2上的导电电极5；覆盖在导电电极5上的两层或更多层相结合的封装结构体，其特征在于所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在所述导电电极5的表面上的硬质绝缘层6，以及覆盖在硬质绝缘层6上的粘结剂粘合层7。
所述对电极组件包括：对电极、印刷在对电极上的导电电极，以及覆盖在所述导电电极上的两层或更多层相结合的结构体，其特征在于所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在导电电极上的硬质绝缘层6和覆盖在硬质绝缘层6上的粘结剂粘结剂粘合层7。本发明的封装结构的特征在于：所述硬质绝缘层6和所述覆盖在硬质绝缘层6上的粘结剂粘合层7相结合的封装结构体是一种能够有效地防止电池短路的封装结构，因为粘结剂在高温和压力下变形而使粘结剂粘合层变薄，但是硬质绝缘层的引入能有效防止光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而防止电池短路。
现在，参考附图1-5描述本发明的染料敏化电池的封装结构体。
透明基底层1可以是玻璃基底或塑料基底。所述塑料可选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺、三乙酰基纤维素和聚醚砜中的任一种。本发明优选玻璃基底。
导电层2是形成在透明基底层1上，并且可以由选自氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、ZnO-GaZO3、ZnO-Al2O3、锡基氧化物、氧化锑锡(ATO)和氧化锌中的任意一种构成。本发明优选FTO。
吸附了染料的纳米粒子层3的纳米粒子为Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任意一种，纳米粒子的平均粒径小于或等于50nm。本发明优选TiO2和ZnO。
对电极4由选自Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一种或多种组成。导电聚合物为选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔和聚醚中的任意一种。本发明优选Pt电极。
导电电极5为选自银电极、碳电极、石墨电极、铜电极、铝电极及钨电极中一种或多种。其中若硬质绝缘层需高温烧结，导电电极需用耐高温材料如银电极等。导电电极5中，本发明优选银电极和碳电极。
硬质绝缘层6是由选自纳米TiO2浆料、ZnO浆料及玻璃浆料等耐压力绝缘材料中的一种或多种形成的层。本发明优选纳米TiO2浆料和玻璃浆料作为硬质绝缘层的材料。
粘合层7是由热性粘结剂或UV固化胶等形成的粘合层。
电解液8是碘/碘化锂电解质，或者离子液体和有机空穴传输材料中的任意一种构成。
下面描述本发明的染料敏化电池的封装结构体的制备方法，本发明的封装结构体是两层或更多层相结合的封装结构体，其至少包括覆盖在所述导电电极(5)的表面上的硬质绝缘层(6)和覆盖在所述硬质绝缘层(6)的表面上的粘结剂粘合层(7)。本发明的所述硬质绝缘层(6)和所述覆盖在硬质绝缘层(6)上的粘结剂粘合层(7)相结合的封装结构体是是一种能够有效地防止电池短路的封装结构，因为粘结剂在高温和压力下变形而使粘结剂粘合层变薄，但是硬质绝缘层的引入能有效防止光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而防止电池短路。本发明的制备方法中，可以包括以下两种情况的制备过程。
第一种情况的制备过程：采用不经过高温烧结的TiO2浆料等为硬质绝缘层6时，制作电池的一般步骤为：
光阳极组件的制备：
1、在清洗过的导电玻璃1上采用丝网印刷工艺印刷一层10～15微米厚的纳米粒子浆料层，120～125℃干燥5～8分钟，然后480～500℃煅烧30～60分钟，即得不连续的纳米粒子层3。其中丝网目数为150～250目。所述纳米粒子为Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任意一种，并且纳米粒子的平均粒径小于或等于50nm。本发明优选TiO2。
2、然后，将烧好的纳米粒子层在优选50mM的TiCl4水溶液中，于70℃浸泡25～35分钟，烘干后在没有印刷纳米粒子层优选二氧化钛层的导电层2上，采用丝网印刷工艺印刷一层导电电极5，优选银电极5，并且在120～125℃烘干5～8分钟，然后在480～500℃煅烧25～35分钟。其中丝网目数为200～300目。
3、将烧好的光阳极材料在染料液中浸泡24小时，使染料充分吸附。在本发明中，所述染料没有特别限制，但是优选使用来自瑞士Solaronix公司的N719染料。吸附了染料的光阳极组件示意图如图1所示，其中吸附了染料的半导体纳米粒子层3为吸附了染料的二氧化钛层。
4、在导电电极5上采用丝网印刷工艺印刷一层厚度为6～12微米硬质绝缘层6，优选TiO2硬质绝缘层6。为了提高性能，所印刷的硬质绝缘层6的宽度要宽于导电电极5，以将导电电极5整体覆盖。然后，在120～125℃干燥5～8分钟，即得到示意图为2的光阳极组件。其中丝网为80～150目。其中在采用TiO2硬质绝缘层的情况下，用于丝网印刷工艺的TiO2浆料由商用P25(购买自德国Degussa)制得，具体制备方法参考文献：S.Ito，P.Chen，P.Comte，M.K.Nazeeruddin，P.Liska，P.Péchy and M.
