CN102084496A - 染料敏化太阳能电池或子模块及子模块封装方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池或子模块及子模块封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及染料敏化太阳能电池或子模块及子模块封装方法。染料敏化太阳能电池或子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，上述上、下部透明基板的边缘由封装材料进行密封，其特征在于，上述上、下部透明基板的边缘表面具有向相对的透明基板突出或凹陷的凹部或凸部，染料敏化太阳能电池子模块的封装方法用于如下染料敏化太阳能电池子模块，该染料敏化太阳能电池子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，对上述上、下部透明基板的边缘进行封装而进行密封，其特征在于，上述封装通过对金属有机物溶胶进行热处理来形成。

Description

染料敏化太阳能电池或子模块及子模块封装方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池或子模块，更详细地说，涉及能够增加太阳能电池的原电池或子模块的封装强度而提高太阳能电池的耐久性，防止电解质的泄漏，使透明基板之间的结合变得容易，增加封装工序的成品率，从而得到减少制造单价的效果的染料敏化太阳能电池或染料敏化太阳能电池子模块。
而且，本发明涉及染料敏化太阳电池子模块的封装方法，更详细地说，涉及基板与封装材料之间的热膨胀系数之差小而能够防止封装部开裂，与现有的封装方法相比，密封性、耐火化学性优良，由此能够实现染料敏化太阳能电池的耐久性及性能稳定化的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法。
背景技术
自从1991年由瑞士国立洛桑高等技术学院(EPFL)的迈克尔格莱才尔(Michael Gratzel)研究组开发出染料敏化纳米粒子二氧化钛太阳能电池之后，进行着有关该领域的很多研究。与现有的硅系太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池的制造单价明显地低，因此有可能替代现有的非晶体硅太阳能电池，并且不同于硅太阳能电池，染料敏化太阳能电池是以吸收可见光线后生成电子-空穴对的染料分子和传递所生成的电子的过渡金属氧化物为主要构成材料的光电化学太阳能电池。
一般的染料敏化太阳能电池的单位原电池具有如下结构，以上、下部透明基板和分别形成于该透明基板的表面上的导电性透明电极为基础，在相当于第一电极的一侧的导电性透明电极上形成有在其表面吸附染料的过渡金属氧化物多孔层，在相当于第二电极的另一侧导电性透明电极上形成有催化剂薄膜电极，在上述过渡金属氧化物、例如TiO2多孔电极与催化剂薄膜电极之间填充电解质。即，染料敏化太阳能电池作为空穴传导介质使用电解质，染料敏化太阳能电池的电解质依赖性依赖于电解质的扩散速度，扩散速度与液体状态的有机溶剂或离子液体电解质为半固体型或固体型的情况相比，扩散速度大，由此光电转换效率性能优良。但是，这种液态电解质根据外部温度、环境而容易蒸发，容易产生漏液而降低染料敏化太阳能电池的性能，从而需要防止这种电解质泄漏的产生，而这种漏液主要发生在不完整的封装部和电解质注入口。
于是，在此情况下，为了提高这种封装部的结合强度，防止封装部的缺陷，需要改善封装部。
而且，现有的染料敏化太阳能电池子模块的封装主要使用对树脂或无机粘接剂进行热处理而封装的方法，但由于玻璃基板与封装材料的热膨胀系数之差大而在进行利用热处理的封装时难以确保完全密封，在树脂的情况下，存在因耐化学性及耐久性降低而导致寿命变短的问题。
于是，在此情况下，为了提高这种封装部的结合强度，提高耐化学性及耐久性，以防止封装部的缺陷，需要改善封装部。
发明内容
为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池或染料敏化太阳能电池子模块，其能够增加子模块的封装强度而提高太阳能电池的耐久性，防止电解质的泄漏，使透明基板之间的结合变得容易，增加封装工序的成品率，从而能够得到减少制造单价的效果。
而且，本发明的目的是提供一种染料敏化太阳能电池子模块的封装方法及使用该方法制造的染料敏化太阳能电池子模块，其由于基板与封装材料之间的热膨胀系数之差小而能够防止封装部开裂，与现有的封装方法相比，密封性、耐火化学性优良，由此能够实现染料敏化太阳能电池的耐久性及性能稳定化。
为了达到上述目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池或子模块，其包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，上述上、下部透明基板的边缘由封装材料进行密封，其特征在于，上述上、下部透明基板的边缘表面具有向相对的透明基板突出或凹陷的凹部或凸部。
上述子模块是指集成了原电池和原电池的形态，不仅包括用于构成太阳能电池的实质性的子模块，还包括所有模块，只要原电池与原电池彼此接触而集成，则不管哪种形态都属于此模块。
而且，本发明提供一种染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，，该染料敏化太阳能电池子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，对上述上、下部透明基板的边缘进行封装而进行密封，其特征在于，上述封装通过对金属有机物溶胶进行热处理来形成。
优选上述金属有机物溶胶为Si-醇盐、Si-乙酸盐、Ti-醇盐或Ti-乙酸盐。
而且，本发明提供一种利用上述方法进行封装的染料敏化太阳能电池子模块。
有益效果如下。
根据本发明的染料敏化太阳能电池(原电池)或子模块，由于在太阳能电池原电池或子模块的使用了封装材料的结合部位具有凹部或凸部，增加封装材料的接触面积，增强封装材料的结合强度，由此能够提高太阳能电池的耐久性。
而且，随着这种封装材料的结合强度的提高，防止电解质的泄漏，能可靠地结合透明基板之间，所以能够得到增加封装工序的成品率而减少制造单价的效果，在随着凹、凸部的形成而产生电解质泄漏的情况下，由于多个凹、凸部位自身增加了漏液路径，具有密封效果，从而具有防止漏液的效果。
本发明的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法由于基板与封装材料之间的热膨胀系数之差小而能够防止封装部开裂，与现有的封装方法相比，密封性、耐火化学性优良，由此能够实现染料敏化太阳能电池的耐久性及性能稳定化。
附图说明
图1是概略地表示对于现有的染料敏化太阳能电池(原电池单位)的封装结构的剖面结构的剖视图。(未图示导电性透明电极)
图2是概略地表示对于本发明的染料敏化太阳能电池(原电池单位)的封装结构的一实施例的剖面结构的剖视图。(未图示导电性透明电极)
图3是概略地表示对于本发明的染料敏化太阳能电池(原电池单位)的封装结构的另一实施例的剖面结构的剖视图。(未图示导电性透明电极)
图4是概略地表示对于本发明的染料敏化太阳能电池(子模块单位)的封装结构的一实施例的剖面结构的剖视图。(未图示导电性透明电极)
图5是概略地表示对于现有的染料敏化太阳能电池子模块的封装结构的剖面结构的剖视图。(未图示导电性透明电极)
图6是概略地表示对于本发明的染料敏化太阳能电池子模块的封装结构的一实施例的剖面结构的剖视图。
具体实施方式
下面详细说明本发明。
本发明的染料敏化太阳能电池(原电池)或子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，上述上、下部透明基板的边缘由封装材料进行密封，上述上、下部透明基板的边缘表面具有向相对的透明基板突出或凹陷的凹部或凸部。
参照附图对此进行详细说明。
对于本发明的染料敏化太阳能电池(在此意味着原电池单位)或子模块(集成了上述原电池单位的太阳能电池原电池的状态)的具体例子如图2至图4所示。
即，如图1所示的现有的例子，在现有的染料敏化太阳能电池单位原电池的情况下，当结合透明基板时，采用了只是涂敷封装材料(一般的各种有机或无机粘接剂)来结合这些基板的方式，而这种方式无法形成牢固的粘接，封装部分的缺陷导致电解质的泄漏，成为产生缺陷的主要原因。
于是，本发明是为解决这种问题而做出的，为了增加在涂敷封装材料时封装材料(粘接剂)与透明基板接触的面积，本发明的染料敏化太阳能电池或子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，上述上、下部透明基板的边缘由封装材料进行密封，上述上、下部透明基板的边缘表面(实际上意味着涂敷封装材料来维持密封的部分)具有向相对的透明基板突出或凹陷的凹部或凸部。
这是以增加封装材料的接触面积为目的的，所以与其形状或凹部和凸部的对应关系无关地，具有凹部或凸部即可，将此形成于上部透明基板或下部透明基板中任意一个上也可以，但为了增加效果，优选在双方均形成凹部或凸部。
