CN102709062B - 一种染料敏化太阳电池的密封方法 - Google Patents

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Abstract

一种染料敏化太阳电池的密封方法，将密封圈夹于光阳极板和阴极板之间，或者阴极板和小孔密封玻璃片之间，通过密封圈形状设定激光束的参数，激光束宽度与密封圈薄膜宽度相同，通过激光束沿着密封圈形状扫描直至闭合完成密封。本发明的技术效果是：激光的强度可按照密封圈的宽窄而设定，可以对宽窄不一、形状复杂的密封薄膜进行密封，保证了良好的密封效果；密封时间短且热量只产生在密封圈附近，对染料的影响较小，也不会引起有机电解质的挥发，适用于光阳极板和阴极板之间密封，也适用于对关注电解液的小孔密封。

Description

一种染料敏化太阳电池的密封方法
技术领域
本发明属于光伏器件密封领域，尤其涉及一种染料敏化太阳电池的密封方法。
背景技术
人类即将耗尽传统的化石能源，随之而来的是越来越严重的能源缺乏。对于悬在我们头顶的巨大能源——太阳能的利用开发必将越来越重视。太阳光伏发电能将太阳能转化成使用方便的电能，是解决能源危机的一个重要途径。1991年瑞士Michael Grätzel教授在《Nature》发表一篇里程碑式论文：利用联吡啶钌(II)配合物染料和纳米多孔TiO2薄膜制备出的染料敏化太阳电池，获得了7.1%的光电转换效率。独特的结构设计和不寻常的光电转换模式使染料敏化太阳电池引起了广泛关注。染料敏化太阳电池是一种多相光电化学体系，电池可以看作一种光电化学池，主要由导电玻璃、纳米多孔半导体薄膜、染料、电解质和铂对电极组成“夹心”结构。这些部件涉及到液相和固相材料，部件之间需要通过密封才能构成真正的光伏电池。染料敏化太阳电池需要密封的位置主要有两种：第一，光阳极板和阴极板之间需要密封并保持一定厚度来容纳电解液；第二，阴极板上预留的小孔在电解液加注后也需要密封，防止电解液泄漏。这两处的密封效果的好坏涉及到染料敏化太阳电池的效率和长期稳定性。
染料敏化太阳电池中最常用的密封方法是利用一些高分子有机薄膜制成一定形状的密封圈，放置在光阳极板和阴极板之间，通过对光阳极板和阴极板加热使薄膜粘结在一起达到密封目的。随着电池技术的发展，电池模块结构设计的越来越复杂，使得密封圈的形状也变得复杂起来。含有不同宽度和不同长度的复杂密封圈在同样温度下密封效果不同，在较宽密封圈处还没有充分粘结，密封性不好具有一定的泄漏风险；而在较窄密封圈处已经融化有可能导致两极板的短路。除高分子有机薄膜外，还采用玻璃粉等物质涂抹在阳极板和阴极板之间构成密封圈，通过加热烧结使得光阳极板和阴极板粘结在一起，这种密封需要温度较高会降低光阳极板上染料的性能。由于染料敏化太阳电池电解液采用液态腈类有机溶液，高温下蒸汽压很高这种方法不适用于小孔密封。
发明内容
本发明提供了一种染料敏化太阳电池的密封方法，在光阳极板和阴极板（或阴极板与小孔密封玻璃片）之间加入密封圈，然后通过激光照射融合密封材料完成电池的封装。
本发明是这样实现的，将密封圈夹于光阳极板和阴极板之间，或者阴极板和小孔密封玻璃片之间，通过密封圈形状设定激光束的参数，激光束宽度与密封圈薄膜宽度相同，通过激光束沿着密封圈形状扫描直至闭合完成密封。
密封圈材料为高分子聚合物、低熔点玻璃粉、紫外固化胶这些热或光密封材料。
激光束可以是脉冲、直流形式的激光。
本发明的技术效果是：激光的强度可按照密封圈的宽窄而设定，可以对宽窄不一、形状复杂的密封薄膜进行密封，保证了良好的密封效果；密封时间短且热量只产生在密封圈附近，对染料的影响较小，也不会引起有机电解质的挥发，适用于光阳极板和阴极板之间密封，也适用于对关注电解液的小孔密封。
附图说明
图1为激光密封染料敏化太阳电池示意图。
在图中，1、光阳极板 2、密封圈 3、阴极板 4、小孔 5、小孔密封圈 6、小孔密封玻璃片 7、激光束。
具体实施方式
如图1所示，具体实施方式如下：
实施例1
