CN107808776A - 基于玻璃的染料敏化太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在导电性玻璃基板上含有纳米粒子氧化物层的一侧电极与相对侧电极之间具有电解质的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其中，上述电解质为准固态电解质，在上述一侧电极的纳米粒子氧化物层形成可使上述准固态电解质渗透的渗透孔，以使凝胶状态的准固态电解质便于向纳米粒子氧化物的纳米粒子之间渗透，从而可制造溶剂挥发温度高的稳定的基于玻璃的染料敏化太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池，更详细地，涉及使用准固态电解质并基于玻璃的染料敏化太阳能电池。
背景技术
通常，太阳能电池可根据组成物质分为由硅、化合物半导体等无机材料形成的太阳能电池和包含有机物质的有机太阳能电池(有机太阳能电池包括染料敏化太阳能电池(DSSC，Dye-Sensitized Solar Cell)和有机分子接合(organic D-A)太阳能电池)。
染料敏化太阳电池为利用有机染料/无机染料及纳米技术的高能效太阳能电池，通过接受太阳光而发电的染料来生产电力。
由于染料敏化太阳电池使用廉价的染料和纳米技术从而达到低价及高能效，与使用硅的现有太阳能电池相比，生产单价降低至三分之一甚至最多五分之一的水平。尤其是当应用在玻璃时，即透明又可以呈现多种色彩，因为可以让可见光穿过，所以也可直接贴在建筑物的玻璃或车玻璃上使用。由此染料敏化太阳能电池具有生产费用低、能效高的特性，因此被广泛使用。
参照图1，在以往基于玻璃的染料敏化太阳能电池的一实施例中，基于玻璃的染料敏化太阳能电池包括：一侧电极110，纳米粒子氧化物层113与染料一同涂敷于导电性玻璃基板111上；相对侧电极120，在透明基板121上形成催化用导电性透明膜122；以及电解质130，充填于一侧电极110与相对侧电极120之间。
基于玻璃(glass)的染料敏化太阳能电池主要使用液态电解质，这是因为液态电解质的离子导电率高从而使得效率比准固态电解质高。然而却具有溶剂在高温状态下挥发的问题。
在现有的使用准固态电解质的染料敏化太阳能电池中，虽然因离子导电率低而导致效率低，但因为溶剂的挥发温度高所有具有持久性稳定的优点。
然而，由于准固态电解质的粘度高，因此不易在二氧化钛(TiO2)纳米粒子氧化物113之间渗透，因而会对太阳能电池的效率及持久产生不利的影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1韩国授权专利公报第10-1457486号
发明内容
技术问题
本发明用于解决如上所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池所具有的问题，本发明的目的在于提供可通过使凝胶状态的准固态电解质便于在纳米粒子氧化物的纳米粒子之间渗透来提高电池效率的基于玻璃的染料敏化太阳能电池。
解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明提供一种基于玻璃的染料敏化太阳能电池，在导电性玻璃基板上具有纳米粒子氧化物层的一侧电极与相对侧电极之间具有电解质，上述基于玻璃的染料敏化太阳能电池的特征在于，上述电解质为准固态电解质，在上述一侧电极的纳米粒子氧化物层形成可使上述准固态电解质渗透的渗透孔。
在本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池中，上述纳米粒子氧化物层可形成为薄膜形态。
在本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池中，上述电解质可在上述纳米粒子氧化物层上进行丝网印刷而形成。
在本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池中，上述电解质可在外侧粘着上述相对侧电极的状态下被加热。
在本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池中，为了减少粘着有上述相对侧电极的电解池整体的厚度，可以对上述电解质加压的同时进行加热。
在本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池中，上述渗透孔能够以一字型形成于上述薄膜的纳米粒子氧化物层上。
在本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池中，多个上述渗透孔相互之间间隔固定间距，并且平行地形成。
发明的效果
如上所述，根据本发明中基于玻璃的染料敏化太阳能电池，可使凝胶状态的准固态电解质便于在纳米粒子氧化物的纳米粒子之间渗透，从而解决使用准固态电解质时的缺点并因溶剂的挥发性低而可提高太阳能电池的效率及持久性的效果。
附图说明
图1为以往技术下基于玻璃的染料敏化太阳能电池的侧剖视图。
图2为本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池的侧剖视图。
图3为沿着图2的A-A线展开本发明一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池的横剖视图。
附图标记的说明
10：一侧电极
11：玻璃基板
12：纳米粒子氧化物层
13：纳米粒子氧化物
14：上部面
15：渗透孔
16：内侧面
20：相对侧电极
21：透明基板
22：导电性透明膜
30：电解质
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
参照图2至图3，本发明第一实施例的基于玻璃的染料敏化太阳能电池包括：一侧电极10，在导电性玻璃基板11上具有纳米粒子氧化物层12；相对侧电极20，催化用导电性透明膜22形成于透明基板21上；以及准固态电解质30，填充于上述一侧电极10与相对侧电极20之间；