Prog.Photovolt：Res.Appl.2007；15：603-612。
5、在硬质绝缘层6上采用丝网印刷工艺印刷一层厚度为4～12微米的粘结剂粘合层7，并且为了提高性能，最好使得所印刷的粘结剂粘合层7宽度要宽于硬质绝缘层6，即，将硬质绝缘层6整体覆盖起来，防止硬质绝缘层6接触电解液。然后，在58-62℃固化1～3分钟，即得到示意图为3的光阳极组件。其中丝网目数为80～150目。
对电极组件的制备：
在印刷有银电极的对电极，优选Pt对电极上，采用同上面步骤4和5的方法即可得到印刷有硬质绝缘层6和粘结剂粘合层7的对电极组件。
电池的封装：
1、粘结剂粘合层为热性粘结剂粘合层的情况
将光阳极组件和对电极组件按相对应的位置对准，通常，通过手工将光阳极组件和对电极组件的粘合层上下对准即可，之后放入热压机中，在118-122℃条件下压紧50～70秒，即完成电池的封装。
2、粘结剂粘合层为UV固化胶粘合层的情况
将光阳极组件和对电极组件按相对应的位置对准后，放入UV固化机(UVITRON 600W型UV固化机)中，2～5Kg/cm2压力的条件下，用UV辐射20～30秒，即完成电池的封装。
第二种情况的制备过程：采用玻璃浆料等为硬质绝缘层6，并且硬质绝缘层6烧结时，制作电池的一般步骤为：
所述玻璃浆料的制备原料为400～500目低温玻璃粉，其熔点为410～430℃，具体制备过程和二氧化钛浆料的制备过程相同。
光阳极组件的制备：
1、在清洗过的导电玻璃的上采用丝网印刷工艺印刷一层10～15微米厚的纳米粒子浆料，优选TiO2浆料，120～125℃干燥5～8分钟后480～500℃煅烧30～60分钟，即得一层不连续的纳米粒子层。其中丝网目数为150～250目。
2、将烧好的纳米粒子层，优选二氧化钛纳米粒子层，放入优选的50mM的TiCl4水溶液中，于70～75℃浸泡25～35分钟，烘干后，在没有印刷纳米粒子层的导电层2上，采用丝网印刷工艺印刷一层导电电极5，优选银电极5，并且在120～125℃烘干5～8分钟后，在480～500℃煅烧25～35分钟。其中丝网目数为200～300目。
3、采用丝网印刷工艺，在导电电极5上印刷一层厚度为6～12微米的玻璃浆料，120～125℃干燥8～10分钟后425～435℃煅烧25～35分钟，得到硬质绝缘层6。其中丝网目数为80～150目。
4、将烧好的光阳极组件在染料溶液中浸泡24小时，使染料充分吸附。本发明所使用的染料没有特别的限制，但是优选使用来自瑞士Solaronix公司产的N719染料。
5、在硬质绝缘层6上采用丝网印刷工艺印刷一层厚度为4～12微米的粘结剂，58～62℃固化1～3分钟，即得到示意图为3的光阳极组件。其中丝网目数为80～150目。
对电极组件的制备：
在印刷有导电电极5优选银电极的对电极(优选Pt对电极)上，采用同上面步骤4和5的方法即可得到印刷有硬质绝缘层6和粘结剂粘合层7的对电极组件。
电池的封装：
1、粘结剂粘合层为热性粘结剂粘合层的情况
将光阳极组件和对电极组件按相对应的位置对准，通常地，通过手工将光阳极组件和对电极组件的粘合层上下对准，然后放入热压机中，在118～122℃条件下压紧50～70秒，即完成电池的封装。
2、粘结剂粘合层为UV固化胶粘合层的情况
将光阳极组件和对电极组件按相对应的位置对准后，放入UV固化机中，2～5Kg/cm2压力的条件下，用UV辐射20～30秒，即完成电池的封装。
本发明的封装结构相对于现有技术中的封装结构具有以下的优点：
1、本发明工艺成本低廉，可显著降低电池制造成本。其主要原因在于所选用的封装材料价格低廉，如AD-HM6型油墨为400元人民币/千克，二氧化钛及玻璃浆料的成本都在500元人民币/千克以内，而传统工艺中选用沙林膜(专利CN101515509A)价格昂贵，如Surlyn1702热封薄膜(DHS-SN1760)的价格为1000元人民币/平方米左右，且采用沙林膜工艺时产生的废料较多。因此采用Surlyn1702热封薄膜的工艺成本为1000元/平方米，而采用本发明的封装方法，材料成本可控制在15元人民币/平方米以下。
2、本发明工艺简单，操作方便，适合自动化生产。传统工艺(专利CN101515509A)中选用沙林膜做封装材料，沙林膜的切割和铺平工艺不适合自动化生产，另外沙林膜的层压工艺稳定性及均一性较差，不利于工业化生产。本发明中硬质绝缘层和粘合层的工艺实施都可以采用丝网印刷工艺，其厚度、宽度、形状等工艺参数都可以准确定位，工艺灵活，适合自动化生产。
3、本发明的工艺稳定性及电池性能的均一性高。传统专利CN101515509A的封装工艺中采用沙林膜为封装材料，电池性能均一性受封装过程影响较大，封装工艺的稳定性差，在接触电解液的情况下极易导致封装失效，从而产生电解液泄露并导致电池失效。专利CN101354970A的封装工艺采用玻璃浆料为封装材料，玻璃浆料的烧结很难保证每个接触点的紧密性，因为丝网印刷后的玻璃浆料很难再厚度上保持均一，烧结过程中在玻璃上施加压力又易导致玻璃变形。另外玻璃玻璃浆料烧结后也存在少量空洞的问题，从而易导致电解液的泄露和挥发。单独用粘结剂的存在封装时易短路的缺点，因为粘结剂在高温和压力下易变形，从而使粘合层变薄，导致光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而导致短路。本发明创新性地引入硬质绝缘层，然后再用粘结剂封装，从而避开了上述材料的缺点，而取其优点。采用本发明工艺制备的电池在AM1.5，100mW·cm-2的光照条件下，照射1000小时，没有发现电解液泄露和明显的效率下降。因此本发明封装工艺的稳定性和均一性都比传统工艺的要好。
实施例
实施例1
导电电极5为银电极，硬质绝缘层6为TiO2浆料，且硬质绝缘层6没有烧结时，粘合层7为常用耐溶剂型热性粘结剂，如JELCON AD-HM6型油墨，所形成的粘合层。具体实施方法为：
1、在如图1的光阳极组件上，采用丝网印刷工艺，在银电极5上覆盖一层厚度为9微米的二氧化钛浆料，125℃干燥8分钟，可得到硬质绝缘层6，即，可获得如图2所示的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
2、接着，采用丝网印刷工艺，在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为8微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，可得到粘结剂粘合层7，即得到示意图为3的光阳极组件。
3、在印刷有银电极的Pt对电极上采用同上面步骤1和2的方法即可得到印刷有硬质绝缘层和热性粘结剂粘合层的Pt对电极组件。
4、将上述所得的光阳极组件和上述所得的对电极组件按相对应的位置对准后，放入热压机中，在120℃条件下压紧70秒，即完成电池的封装。
实施例1中硬质绝缘层6和粘合层7都采用丝网印刷工艺，该工艺适合大规模自动化生产，可以极大地提高生产效率。另外硬质绝缘层6采用与半导体纳米粒子层相同的二氧化钛浆料，粘合层采用工业上应用极为普遍的JELCON AD-HM6型油墨，这些都降低了成本，有利于DSC的产业化发展。
实施例2
导电电极5为(ACHESON)ED 581SS导电碳浆，硬质绝缘层6为TiO2浆料，且硬质绝缘层6没有烧结时，粘合层7为常用耐溶剂型热性粘结剂，如JELCON AD-HM6型油墨，所形成的粘合层。具体实施方法为：
1、在吸附了染料如图5所示的光阳极组件上，采用丝网印刷工艺，在导电电极的位置上印刷一层厚度为6微米的(ACHESON)ED 581SS导电碳浆，135℃温度下固化60分钟，然后就可得到如图1所示的光阳极组件。其中导电电极为ED 581SS导电碳浆。采用丝网目数为200目。
2、接着，采用丝网印刷工艺，在导电电极上覆盖一层厚度为9微米的二氧化钛浆料作为硬质绝缘层，125℃干燥8分钟，即可得到如图2所示的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
3、接着，采用丝网印刷工艺，在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为8微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得到示意图为3的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
4、在印刷有ED 581SS导电电极的Pt对电极上采用同上面步骤2和3的方法即可得到印刷有硬质绝缘层和热性粘结剂粘合层的Pt对电极组件。
5、将上述所得的光阳极组件和上述所得的对电极组件按相对应的位置对准后，放入热压机中，在120℃条件下压紧60秒，即完成电池的封装。
实施例2同样具有实施例1的技术优点。此外，发明人还发现由于采用了ED 581SS导电碳浆(ACHESON)作为导电电极，还进一步降低了生产成本，提高了生产效率，因为在这种情况下，只要135℃固化即可，而使用银导电电极时则需要500℃烧结。
实施例3
导电电极5为银电极，硬质绝缘层6为玻璃浆料，且硬质绝缘层6烧结时，粘合层7为常用耐溶剂型热性粘结剂(如JELCON AD-HM6型油墨)。
具体实施方法为：
1、在类似图1的光阳极组件上(不同之处在于，半导体纳米粒子层3并没有吸附染料)，采用丝网印刷工艺，在银电极上覆盖一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，430℃煅烧30分钟。冷却至80℃后浸泡N719染料24小时，然后即可得到如图2所示的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
2、接着，采用丝网印刷工艺，在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为8微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得到示意图为3的光阳极组件。
3、在印刷有银电极的Pt对电极上采用丝网印刷工艺，在银电极上覆盖一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，430℃煅烧30分钟。然后在硬质绝缘层玻璃浆料上印刷一层厚度为8微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得对电极组件。
4、将上述所得的光阳极组件和上述所得的对电极组件按相对应的位置对准后，放入热压机中，在120℃条件下压紧70秒，即完成电池的封装。
实施例3同样具有实施例1的技术优点。此外本发明人还发现如下优点：由于采用了玻璃浆料作为绝缘层，因此其耐溶剂性和稳定性比实施例1和2的都要好，只是成本比实施例1和实施例2要略高。
实施例4
导电电极5为银电极，硬质绝缘层6为高温烧结的玻璃浆料层，粘合层7为常用耐溶剂型UV固化胶(如JUJO RC-UM 46型UV固化油墨)。具体实施方法为：
1、在类似图1的光阳极组件上(不同之处在于，半导体纳米粒子层3并没有吸附染料)，采用丝网印刷工艺，在银电极上覆盖一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，430℃煅烧30分钟。冷却至80℃后浸泡N719染料24小时，然后即可得到如图2所示的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
2、接着，采用丝网印刷工艺，在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为8微米的JUJO RC-UM 46型UV固化油墨粘合层，即得到示意图为3的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
3、在印刷有银电极的Pt对电极上采用丝网印刷工艺，在银电极上覆盖一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，430℃煅烧30分钟。然后在烧结的玻璃浆料硬质绝缘层6上印刷一层RC-UM 46型UV固化油墨粘合层，即得对电极组件。其中丝网目数为100目。
4、将上述所得的光阳极组件和上述所得的对电极组件按相对应的位置对准后，放入UV固化机中，在常温下、紫外光强为120mw/cm2、压力为3Kg/cm2条件下固化25秒，即完成电池的封装。
实施例4同样具有实施例3的技术。此外，本发明人还发现有如下优点：因为采用了UV固化胶作为粘合层，其固化工艺较适合大规模工业化生产。
实施例5
导电电极5为银电极，硬质绝缘层6为二氧化钛和玻璃浆料的双层烧结结构，粘合层7为常用耐溶剂型热性粘结剂(如JELCON AD-HM6型油墨)。
具体实施方法为：
1、在类似图1的光阳极组件上(不同之处在于，半导体纳米粒子层3并没有吸附染料)，采用丝网印刷工艺，在导电电极上覆盖一层厚度为6微米的二氧化钛浆料，125℃干燥8分钟，然后再在二氧化钛层上印刷一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，干燥后在430℃煅烧30分钟。冷却至80℃后浸泡N719染料24小时，然后即可得到如图2所示的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
2、接着，采用丝网印刷工艺，在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为8微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得到示意图为3的光阳极组件。
3、在印刷有银电极的Pt对电极上采用丝网印刷工艺，在导电电极上覆盖一层厚度为6微米的二氧化钛浆料，125℃干燥8分钟，然后再在二氧化钛层上印刷一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，干燥后在430℃煅烧30分钟。然后在硬质绝缘层玻璃浆料上印刷一层厚度为8微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得对电极组件。
4、将上述所得的光阳极组件和上述所得对电极组件按相对应的位置对准后，放入热压机中，在120℃条件下压紧70秒，即完成电池的封装。
实施例5同样具有实施例1的技术优点。此外本发明人还发现如下优点：由于采用了烧结的二氧化钛和玻璃浆料双层结构的绝缘层，因此其耐溶剂性和稳定性比实施例1的都要好，只是成本比实施例1略高。
实施例6
导电电极5为银电极，硬质绝缘层6为烧结的玻璃浆料，粘合层7为JELCON APG油墨和JELCON AD-HM6型油墨的双层结构。具体实施方法为：
1、在类似图1的光阳极组件上(不同之处在于，半导体纳米粒子层3并没有吸附染料)，采用丝网印刷工艺，在银电极上覆盖一层厚度为8微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，430℃煅烧30分钟。冷却至80℃后浸泡N719染料24小时，然后即可得到如图2所示的光阳极组件。其中丝网目数为100目。
2、接着，采用丝网印刷工艺，在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为6微米的JELCON APG油墨，120℃干燥20分钟，然后在APG油墨层上印刷一层厚度为6微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得到示意图为3的光阳极组件。
3、在印刷有银电极的Pt对电极上采用丝网印刷工艺，在银电极上覆盖一层厚度为6微米的玻璃浆料，125℃干燥8分钟，430℃煅烧30分钟。在硬质绝缘层6上印刷一层厚度为6微米的JELCON APG油墨，120℃干燥20分钟，然后在APG油墨层上印刷一层厚度为6微米的AD-HM6油墨粘合层，60℃固化2分钟，即得对电极组件。
4、将上述所得的光阳极组件和上述所得的对电极组件按相对应的位置对准后，放入热压机中，在120℃条件下压紧70秒，即完成电池的封装。
实施例6同样具有实施例3的技术优点。此外本发明人还发现如下优点：由于采用双层粘合层，APG油墨与基底的结合力比AD-HM6油墨与基底的结合力要强，且APG油墨的耐溶剂性和耐候性都要优于AD-HM6油墨，因此其耐溶剂性和稳定性比实施例3的都要好，只是成本比实施例3要略高。
工业可适用性
由于本发明工艺成本低廉，可显著降低电池制造成本，而且工艺简单，操作方便，适合自动化生产，并且工艺稳定性及所得电池性能的均一性高，因此非常适合于在工业上的推广应用。
Claims (23)
1.一种染料敏化电池的封装结构体，所述染料敏化电池包括被封装在一起的光阳极组件、对电极组件和电解液(8)，其特征在于：所述光阳极组件和/或对电极组件中的导电电极(5)的表面上覆盖有两层或更多层相结合的封装结构体，其中所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在所述导电电极(5)的表面上的硬质绝缘层(6)和覆盖在所述硬质绝缘层(6)的表面上的粘结剂粘合层(7)。
2.根据权利要求1所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于，
所述光阳极组件包括：带有导电层(2)的透明基底(1)；位于导电层(2)上的一层不连续的吸附了染料的半导体纳米粒子层(3)；位于没有覆盖所述半导体纳米粒子层的导电层(2)上的导电电极(5)；覆盖在导电电极(5)上的两层或更多层相结合的封装结构体，其中所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在所述导电电极(5)的表面上的硬质绝缘层(6)，以及覆盖在硬质绝缘层(6)上的粘结剂粘合层(7)，
所述对电极组件包括：对电极(4)、印刷在对电极上的导电电极(5)，以及覆盖在所述导电电极(5)上的两层或更多层相结合的结构体，其中所述两层或更多层相结合的封装结构体至少包括覆盖在导电电极(5)上的硬质绝缘层(6)和覆盖在硬质绝缘层(6)上的粘结剂粘合层(7)，
其中所述两层或更多层相结合的封装结构体的引入阻止了光阳极和对电极之间有接触点，从而防止电池短路。
3.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述硬质绝缘层(6)的宽度宽于导电电极的宽度，以使得导电电极(5)被整体覆盖。
4.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述硬质绝缘层(6)的厚度为6～12微米。
5.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述粘结剂粘合层(7)的厚度为4～12微米。
6.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述硬质绝缘层(6)是由耐压并且绝缘的材料形成。
7.根据权利要求6所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述耐压并且绝缘的材料可选自纳米TiO2浆料、ZnO浆料及玻璃浆料。
8.根据权利要求7所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述耐压并且绝缘的材料可选自TiO2浆料及玻璃浆料。
9.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，其特征在于：所述粘结剂粘合层是由热性粘结剂或UV固化胶形成的层。
10.根据权利要求2所述的染料敏化电池的封装结构体，所述纳米粒子选自Si、TiO2、SnO2、ZnO、WO3、Nb2O5和TiSrO3中的任一种。
11.根据权利要求10所述的染料敏化电池的封装结构体，所述纳米粒子为TiO2或ZnO。
12.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，所述导电电极(5)选自银电极、碳电极、石墨电极、铜电极、铝电极及钨电极中一种或多种。
13.根据权利要求12所述的染料敏化电池的封装结构体，所述导电电极(5)选自银电极和碳电极。
14.根据权利要求1或2所述的染料敏化电池的封装结构体，在所述硬质绝缘层需高温烧结的情况下，所述导电电极需要选用耐高温材料。
15.根据权利要求2所述的染料敏化电池的封装结构体，所述对电极由选自Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物中任意一种或多种组成。
16.根据权利要求15所述的染料敏化电池的封装结构体，所述导电聚合物为选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯乙炔和聚醚中的任一种。
17.根据权利要求15所述的染料敏化电池的封装结构体，所述对电极为Pt电极。
18.一种制备权利要求1所述的染料敏化电池的封装结构体的封装方法，所述方法包括：
a)通过如下步骤制备光阳极组件：提供带有导电层(2)的透明基底(1)；在所述导电层(2)上印刷不连续的纳米粒子浆料层，干燥之后进行煅烧；将烧好的纳米粒子层浸渍在TiCl4的水溶液中，烘干后，在没有被纳米粒子层覆盖的导电层(2)上印刷导电电极(5)，烘干之后煅烧；然后，在染料溶液中浸泡，得到吸附了染料的不连续的纳米粒子层(3)；在导电电极(5)上印刷一层或多层硬质绝缘层(6)，之后干燥；然后，在所述硬质绝缘层(6)上印刷一层或多层粘结剂粘合层(7)；
b)通过如下步骤制备对电极组件：在对电极组件的导电电极(5)上，印刷一层或多层硬质绝缘层(6)，干燥；然后，在所述硬质绝缘层(6)上印刷一层或多层粘结剂粘合层(7)。
c)电池的封装，即，将光阳极组件和对电极组件的粘结剂粘合层(7)上下对准之后，在热压机或UV固化机中进行封装。
19.一种制备权利要求1所述的染料敏化电池的封装结构体的封装方法，所述方法包括：
a)通过如下步骤制备光阳极组件：提供带有导电层(2)的透明基底(1)；在所述导电层(2)上印刷不连续的纳米粒子层，干燥之后进行煅烧；将烧好的纳米粒子层浸渍在TiCl4的水溶液中，烘干后，在没有被纳米粒子层覆盖的导电层(2)上印刷导电电极(5)，烘干之后煅烧；然后，在导电电极(5)上印刷一层或多层硬质绝缘层(6)，之后干燥，烘干后烧结；然后，在染料溶液中浸泡，得到吸附了染料的纳米粒子层(3)；然后，在所述烧结的硬质绝缘层(6)上印刷一层或多层粘结剂粘合层(7)；
b)通过如下步骤制备对电极组件：在对电极组件的导电电极(5)上，印刷一层或多层硬质绝缘层(6)之后，干燥，烘干后烧结；然后，在所述硬质绝缘层(6)上印刷一层或多层粘结剂粘合层(7)；
c)电池的封装，即，将光阳极组件和对电极组件的粘结剂粘合层(7)上下对准之后，在热压机或UV固化机中进行封装。
20.根据权利要求18或19所述的制备染料敏化电池的封装结构体的封装方法，其特征在于：所述硬质绝缘层(6)的宽度宽于导电电极的宽度，以使得导电电极(5)被整体覆盖。
21.根据权利要求18或19所述的制备染料敏化电池的封装结构体的封装方法，其特征在于：所述硬质绝缘层(6)的厚度为6～12微米。
22.根据权利要求18或19所述的制备染料敏化电池的封装结构体的封装方法，其特征在于：所述粘结剂粘合层(7)的厚度为4～12微米。
23.根据权利要求18或19所述的制备染料敏化电池的封装结构体的封装方法，其特征在于：所述硬质绝缘层(6)是由耐压并且绝缘的材料形成。
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