作为对此的具体例子，图2表示具有凹部的原电池单位的染料敏化太阳能电池，图3表示具有凸部的原电池单位的染料敏化太阳能电池。在此，为了便于说明，没有图示导电性透明电极。这种封装结构不仅应用于原电池单位的密封，而且同样应用于子模块的密封，因此对此的具体例子如图4所示。在图4的情况下，虽然图示了仅将子模块边缘的密封做成与此相同的结构，但当然也可以在子模块内的各原电池之间的绝缘分离膜(也可以看作是一种封装材料)的涂敷及通过该涂敷的结合上应用与此相同的结构。
而且，上述凹部或凸部如上所述，用于增加接触面积，所以可以由i)上部为凹部、下部为凹部；ii)上部为凸部、下部为凸部；iii)上部为凹部、下部为凸部；以及iv)上部为凸部、下部为凹部的形态中的任意一种构成，i)的情况为如图3所示的例子，ii)的情况为如图2所示的例子，iii)的情况为如图4的右侧所示的例子。
尤其，上述凹部或凸部的形状如图所示，在沿着边缘以与此边缘平行的连续或不连续的线状形成的情况下，上述凹部或凸部与电解质的泄漏方向垂直，所以增加电解质泄漏路径的效果变得最大化，因而较好。
而且，作为形成上述凹部或凸部的方法，上述凹部可以通过对上述透明基板以一定的形状或图案进行阴刻(可以用化学方法或机械方法或者混合使用这两者的方法等来实施阴刻)而形成，上述凸部可以通过在透明基板上以一定的形状或图案涂敷有机物或无机物并硬化或干燥而形成，优选形成上述凸部的无机物使用玻璃料(frit glass)，为了涂敷这种玻璃料来形成一定的图案，最好通过印刷工序实施该涂敷来形成凸部，这有利于图案的均匀性和工序的便利性方面。
另外，更优选上述凸部或凹部如图4的左侧所示的例子，上述上部透明基板具有向下部突出的凸部，上述下部透明基板具有与上述上部透明基板的凸部相互错开地向上部突出的凸部。由此，在产生封装材料的缺陷时，也可以通过凸部的组合来增加隔断电解质泄漏的效果。
此外，本发明提供集成了如上所述的染料敏化太阳能电池(原电池单位)或集成了这种原电池的子模块而成的太阳能电池模块。这可以用与在一般的太阳能电池模块中集聚子模块而形成该太阳能电池模块的情况相同的方法来形成，因此省略对此的详细说明。
另外，本发明的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法用于如下染料敏化太阳能电池子模块，该染料敏化太阳能电池子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，对上述上、下部透明基板的边缘进行封装而进行密封，其特征在于，上述封装通过对金属有机物溶胶进行热处理来形成。
参照附图对此进行详细说明。
对于本发明的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法的具体例子如图6所示。
即，如图5的现有的例子所示，在现有的染料敏化太阳能电池单位原电池的情况下，当结合透明基板时，采用了涂敷树脂或无机粘接剂并对此进行热处理而结合的方式，但这种方式由于树脂或无机粘接剂与基板(一般玻璃)的热膨胀系数之差大，在进行热处理时无法形成牢固的粘接，封装部分的缺陷导致电解质的泄漏，成为产生缺陷的主要原因。
于是，本发明是为解决这种问题而做出的，上述封装通过利用与基板的热膨胀系数之差极小的金属有机物溶胶来进行封装，从而能够防止封装部的缺陷。
对于本发明的染料敏化太阳能电池子模块封装方法的具体例子如图6所示。即，在本发明中，染料敏化太阳能电池子模块封装由进行了热处理的金属有机物溶胶形成。
在本发明中，优选上述金属有机物溶胶为Si-醇盐、Si-乙酸盐、Ti-醇盐或Ti-乙酸盐，在基板为玻璃的情况下，更优选使用Si-醇盐、Si-乙酸盐。在此情况下，玻璃基板与封装材料之间的热膨胀系数之差小，能够进一步确保封装的可靠性。
在本发明中，上述金属有机物溶胶可以涂敷在要封装的上板或下板的任意一个上，也可以涂敷在上板及下板全部。优选涂敷在下板上。上述涂敷当然可以使用已知的涂敷方法，但优选使用网板印刷。
在本发明中，将上述金属有机物溶胶涂敷在基板上之后，对上板和下板进行排列并对所涂敷的金属有机物溶胶的部位进行热处理而形成封装，上述热处理当然可以使用已知的方法，优选使用利用激光的热处理方法。
而且，本发明提供根据上述方法进行封装的染料敏化太阳能电池子模块，本发明的染料敏化太阳能电池子模块由于上板和下板的封装利用与基板的热膨胀系数之差小的金属有机物进行封装，从而耐化学性及耐久性优良，防止了封装部的缺陷，具有延长寿命的效果。
以上说明的本发明并不局限于上述详细的说明及实施例，在不脱离权利要求书所记载的本发明的思想及领域的范围内，本领域技术人员所进行的各种修改及变更都属于本发明的范围内。
产业上的可利用性如下。