上述纳米粒子氧化物层12通过使用纳米粒子氧化物13在导电性玻璃基板11上进行丝网印刷来形成为薄膜形态。形成纳米粒子氧化物层12后可在纳米粒子氧化物层12上对准固态电解质30进行丝网印刷。
纳米粒子氧化物13可使用TiO2、SnO2、ZnO、Nb2O5中的一种，可适用于染料敏化太阳能电池的所有氧化物均全部属于本发明的范畴。在纳米粒子氧化物13的纳米粒子表面涂敷染料高分子(附图中未图示)，通过吸收太阳光在激发状态下中生成电子，所生成的电子由纳米粒子氧化物13移送，通过导电性玻璃基板11传递到外部。吸收太阳光而被氧化的染料通过从电解质30接收电子来还原成原来的状态。
上述电解质30以准固态的凝胶(Gel)形态形成。准固态电解质30由碘、离子液体、用于去除粘度的聚氧化乙烯(PEO，Polyethylene oxide)和低聚甲醛(PMO，Polymethyleneoxide)、用于提高准固态电解质的印刷性的二氧化硅(SiO2)纳米粒子构成。电解质30的粘度为6000～10000cps，最好为8000cps。
在上述纳米粒子氧化物层12形成渗透孔15。如图3所示，在本实施例中，多个渗透孔15相互隔着一定的间距平行的形成，从而整体的形成图案(pattern)。各个渗透孔15以长方形形状长长地形成一字形。即，上述渗透孔15以0.5～1mm的宽度形成长方形。
由于上述渗透孔15在上述纳米粒子氧化物13之间形成空间，因此可向此空间流入。由于渗透孔15使得电解质30和纳米粒子的可接触的面积变大，特别是可在渗透孔15的内侧面，即电解质30可从纳米粒子氧化物层12的侧方向靠近纳米粒子。
若准固态电解质30向上述渗透孔15中渗透，则电解质30可通过纳米粒子氧化物层12的上部面14和渗透孔15的内侧面16同时向纳米粒子氧化物内部渗透。如上所述，由于电解质30从纳米粒子氧化物的上部面和侧面渗透，因此还可使电解质30容易的渗透到从纳米粒子氧化物层12的上部面距离很远的位置。
电解质30在纳米粒子氧化物层12上进行丝网印刷并进行涂敷后对上述一侧电极10和相对侧电极20施加压力来进行粘着。由于粘着前的上述一侧电极10和相对侧电极20的厚度分别为2.2mm，电解质30的厚度为60～65μm，则单纯粘着时的电池的整体厚度为4.460～4.465mm。若通过施加压力来进行粘着，则电池的整体厚度将减少为4.435～4.440mm。最终，作为上述一侧电极10与相对侧电极20之间的间距的电解质30的厚度被压缩到35～40μm。借助压缩时的压力来使电解质30强行渗透到纳米粒子氧化物层12的纳米粒子之间。
将以如上所述的方式进行压缩的整个电池放入烤箱来进行加热。此时，烤箱内的加热温度为70～100℃，最好为80℃。适当的加热时间为20分钟左右。在上述温度范围内，电解质30维持凝胶状态并降低粘度，从而向纳米粒子氧化物13的纳米粒子之间渗透。
在烤箱中加热的电解质30维持准固态，但因粘度低于加热之前的水平，因而流动性变大，因此不仅可讯速渗透到渗透孔15的内部，还可通过接触面，即通过纳米粒子氧化物层12的上部面和渗透孔15的内侧壁迅速渗透到纳米粒子之间。电解质30在加压加热状态下达到目标渗透量以后，从烤箱中取出来在常温下进行冷却。电解质30在常温状态下重新恢复到准固态，从而使溶剂的挥发性最小化。
最终，由于渗透孔15以图案(pattern)形状形成于纳米粒子氧化物13薄膜，因而可使粘度高的准固态电解质更加快速、均匀地渗透到纳米粒子氧化物13之间，因此可解决使用凝胶型准固态电解质时存在的缺点，并因挥发性低而提高太阳能电池的效率及持久性。
上述相对侧电极20在透明基板21上由铂金(Pt)组成的催化用导电性透明膜22形成。
以上，通过具体的实施例详细说明了本发明，但这只是为了具体说明本发明，本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本发明的技术思想范围内，可由本发明所属技术领域的普通技术人员对本发明进行多种变形和修改。
本发明的简单的变形及变更均属于本发明的范围，本发明的具体保护范围通过所附的发明要求保护范围来明确。
Claims (7)
1.一种基于玻璃的染料敏化太阳能电池，在导电性玻璃基板上含有纳米粒子氧化物层的一侧电极与相对侧电极之间具有电解质，上述基于玻璃的染料敏化太阳能电池的特征在于，
上述电解质为准固态电解质，
在上述一侧电极的纳米粒子氧化物层形成能够使上述准固态电解质渗透的渗透孔。
2.根据权利要求1所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其特征在于，上述纳米粒子氧化物层形成为薄膜形态。
3.根据权利要求2所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其特征在于，上述渗透孔以一字型形成于上述薄膜的纳米粒子氧化物层上。
4.根据权利要求3所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其特征在于，多个上述渗透孔相互之间间隔固定间距，并且平行地形成。
5.根据权利要求2所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其特征在于，上述电解质在上述纳米粒子氧化物层上进行丝网印刷而形成。
6.根据权利要求5所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其特征在于，上述电解质在外侧粘着上述相对侧电极的状态下被加热。
7.根据权利要求5所述的基于玻璃的染料敏化太阳能电池，其特征在于，为了减少粘着有上述相对侧电极的电解池整体的厚度，可以对上述电解质加压的同时进行加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180316 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |