CN103578783B - 一种染料敏化太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种染料敏化太阳能电池，包括：至少第一光电转换单元和第二光电转换单元，第一光电转换单元进一步包括第一光阳极和第一对电极，第二光电转换单元进一步包括第二光阳极和第二对电极，第一光阳极与第二对电极通过分别设置在第一光阳极上的第一电导线和设置在第二对电极上的第二导电线电连接，以形成串联电路，串联电路之第一电导线和第二电导线呈上下层叠设置，且层叠处的横向长度小于第一电导线或第二电导线的其中之一长度较大者。本发明染料敏化太阳能电池在产业化生产中极大的减少了导电线之材料的用料，增长电解质溶液的扩散路径，减少金属栅被腐蚀的几率，延长电池寿命。

Description

一种染料敏化太阳能电池

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是将太阳能直接转换成电能的一种装置，它以光生伏特效应为基础。早在1839年，法国电化学家Becquerel第一次在化学反应中发现了光伏效应，以涂有氧化铜或卤化银的金属电极浸入稀电解质溶液中，在光照的条件下产生了电流。1873年，SmithW在固态硒（Se）的系统中也观察到了光伏效应。1876年，AdamsWG和DayRE随后开发出了Se/CuO光电池。有关硅光电池的报道出现在1941年，最早问世的太阳能电池是单晶硅太阳能电池。1954年，贝尔实验室Chapin等人首次制成硅基的p-n结太阳能电池，并开发出效率为6%的单晶硅光电池。在过去的20年里，单晶硅太阳能电池效率有了很大提高，新南威尔士大学MartinAGreen研究小组研制的单晶硅太阳能电池光电转换效率高达24.7%，基本接近硅太阳能电池光电转换效率的理论极限值29%。与其它太阳能电池相比，单晶硅太阳能电池具有高效率、工作稳定、工艺成熟等优点。但是，由于晶硅材料的紧缺和价格上涨，光伏发电的生产成本居高不下，一直维持在3美元每峰瓦（$3/Wp），光伏产业的发展受到严重制约，而且硅基太阳能电池的制造工艺，包括硅片切割、真空镀膜，不仅工艺复杂，而且高能耗，与国家“低碳”政策相悖。

类似于非晶硅（a-Si）、铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）等基于薄膜技术的太阳能电池被定义为第二代太阳能电池。它们成为光伏产业的另一新生力量，在2006～2007年，第二代薄膜太阳能电池产品成倍增长。第二代薄膜太阳能电池简化生产工艺，有效地将生产成本控制在每峰瓦1美元（$1/Wp）。但是，碲化镉太阳能电池由于使用毒性物质和天然储量有限元素，无法全面长期应用于提供人类能源之用，发展受限。

染料敏化太阳电池（DSCs）被认为是介于第二代与第三代太阳能电池之间的一种技术。DSCs作为一种应用纳米尺度特性的器件，具有相当的潜力成为第三代太阳能电池生产技术。但是，单片的染料敏化太阳电池（DSCs）提供的电压有限。为了增加染料敏化太阳电池（DSCs）的电压输出，通常地，采用大面积的DSCs设计，即增大DSCs的有效面积，以提供更多的电子输出。显然地，作为本领域的技术人员，容易理解地，简单的增大DSCs的有效面积，势必增大板面电阻，并增强电子复合，对DSCs的输出特性带来不利影响。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种染料敏化太阳能电池。

发明内容

本发明是针对现有技术中，所述的单片染料敏化太阳能电池的输出电压有限，且常规的大面积DSCs设计方法，不仅增大板面电阻，而且增强电子复合，对DSCs的输出特性带来不利影响等缺陷提供一种染料敏化太阳能电池。

为实现本发明之目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括：至少第一光电转换单元和第二光电转换单元，所述第一光电转换单元进一步包括呈面向设置的第一光阳极和第一对电极，所述第二光电转换单元进一步包括呈面向设置的第二光阳极和第二对电极，所述第一光电转换单元之第一光阳极与所述第二光电转换单元之第二对电极通过分别设置在所述第一光阳极上的第一电导线和设置在所述第二对电极上的第二导电线电连接，以形成所述串联电路，所述串联电路之第一电导线和所述第二电导线呈上下层叠设置，且所述第一电导线和所述第二电导线之层叠处的横向长度小于所述第一电导线或所述第二电导线的其中之一长度较大者。

