CN102486970A - 一种染料敏化太阳能电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于太阳能电池技术领域,提供了一种染料敏化太阳能电池及制备方法,该染料敏化太阳能电池包括敏化光阳极、与该敏化光阳极相对的对电极,位于该敏化光阳极和对电极之间并与该敏化光阳极和对电极形成空腔的电池密封部件,该空腔内包括电解质,该敏化光阳极为曲形结构。本发明染料敏化太阳能电池,通过将敏化光阳极设置为曲形结构,保证随着日照角度的变化,该染料敏化太阳能电池可以在各个角度全方位地吸收太阳光,提高了全天太阳光的利用效率。本发明制备方法,操作简单,成本低廉,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域,尤其涉及染料敏化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
现有技术中,太阳能电池为平面结构,但是太阳光线会随着早晚时间的变化,入射角度在0度到180度之间变化,而只有当太阳光入射垂直于电池平面时,入射光才会被最大程度的吸收,而其他时间的太阳光则不能被充分吸收。使得太阳能利用率不高,不利于染料敏化太阳能电池的推广应用。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供一种染料敏化太阳能电池,解决现有技术中染料敏化太阳能电池对太阳光利用率低的技术问题。
本发明是这样实现的,
一种染料敏化太阳能电池,包括敏化光阳极、与该敏化光阳极相对的对电极,位于该敏化光阳极和对电极之间并与该敏化光阳极和对电极形成空腔的电池密封部件,该空腔内包括电解质,该敏化光阳极包括第一基板、位于该第一基板上的第一导电膜及位于该第一导电膜上的敏化多孔半导体膜;该对电极包括第二基板、位于该第二基板上的第二导电膜及位于该第二导电膜上的催化剂层,该敏化光阳极呈曲形结构。
本发明实施例进一步提供一种染料敏化太阳能电池制备方法,包括如下步骤:
提供第一曲面型基板和第二基板;
在该第一曲面型基板上制备第一导电膜,在该第一导电膜上制备多孔半导体膜,将该多孔半导体膜用染料敏化,得到染料敏化光阳极;
在该第二基板上制备第二导电膜,在该第二导电膜上制备催化剂层,得到对电极;
将该敏化光阳极和对电极相对,制备电池密封部件,使该电池密封部件与该敏化光阳极和对电极形成空腔,灌注电解质于该空腔中,得到染料敏化太阳能电池。
本发明实施例染料敏化太阳能电池,通过将敏化光阳极设置为曲形结构,实现了该染料敏化太阳能电池可以随着日照角度的变化在多个角度多方位地吸收太阳光,提高了全天太阳光的利用效率。本发明实施例制备方法,操作简单,成本低廉,适于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例染料敏化太阳能电池一种实施方式的结构图;
图2是本发明实施例染料敏化太阳能电池另一种实施方式结构图;
图3是本发明实施例染料敏化太阳能电池敏化光阳极第三种实施方式结构图;
图4是本发明实施例染料敏化太阳能电池敏化光阳极第四种实施方式结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种染料敏化太阳能电池,包括敏化光阳极、与该敏化光阳极相对的对电极,位于该敏化光阳极和对电极之间并与该敏化光阳极和对电极形成空腔的电池密封部件,该空腔内包括电解质,该敏化光阳极包括第一基板、位于该第一基板上的第一导电膜及位于该第一导电膜上的敏化多孔半导体膜;该对电极包括第二基板、位于该第二基板上的第二导电膜及位于该第二导电膜上的催化剂层,该敏化光阳极呈曲形结构。
本发明实施例染料敏化太阳能电池,将敏化光阳极设置为曲形结构,一方面,大大增加了电池的表面积,增加了电池的受光面积,从而使染料敏化太阳能电池在全天的日照中都能够最大限度的吸收太阳光,提高了该电池的光电转换效率;另一方面,由于该染料敏化光阳极表面积大,能够吸附更多的染料,从而使该染料敏化太阳能电池的光电转换效率大大提高。