根据本发明的染料敏化太阳能电池(原电池)或子模块，由于在太阳能电池原电池或子模块的使用了封装材料的结合部位具有凹部或凸部，增加封装材料的接触面积，增强封装材料的结合强度，由此能够提高太阳能电池的耐久性。
而且，随着这种封装材料的结合强度的提高，防止电解质的泄漏，能可靠地结合透明基板之间，所以能够得到增加封装工序的成品率而减少制造单价的效果，在随着凹部或凸部的形成而产生电解质泄漏的情况下，由于多个凹部或凸部部位自身增加了漏液路径，具有密封效果，从而具有防止漏液的效果。
本发明的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法由于基板与封装材料之间的热膨胀系数之差小而能够防止封装部开裂，与现有的封装方法相比，密封性、耐火化学性优良，由此能够实现染料敏化太阳能电池的耐久性及性能稳定化。

Claims (14)

1.一种染料敏化太阳能电池或子模块，包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，上述上、下部透明基板的边缘由封装材料进行密封，其特征在于，
上述上、下部透明基板的边缘表面具有向相对的透明基板突出或凹陷的凹部或凸部。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池或子模块，其特征在于，
上述凹部或凸部由i)上部为凹部、下部为凹部；ii)上部为凸部、下部为凸部；iii)上部为凹部、下部为凸部；以及iv)上部为凸部、下部为凹部的形态中的任意一种构成。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池或子模块，其特征在于，
上述凹部或凸部的形状为沿着边缘与该边缘平行的连续或不连续的线状。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池或子模块，其特征在于，
上述凹部通过对上述透明基板进行阴刻而形成，上述凸部通过在透明基板上涂敷有机物或无机物而形成。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池或子模块，其特征在于，
上述无机物是玻璃料，并通过印刷工序而形成。
6.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池或子模块，其特征在于，
就上述凸部或凹部而言，上述上部透明基板具有向下部突出的凸部，上述下部透明基板具有与上述上部透明基板的凸部相互错开地向上部突出的凸部。
7.一种染料敏化太阳能电池模块，集成权利要求1至6中任一项所述的染料敏化太阳能电池或子模块而形成。
8.一种染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，该染料敏化太阳能电池子模块包括：上、下部透明基板；分别形成于上述基板的相对的内侧表面上的导电性透明电极；形成于上述导电性透明电极的一侧的吸附有染料的过渡金属氧化物多孔层；以及形成于上述导电性透明电极的另一侧的催化剂薄膜电极，对上述上、下部透明基板的边缘进行封装而进行密封，其特征在于，
上述封装通过对金属有机物溶胶进行热处理来形成。
9.根据权利要求8所述的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，其特征在于，
上述金属有机物溶胶为Si-醇盐、Si-乙酸盐、Ti-醇盐或Ti-乙酸盐。
10.根据权利要求8所述的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，其特征在于，
上述基板为玻璃，上述金属有机物溶胶为Si-醇盐或Si-乙酸盐。
11.根据权利要求8所述的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，其特征在于，
将上述金属有机物溶胶涂敷在上板或下板上之后，对上板和下板进行排列，并对所涂敷的金属有机物溶胶的部位进行热处理而形成封装。
12.根据权利要求11所述的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，其特征在于，
使用网板印刷方法将上述金属有机物溶胶涂敷在基板上。
13.根据权利要求11所述的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法，其特征在于，
上述热处理使用激光进行。
14.一种染料敏化太阳能电池子模块，使用权利要求8所述的染料敏化太阳能电池子模块的封装方法进行封装。
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