可选地，所述光电转换单元为固态染料敏化太阳能电池、液态染料敏化太阳能电池，或者准固态染料敏化太阳能电池的其中之一。

可选地，所述染料敏化太阳能电池之串联电路进一步包括分别设置在所述第一电导线和所述第二电导线之外围的钝化层。

可选地，所述电导线为由金、银、铜、锡、铟或者导电浆料材质的其中之一形成。

可选地，所述导电层为由氧化锡、氧化铟、氧化铟锡、石墨的其中之一材质所形成。

可选地，所述钝化层由塑料、混合胶、牙医黏贴剂、Surlyn膜的其中之一材质形成。

可选地，所述光电转换单元为液态染料敏化太阳能电池。

可选地，所述光电转换单元包括：第一光阳极和第一对电极，所述第一光阳极和所述第一对电极呈面向设置，所述第一光阳极进一步包括第一玻璃基底、设置在所述第一玻璃基底上的第一导电层和第一电导线，以及涂覆形成在所述第一导电层上的多孔纳米晶半导体氧化物，所述第一对电极进一步包括第二玻璃基底、淀积在所述第二玻璃基底上的第二导电层和第三电导线，以及设置在所述第二导电层上的催化层；热封膜，所述热封膜设置在所述第一光阳极和所述第一对电极之间，并围闭形成所述电解质溶液收容空间；电解质溶液，所述电解质溶液收容在所述电解质溶液收容空间内；染料敏化剂，所述染料敏化剂吸附在所述纳米晶半导体氧化物上。

综上所述，本发明染料敏化太阳能电池通过所述串联电路将至少第一光电转换单元和第二光电转换单元电连接，且所述串联电路之第一电导线和所述第二电导线呈上下层叠设置，且所述第一电导线和所述第二电导线之层叠处的长度小于所述第一电导线或所述第二电导线的其中之一长度较大者，故在产业化生产中极大的减少了导电线之材料的用料，并通过在所述导线外围设置钝化层，增长电解质的扩散路径，减少金属栅被腐蚀的几率，延长电池寿命。

附图说明

图1所示为本发明染料敏化太阳能电池之立体结构示意图；

图2（a）所示为本发明染料敏化太阳能电池之光电转换单元的串联电路俯视结构示意图；

图2（b）所示为本发明染料敏化太阳能电池之光电转换单元的串联电路侧视结构示意图；

图3所示为本发明染料敏化太阳能电池之光电转换单元的立体结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1、图2（a）～图2（b），图1所示为本发明染料敏化太阳能电池之立体结构示意图。图2（a）所示为本发明染料敏化太阳能电池之光电转换单元的串联电路俯视结构示意图。图2（b）所示为本发明染料敏化太阳能电池之光电转换单元的串联电路侧视结构示意图。所述染料敏化太阳能电池1包括：至少第一光电转换单元11和第二光电转换单元12，所述第一光电转换单元11进一步包括呈面向设置的第一光阳极11a和第一对电极11b，所述第二光电转换单元12进一步包括呈面向设置的第二光阳极12a和第二对电极12b，所述第一光电转换单元11之第一光阳极11a与所述第二光电转换单元12之第二对电极12b通过分别设置在所述第一光阳极11a上的第一电导线11c和设置在所述第二对电极12b上的第二导电线12c电连接，以形成所述第一串联电路13，所述第一串联电路13之第一电导线11c和所述第二电导线12c呈上下层叠设置，且所述第一电导线11c和所述第二电导线12c之层叠处的横向长度小于所述第一电导线11c或所述第二电导线12c的其中之一长度较大者。

其中，所述第一电导线11c和所述第二电导线12c之层叠处的横向长度可根据工艺需要或电气特征进行设置。非限制性的列举，例如，所述第一电导线11c和所述第二电导线12c之层叠处的横向长度为所述第一电导线11c或所述第二电导线12c的其中之一长度较大者的1/3～1/2。

请参阅图3，并结合参阅图1，图3所示为本发明染料敏化太阳能电池之光电转换单元的立体结构示意图。在本发明中，所述光电转换单元具有相同的结构。所述光电转换单元非限制性的包括固态染料敏化太阳能电池、液态染料敏化太阳能电池，或者准固态染料敏化太阳能电池的其中之一。故，在本发明中，不烦以所述第一光电转换单元11为液态染料敏化太阳能电池，且所述光电转换单元包括第一光电转换单元11和第二光电转换单元12为例进行阐述，在本实施例中所涉及的染料敏化太阳能电池之结构、材料、数量等不应视为对本技术方案的限制，相同之处不予赘述。

所述第一光电转换单元11包括：第一光阳极11a和第一对电极11b，所述第一光阳极11a和所述第一对电极11b呈面向设置，所述第一光阳极11a进一步包括第一玻璃基底111a、设置在所述第一玻璃基底111a上的第一导电层112a和第一电导线11c，以及涂覆形成在所述第一导电层112a上的多孔纳米晶半导体氧化物113a，所述第一对电极11b进一步包括第二玻璃基底111b、淀积在所述第二玻璃基底111b上的第二导电层112b和第三电导线11d，以及设置在所述第二导电层112b上的催化层113b；热封膜11e，所述热封膜11e设置在所述第一光阳极11a和所述第一对电极11b之间，并围闭形成所述电解质溶液收容空间11f；电解质溶液11g，所述电解质溶液11g收容在所述电解质溶液收容空间11f内；染料敏化剂11h，所述染料敏化剂11h吸附在所述纳米晶半导体氧化物113a上。

请继续参阅图1，作为本发明的优选实施方式，可根据电压设计之需，将包括至少第一光电转换单元11和第二光电转换单元12通过所述第一串联电路13进行电连接。非限制性的列举，所述染料敏化太阳能电池1进一步包括通过第一串联电路13电连接的第一光电转换单元11和第二光电转换单元12，以及通过第二串联电路14电连接的第二光电转换单元12和第三光电转换单元15。与所述第一串联电路13类似，所述第二串联电路14通过分别设置在所述第二光阳极12a上的第四电导线12d和设置在所述第三对电极15a上的第五导电线15b电连接而形成。所述第一串联电路13之第一电导线11c和所述第二电导线12c呈上下层叠设置，且所述第一电导线11c和所述第二电导线12c之层叠处的横向长度小于所述第一电导线11c或所述第二电导线12c的其中之一长度较大者，所述第二串联电路14之第四电导线12d和所述第五电导线15b呈上下层叠设置，且所述第四电导线12d和所述第五电导线15b之层叠处的横向长度小于所述第四电导线12d和所述第五电导线15b的其中之一长度较大者。

作为优选的实施方式，所述染料敏化太阳能电池1之第一串联电路13和第二串联电路14进一步包括分别设置在所述第一电导线11c和所述第二电导线12c，以及所述第四电导线12d和所述第五电导线15b之外围的钝化层16。所述钝化层16用以防止所述电导线受外界环境之侵蚀，并可增长电解质溶液11g的扩散路径。所述电导线包括但不限于由金、银、铜、锡、铟或者导电浆料材质的其中之一形成。所述导电层包括但不限于由氧化锡、氧化铟、氧化铟锡、石墨的其中之一材质所形成。所述钝化层包括但不限于由塑料、混合胶、牙医黏贴剂、Surlyn膜的其中之一形成。

综上所述，本发明染料敏化太阳能电池通过所述串联电路将至少第一光电转换单元和第二光电转换单元电连接，且所述串联电路之第一电导线和所述第二电导线呈上下层叠设置，且所述第一电导线和所述第二电导线之层叠处的长度小于所述第一电导线或所述第二电导线的其中之一长度较大者，故在产业化生产中极大的减少了导电线之材料的用料，并通过在所述导线外围设置钝化层，增长电解质的扩散路径，减少金属栅被腐蚀的几率，延长电池寿命。

本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (8)

1.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池包括：至少第一光电转换单元和第二光电转换单元，所述第一光电转换单元进一步包括呈面向设置的第一光阳极和第一对电极，所述第二光电转换单元进一步包括呈面向设置的第二光阳极和第二对电极，所述第一光电转换单元之第一光阳极与所述第二光电转换单元之第二对电极通过分别设置在所述第一光阳极上的第一电导线和设置在所述第二对电极上的第二导电线电连接，以形成所述串联电路，所述串联电路之第一电导线和所述第二电导线呈上下层叠设置，且所述第一电导线和所述第二电导线之层叠处的横向长度小于所述第一电导线或所述第二电导线的其中之一长度较大者。

2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述光电转换单元为固态染料敏化太阳能电池、液态染料敏化太阳能电池，或者准固态染料敏化太阳能电池的其中之一。

3.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池之串联电路进一步包括分别设置在所述第一电导线和所述第二电导线之外围的钝化层。

4.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述电导线为由金、银、铜、锡、铟或者导电浆料材质的其中之一形成。

5.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述钝化层由塑料、混合胶、牙医黏贴剂、Surlyn膜的其中之一材质形成。

6.如权利要求2～5任一所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述光电转换单元为液态染料敏化太阳能电池。

7.如权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述光电转换单元包括：

第一光阳极和第一对电极，所述第一光阳极和所述第一对电极呈面向设置，所述第一光阳极进一步包括第一玻璃基底、设置在所述第一玻璃基底上的第一导电层和第一电导线，以及涂覆形成在所述第一导电层上的多孔纳米晶半导体氧化物，所述第一对电极进一步包括第二玻璃基底、淀积在所述第二玻璃基底上的第二导电层和第三电导线，以及设置在所述第二导电层上的催化层；热封膜，所述热封膜设置在所述第一光阳极和所述第一对电极之间，并围闭形成电解质溶液收容空间；电解质溶液，所述电解质溶液收容在所述电解质溶液收容空间内；染料敏化剂，所述染料敏化剂吸附在所述纳米晶半导体氧化物上。

8.如权利要求7所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述导电层为由氧化锡、氧化铟、氧化铟锡、石墨的其中之一材质所形成。