该敏化光阳极为曲形结构。具体地,该曲形结构的截面呈单个的圆弧形、三角形、梯形或矩形;或者该曲形结构的截面呈圆弧形、三角形、梯形或矩形中的一种或多种组成的波浪形状。如果该曲形结构的截面为圆弧形、三角形、梯形或矩形中的多种组成的波浪形状,该圆弧形、三角形、梯形或矩形交错排列。
具体地,上述曲形结构截面呈波浪形时,该敏化光阳极从整体上呈上下凹凸起伏的波浪形结构,凹凸起伏的程度可以根据电池的表面积大小进行调节,保证在相同电池尺寸的情况下,比平板型的敏化光阳极具有更大的表面积。
进一步,该对电极基板为曲形结构,该对电极的曲形结构和前述敏化光阳极曲形结构相同,在此不详细阐述;或者,该对电极基板也可以为平板结构,该平板结构为常规的平板结构。
请参阅图1,图1显示本发明实施例染料敏化太阳能电池1的结构,包括敏化光阳极11、与该敏化光阳极11相对的对电极12,位于该敏化光阳极11和对电极12之间的电解质13及电池密封部件14,电解质13位于敏化光阳极11、对电极12及电池密封部件14构成的空腔中,该空腔没有在图1中标出,该敏化光阳极11包括第一基板111、位于该第一基板111上的第一导电膜112及位于该第一导电膜112上的敏化多孔半导体膜113;该对电极12包括第二基板123、位于该第二基板123上的第二导电膜122及位于该第二导电膜122上的催化剂层121,该敏化光阳极11的截面为单个的圆弧形结构,该对电极12的结构和该敏化光阳极11的结构相同,截面也为单个的圆弧形。
请参阅图2,图2显示本发明实施例染料敏化太阳能电池2的另一种结构,包括敏化光阳极21、与该敏化光阳极21相对的对电极22,位于该敏化光阳极21和对电极22之间的电解质23及电池密封部件24,电解质23位于敏化光阳极21、对电极22及电池密封部件24构成的空腔中,该空腔没有在图2中标出,该敏化光阳极21包括第一基板211、位于该第一基板211上的第一导电膜212及位于该第一导电膜212上的敏化多孔半导体膜213;该对电极22包括第二基板223、位于该第二基板223上的第二导电膜222及位于该第二导电膜222上的催化剂层221,该敏化光阳极21为多个圆弧形组成的波浪形结构,该对电极22的结构和该敏化光阳极22的结构相同,截面也为多个的圆弧形组成的波浪形结构。
请参阅图3,图3显示敏化太阳能电池的另一种实施方式,该敏化太阳能电池3包括该敏化光阳极31、与该敏化光阳极31相对的对电极32,位于该敏化光阳极31和对电极32之间的电解质33及电池密封部件34,电解质33位于敏化光阳极31、对电极32及电池密封部件34构成的空腔中,该空腔没有在图3中标出,该敏化光阳极31包括第一基板311、位于该第一基板311上的第一导电膜312及位于该第一导电膜312上的敏化多孔半导体膜313;该对电极32包括第二基板321、位于该第二基板321上的第二导电膜322及位于该第二导电膜322上的催化剂层323,该敏化光阳极31截面呈多个三角形组成的波浪形结构,该对电极32的基板为平面。
请参阅图4,图4显示敏化太阳能电池的另一种实施方式,该敏化太阳能电池4包括该敏化光阳极41、与该敏化光阳极41相对的对电极42,位于该敏化光阳极41和对电极42之间的电解质43及电池密封部件44,电解质43位于敏化光阳极44、对电极42及电池密封部件44构成的空腔中,该空腔没有在图4中标出,该敏化光阳极41包括第一基板411、位于该第一基板411上的第一导电膜412及位于该第一导电膜412上的敏化多孔半导体膜413;该对电极42包括第二基板421、位于该第二基板421上的第二导电膜422及位于该第二导电膜422上的催化剂层423,该敏化光阳极41为曲形结构,该曲形结构为三角形结构与圆弧形结构交错排列组成的波浪形结构,该对电极42的基板为平面。
具体地,上述各种实施方式的结构中,该第一基板、第二基板为透明玻璃或透明高分子树脂,具体没有限制。该第一导电膜、第二导电膜的材质相同,为氧化铟、氧化铟锡、氧化锌,铟掺杂氧化锌,铝掺杂氧化锌,氟掺杂氧化锡、铟掺杂氧化锡、氟掺杂氧化铟锡、石墨烯或碳纳米管等,采用喷涂、溅射、真空蒸镀或其他方法,在上述基板上制备导电膜。
该多孔半导体膜是以将半导体浆料为材质,经过喷涂、刮涂、浸渍或提拉方法,在第一导电膜上制备而成。该半导体浆料为TiO2、SrTiO3、ZnO、ZrO2、SiO2、ZnS、PbS、WO3、MgO、NiO中一种或以上,优选地为TiO2或ZnO。
该多孔半导体膜由染料敏化。该染料选自钌的多吡啶配合物、铼的多吡啶配合物、锇的多吡啶配合物、卟啉或其衍生物、三芳胺、咔唑或其衍生物、吲哚或其衍生物、酞菁、花菁、苝染料等。
该催化剂层选自金、铂或者其他催化剂物质中的一种或以上,将催化剂物质通过喷涂、印刷或者磁控溅射方法在第二导电膜上形成。
本发明实施例进一步提供一种染料敏化太阳能电池制备方法,包括如下步骤:
提供第一曲面型基板和第二基板;
在该第一曲面型基板制备第一导电膜,在该第一导电膜上制备多孔半导体膜,将该多孔半导体膜用染料敏化,得到染料敏化光阳极;
在该第二基板上制备第二导电膜,在该第二导电膜上制备催化剂层,得到对电极;
将该敏化光阳极和对电极相对,制备电池密封部件,使该电池密封部件与该敏化光阳极和对电极形成空腔,灌注电解质于该空腔中,得到染料敏化太阳能电池。
具体地,该第一基板为曲形结构。该曲形结构的截面为单个的圆弧形结构、三角形结构、梯形结构或矩形结构;或者该曲形结构的截面为圆弧形结构、三角形结构、梯形结构或矩形结构中的一种或多种组成的波浪形结构。
进一步,该第二基板为曲面型结构,该曲面型结构和第一透明基板的曲面型结构相同或不相同,或者该第二基板为平面结构,在此不详细阐述。
本发明实施例制备方法中,第一基板、第二基板、第一导电膜、第二导电膜、多孔半导体膜及催化剂层和前述相同,在此不重复阐述。
该电解质为本技术领域中常用的电解质,具体没有限制。该电池密封部件为选自各种固化胶,例如紫外光固化胶、热固化胶等。
本发明实施例染料敏化太阳能电池,通过将敏化光阳极设置为曲形结构,使该敏化光阳极具有较高的表面积,可以覆盖更大面积的多孔半导体薄膜,进而吸附更多的染料,从而提高光吸收效率;同时随着日照角度的变化,曲形结构的电池可以在各个角度全方位地吸收太阳光,提高了全天太阳光的利用效率。
以下结合具体实施例对本发明实施例制备方法进行详细阐述。
实施例一
在单个截面为圆弧形结构的透明玻璃上溅射、形成氟掺杂氧化锡(FTO)导电膜,然后通过喷涂的方法在导电膜上喷涂一层TiO2浆料,在喷涂压力为0.2MPa,温度为450℃条件下煅烧30分钟得到多孔半导体膜,将多孔半导体膜用N719染料敏化,得到染料敏化光阳极;
在另一块相同的单个截面为圆弧结构的透明玻璃上溅射、形成FTO导电膜,然后在该FTO导电膜上溅射、形成Pt催化剂层,得到对电极;
将染料敏化光阳极和对电极相对,用UV胶(紫外光固化胶)制备电池密封部件,使该电池密封部件与该敏化光阳极和对电极形成空腔,灌注电解质于该空腔中,即得到染料敏化太阳能电池。该染料敏化太阳能电池的结构如图1所示。
实施例二
在由多个截面为圆弧形结构构成的波浪形透明玻璃上溅射、形成铟掺杂氧化锌(IZO)导电膜,然后通过喷涂的方法在导电膜上喷涂一层TiO2浆料,在喷涂压力为0.2MPa,温度为450℃条件下煅烧30分钟得到多孔半导体膜,将多孔半导体膜用三苯胺染料敏化,得到染料敏化光阳极;
在另一块相同的由多个截面为圆弧形结构构成的波浪形透明玻璃上溅射一层IZO导电膜,然后在该IZO导电膜上溅射、形成Pt催化剂层,得到对电极;
将染料敏化光阳极和对电极相对,用UV胶密封制备电池密封部件,使该电池密封部件与该敏化光阳极和对电极形成空腔,灌注电解质于该空腔中,即得到染料敏化太阳能电池。该染料敏化太阳能电池结构如图2所示。
实施例三
在一块由截面为三角形结构构成的波浪形透明玻璃上溅射、形成铝掺杂氧化锌(AZO)导电膜,然后通过喷涂的方法在导电膜上喷涂一层TiO2浆料,在喷涂压力为0.2MPa,温度为450℃条件下煅烧30分钟得到多孔半导体膜,将多孔半导体膜用三苯胺染料敏化,得到染料敏化光阳极;
在另一块平面透明玻璃上溅射一层AZO导电膜,然后在该AZO导电膜上溅射、形成Pt催化剂层,得到对电极;
将染料敏化光阳极和对电极相对,用UV胶密封制备电池密封部件,使该电池密封部件与该敏化光阳极和对电极形成空腔,灌注电解质于该空腔中,即得到染料敏化太阳能电池。该染料敏化太阳能电池结构如图3所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种染料敏化太阳能电池,包括敏化光阳极、与所述敏化光阳极相对的对电极,位于所述敏化光阳极和对电极之间并与所述敏化光阳极和对电极形成空腔的电池密封部件,所述空腔中包括电解质,所述敏化光阳极包括第一基板、位于所述第一基板上的第一导电膜及位于所述第一导电膜上的敏化多孔半导体膜;所述对电极包括第二基板、位于所述第二基板上的第二导电膜及位于所述第二导电膜上的催化剂层,其特征在于,所述敏化光阳极呈曲形结构。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述曲形结构的截面可以为单个的圆弧形、三角形、梯形或矩形。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述曲形结构的截面为由圆弧形、三角形、梯形或矩形中的一种或多种组成的波浪形结构。
4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述曲形结构截面为圆弧形、三角形、梯形或矩形中的多种交错排列组成的波浪形结构。
5.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述对电极为与所述敏化光阳极相同或不相同的曲形结构。
6.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述第一基板和/或第二基板为透明玻璃或透明高分子树脂;所述第一导电膜和/或第二导电膜的材质为氧化铟、氧化铟锡、氧化锌,铟掺杂氧化锌,铝掺杂氧化锌,氟掺杂氧化锡、铟掺杂氧化锡、氟掺杂氧化铟锡、氧化锌锡、石墨烯或碳纳米管。
7.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述敏化多孔半导体膜的材质为TiO2、SrTiO3、ZnO、ZrO2、SiO2、ZnS、PbS、WO3、MgO、NiO中一种或以上;所述多孔半导体膜由钌的多吡啶配合物、铼的多吡啶配合物、锇的多吡啶配合物、卟啉或其衍生物、三芳胺、咔唑或其衍生物、吲哚或其衍生物、酞菁、花菁、苝染料敏化。
8.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池,其特征在于,所述催化剂层选自金、铂和钯中的一种或以上。
9.一种染料敏化太阳能电池制备方法,包括如下步骤:
提供第一曲形基板和第二基板;
在所述第一曲形基板上制备第一导电膜,在所述第一导电膜上制备多孔半导体膜,将所述多孔半导体膜用染料敏化,得到染料敏化光阳极;
在所述第二基板上制备第二导电膜,在所述第二导电膜上制备催化剂层,得到对电极;
将所述敏化光阳极和对电极相对,制备电池密封部件,使所述电池密封部件与所述敏化光阳极和对电极形成空腔,灌注电解质于所述空腔中,得到染料敏化太阳能电池。
10.如权利要求9所述的染料敏化太阳能电池制备方法,其特征在于,所述第二基板的形状和第一曲面型基板结构相同或不相同。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120606 |