①采用丝网印刷方法将溶胶-凝胶法制备的TiO2浆料印刷于透明导电玻璃（SnO2:F, TEC-15, LOF）上部，通过马弗炉于510 ℃烧结30分钟形成15 μm厚度纳米多孔TiO2薄膜。待薄膜冷却至80 ℃时，浸入染料N719(Cis-diisothocyanato-bis (2,2`-bipyridyl-4,4`-dicarboxylato) ruthenium(II) bis (tetrabutylammonium))的乙醇溶液中12小时后形成染料敏化TiO2薄膜，构成光阳极板1。
②将H2PtCl6溶液喷涂到透明导电玻璃上，通过马弗炉于410℃烧结20分钟，即可得阴极板3。阴极板事先打出一个直径约0.3~1毫米的小孔4，用来灌注电解液。
③利用激光刻机刻出设计好的高分子聚合物密封圈（密封薄膜Surlyn，Dupont），
④将密封圈2夹于光阳极板1和阴极板3之间。
⑤通过密封圈2形状设定激光束的波长（300~355nm）、激光束宽度（与密封薄膜宽度相同）、强度（0.5~3 W）、激光束7移动速度（10~50 cm/s）等参数，从光阳极板1方向入射，通过激光束沿着密封圈形状扫描直至闭合完成密封。
具体实例2
①利用激光刻机刻出设计好的高分子聚合物密封圈5（密封薄膜Surlyn，Dupont），
②将密封圈夹于阴极板3小孔4和小孔密封玻璃片6之间。
③通过密封圈形状设定激光束的波长（300~355nm）、激光束宽度（与密封薄膜宽度相同）、强度（0.5~3 W）、激光束移动速度（10~50 cm/s）等参数，从小孔密封玻璃片6入射，通过激光束沿着密封圈形状扫描直至闭合完成密封。
具体实例3
①采用丝网印刷方法将溶胶-凝胶法制备的TiO2浆料印刷于透明导电玻璃（SnO2:F, TEC-15, LOF）上部，通过马弗炉于510 ℃烧结30分钟形成15 μm厚度纳米多孔TiO2薄膜。待薄膜冷却至80 ℃时，浸入染料N719(Cis-diisothocyanato-bis (2,2`-bipyridyl-4,4`-dicarboxylato) ruthenium(II) bis (tetrabutylammonium))的乙醇溶液中12小时后形成染料敏化TiO2薄膜，构成光阳极板1。
②将H2PtCl6溶液喷涂到透明导电玻璃上，通过马弗炉于410℃烧结20分钟，即可得阴极板3。阴极板事先打出一个直径约0.3~1毫米的小孔4，用来灌注电解液。
③将低熔点玻璃粉（热膨胀系数70-95×10-7/℃,转变温度330-580℃，按照8.5:1混于乙基纤维素和松油醇（1:5）粘结剂中）按照一定形状涂抹于光阳极板1和阴极板3之间，构成玻璃粉密封圈2。
④通过密封圈2形状设定激光束的波长（300~355nm）、激光束宽度（与密封薄膜宽度相同）、强度（0.5~3 W）、激光束移动速度（10~50 cm/s）等参数，从光阳极板1方向入射，通过激光束沿着密封圈形状扫描直至闭合完成密封。
上述仅为本发明的三种具体实施实例，不是全部的实施方式，通过阅读本发明书对本发明技术方案的任何等效变化，均为本发明权利要求多涵盖。

Claims (3)

1.一种染料敏化太阳电池的密封方法，其主要特征是：
首先将密封圈夹于光阳极板和阴极板之间并通过激光照射融合密封材料完成电池光阳极板和阴极板之间的封装；
然后将密封圈夹于阴极板和小孔密封玻璃片之间并通过激光照射融合密封材料完成电池阴极板和小孔密封玻璃片之间的封装，进而完成整个电池的封装；
该激光束的参数通过密封圈形状设定，激光束宽度与密封圈薄膜宽度相同，通过激光束沿着密封圈形状扫描直至闭合完成密封。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池的密封方法，其特征是密封圈材料为高分子聚合物、低熔点玻璃粉、紫外固化胶这些热或光密封材料。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池的密封方法，其特征是激光束是脉冲、直流形式的激光。
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