CN110246707A - 染料敏化太阳能电池封装设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种染料敏化太阳能电池封装设备及使用此设备的封装方法。所述染料敏化太阳能电池封装设备包括第一入料单元、第二入料单元、涂布单元、贴合单元以及输送单元。第一入料单元及第二入料单元分别用以输入工作电极及对电极。涂布单元用以在工作电极及/或对电极上涂布框胶及电解液。贴合单元用以将涂布有框胶及电解液的工作电极及对电极贴合封闭。输送单元用以传输工作电极及/或对电极至涂布单元进行涂布，再传送已涂布的工作电极及对电极至贴合单元进行贴合封闭，以制成染料敏化太阳能电池半成品。本发明可以快速且准确的完成染料敏化太阳能电池的封装。

Description

染料敏化太阳能电池封装设备及方法
技术领域
本发明关于一种电池的自动化封装设备及其封装方法，特别是指一种自动化的染料敏化太阳能电池封装设备及其封装方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池(DYE-SENSITIZED SOLAR CELL,DSSC)是一种由光敏电极和电解质构成的薄膜太阳能电池，其可以用低廉的材料制成，且不需要用精细的仪器来制造，在技术上很有吸引力。此外，它可以被制成软片，机械强度大，不需要特别保护，有利于现今轻薄短小的产品趋势，其可应用于手机、平板电脑、穿戴式装置等微型化电子产品。
染料敏化太阳能电池由工作电极、对电极内夹电解质组成，工作电极及对电极多使用UV胶封闭。一般此等在工作电极及/或对电极上涂布电解质、UV胶、对位及封装的步骤由人工执行，然人工作业存在产量有限、均匀度不佳及良品率不高等问题。
随着对染料敏化太阳能电池需求的提高，大量制造的工艺也必须有所提升。因此，有必要寻求新颖的染料敏化太阳能电池制造/封装方法或设备，以解决或改善上述的缺陷。
发明内容
本发明提供一种染料敏化太阳能电池封装设备及方法，其可快速且准确的完成染料敏化太阳能电池的封装。
根据本发明的一实施例，提供一种染料敏化太阳能电池封装设备。所述封装设备包括第一入料单元、第二入料单元、涂布单元、贴合单元及输送单元。第一入料单元用以输入工作电极。第二入料单元用以输入对电极。涂布单元用以在工作电极及/或对电极上涂布框胶及电解液。贴合单元用以将涂布有框胶及电解液的工作电极及对电极贴合封闭。输送单元用以传输工作电极及/或对电极至涂布单元进行涂布，再传送已涂布的工作电极及对电极至贴合单元进行贴合封闭，以制成染料敏化太阳能电池半成品。
一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备的输送单元更包括机械手臂及桥式起重机。机械手臂用以夹取工作电极及对电极。桥式起重机与该机械手臂相连接，用以移动机械手臂至预设位置。
一实施例中，上述贴合单元及涂布单元各自包括至少一定位部，而工作电极对应定位部包括至少一固定部，定位部配合固定部对接，藉以对位与固定工作电极。
一实施例中，定位部为一针脚且固定部为一引线孔，针脚穿过对应的引线孔，藉以对位与固定工作电极。
一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备的涂布单元包括点胶机，点胶机依一预先设定的模式于工作电极上涂布框胶及电解液。
一实施例中，工作电极为片电极，预先设定的模式在工作电极上划分多个独立的工作电极单位，并于所述工作电极单位上分别涂布框胶及电解液。
一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备的涂布单元更包括真空吸附式平台。工作电极配置于真空吸附式平台上，当涂布单元涂布框胶及电解液时，真空吸附式平台吸附工作电极，以固定工作电极并使其平坦化。
一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备的贴合单元更包括隔离板、压合板、真空腔体及一UV光源。所述贴合单元用以进行下列步骤：(1)工作电极与对电极对位后，以隔离板分隔工作电极与对电极；(2)将工作电极与对电极移至真空腔体中抽真空；(3)于真空腔体内的真空环境下移除隔离板，并以压合板压合工作电极及对电极；及(4)以UV光源照射框胶使其固化，以封闭工作电极及对电极。
一实施例中，上述染料敏化太阳能电池更包括一收料单元，用以接收并存储染料敏化太阳能电池半成品。输送单元将贴合单元贴合封闭的染料敏化太阳能电池半成品输送至收料单元。
根据本发明另一实施例，提供一种染料敏化太阳能电池的封装方法。所述方法依序包括下列步骤：
(1)提供工作电极及对电极；
(2)于工作电极上涂布框胶及电解液；
(3)将工作电极与对电极对位后，以隔离板分隔工作电极与对电极；
(4)将工作电极与对电极置于真空腔体中抽真空；
(5)于真空腔体内的真空环境下移除隔离板，并以压合板压合工作电极及对电极；以及
(6)固化框胶，以封闭工作电极及对电极。
一实施例中，上述封装方法的工作电极为片电极。上述步骤(2)在工作电极上划分多个独立的工作电极单位，并分别于所述工作电极单位上涂布框胶及电解液。
一实施例中，上述步骤(2)以点胶方式涂布框胶及电解液。
一实施例中，上述步骤(6)以UV光源照射框胶使其固化。
为使本发明的上述及其他方面更为清楚易懂，下文特举实施例，并配合所附图式进行说明。
本发明可以快速且准确的完成染料敏化太阳能电池的封装。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装设备的方块图。
图2A是依照本发明一实施例的工作电极的示意图；图2B是对电极的示意图。
图3A及图3B是依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装设备，其贴合单元进行的贴合步骤的示意图。
图4是依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装方法的流程图。
附图标号
1：染料敏化太阳能电池封装设备
10：第一入料单元
11、21、61：升降平台
12、22、62：托盘
100：工作电极
101：工作电极单位
103、203：引线孔
200：对电极
201：对电极单位
202：线路
20：第二入料单元
30：涂布单元
31：点胶机
32：真空吸附式平台
40：贴合单元
401：隔离板
402：针脚
403：真空腔体
404：压合板
405：工作平台
50：输送单元
60：收料单元
S01-S04：步骤
具体实施方式
请参照图1，其是依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装设备的简化方块图。此染料敏化太阳能电池封装设备1为一自动化机械设备，其包括第一入料单元10、第二入料单元20、涂布单元30、贴合单元40、输送单元50以及收料单元60。
第一入料单元10及第二入料单元20分别用以输入工作电极及对电极，其各自可包括一升降平台11、21以及一托盘12、22。首先工作电极及/或对电极放置在相对应的第一入料单元10与第二入料单元20的托盘12、22上，接着经由升降平台11、21将该工作电极与对电极输入至下一个工作站，例如涂布单元或贴合单元。
涂布单元30用以在工作电极或对电极上涂布框胶及电解液，其可为一独立的工作站，经由第一入料单元10输入的工作电极被送到涂布单元30后，经由点胶机31依预先设定的模式，在工作电极上涂布框胶与电解质。框胶例如是UV胶，可经由110nm～400nm紫外光照射固化。电解质则可使用本领域已知的电解质，包括但不限于液态电解质、离子液体及胶态电解质本发明并不对电解质材料进行限制。
请继续参考图1，该涂布单元30更可包括一真空吸附式平台32。工作电极(片电极)送到真空吸附式平台32上后，可通过真空吸附的方式固定工作电极于平台上，使工作电极平坦化，增加涂布时的准确度，提高产品良品率，而涂布完成的工作电极接着送入贴合单元40，其用以将涂布有框胶及电解液的工作电极及对电极贴合封闭。于本实施例中，贴合单元40可包括隔离板401、针脚402、真空腔体403、压合板404及UV光源(请参考图3A与图3B)。于涂布单元30中涂布好框胶及电解质的工作电极先送入贴合单元40后，再输入来自第二入料单元20的对电极，并将两者对位。
如图1所示，本发明的染料敏化太阳能电池封装设备1还包括输送单元50及收料单元60，输送单元50用以传输工作电极及/或对电极至涂布单元30进行涂布、传送已涂布的工作电极及对电极至贴合单元40进行贴合封闭，以及传送贴合封闭完成的染料敏化太阳能电池至收料单元60存储，且该输送单元50包括机械手臂与桥式起重机(俗称天车)，机械手臂用以夹取工作电极、对电极或染料敏化太阳能电池半成品。桥式起重机则与机械手臂相连接，用以移动机械手臂至预设的位置(例如各单元处)。本发明的输送单元50可包括一组以上的机械手臂与桥式起重机，例如一组用于从第一入料单元10传输工作电极至涂布单元30，另外一组用于从第二入料单元20传输对电极至贴合单元40，还有一组用于从涂布单元30传输涂布有框胶及电解质的工作电极至贴合单元40，最后一组用于将封装完成的染料敏化太阳能电池半成品移至收料单元60等。另一实施态样可使用一组机械手臂与桥式起重机，将所欲传送的各种物件，例如工作电极、对电极、染料敏化太阳能电池半成品等移动至所欲单元及位置，本发明并不对其数量进行限制。
于本实施例中，收料单元60可包括升降平台61及托盘62，经贴合单元40贴合封闭完成的染料敏化太阳能电池半成品送至收料单元中，由收料单元60进行存储或移出染料敏化太阳能电池封装设备1，以进行后续的处理步骤。
请继续参考图1并配合参考图2A与图2B，该图2A是本发明染料敏化太阳能电池封装设备的工作电极的示意图；图2B是本发明染料敏化太阳能电池封装设备的对电极的示意图。工作电极与对电极为染料敏化太阳能电池的必要结构，本发明并不对其材质作限制，可以使用已知的工作电极/对电极材料，包括但不限于二氧化钛、氧化锌等。
工作电极与对电极较佳为片电极(sheet)，亦即为一薄片，其上通过网印、电镀或刻蚀等方式设计线路。工作电极100上可划分为多个独立的工作电极单位101。对电极200亦具有对应该工作电极单位101划分的对电极单位201，每一个对电极单位201具有独立的线路202。待封装完成后，各个贴合的工作电极单位101与对电极单位201的组合即为独立的染料敏化太阳能电池，可独立提供电压，亦可与其他染料敏化太阳能电池并联/串联使用。
一实施例中，可在图2B的对电极200的线路202上另外提供一保护层(未绘示于图中)。保护层例如是一层保护胶，可用网印的方式，在线路202上印刷一层厚度均一的保护胶。保护层除了可以保护线路202不受后续步骤加入的电解质腐蚀，也可以控制染料敏化太阳能电池的厚度与电解质含量。
如图2A及图2B所示，工作电极100与对电极200上另外各包括位置互相对应的一固定部，于本实施例中，该固定部为一引线孔(例如皆位于角落)103、203，工作电极100/对电极200于涂布单元30涂布框胶及电解质以及于贴合单元40(图1)进行贴合时，该引线孔103、203可协助对位及固定工作电极100及/或对电极200。
如前所述，工作电极100上分成多个独立的工作电极单位101。涂布单元30在各个工作电极单位101上分别涂布框胶及电解质。由于每个工作电极单位101于封装完毕后皆可作为独立的染料敏化太阳能电池使用，各工作电极单位皆具有框胶与电解质。涂布的方法例如可使用点胶机，令其依照一预先设定的模式涂布。于图2A中，工作电极100(片电极)划分为多个矩形的工作电极单位101，电解液及框胶也依此形状涂布。然工作电极单位101、电解液及框胶预涂布的形状亦可依据实际需求变化，例如设计成流线型、曲线等不规则形状，以作为穿戴式装置的电力来源。
相较于传统网印涂布框胶以及灌注电解质的方式，必须因应各种不同形状的工作电极及/或对电极，另外设计搭配的网印模具，且以灌注方式注入电解质亦只能人工作业，容易产生气泡、品质不易控制，成本高且无法自动化大量生产；本发明的涂布单元提供的框胶及电解质涂布方式，以点胶机搭配一预设的涂布模式(例如以电脑设备设定涂布模式)，可自由配合多种不同形状的工作电极及/或对电极的涂布，且对于框胶及电解质的用量亦可有效控制并降低使用量，有利于提高品质、自动化量产及降低成本。
另外，本实施例以涂布单元涂布图2A中的工作电极100作为范例，然工作电极100与对电极200两者可以互相交换，例如涂布单元可以在对电极200的对电极单位201(图2B)上涂布框胶跟电解质。
图3A及图3B是贴合单元40进行贴合步骤的示意图。请参照图3A，该贴合单元40包含隔离板401、针脚402、真空腔体403、压合板404及UV光源(图未示)，且该贴合单元进一步包括工作平台405，该针脚402设于该工作平台405上。将工作电极100及对电极200对位的方式如下：将工作电极100放置于工作平台405上，以工作平台405的针脚402作为定位部，工作电极100与对电极200上的引线孔103及203作为固定部，将针脚402(定位部)穿过工作电极100与对电极200上的对应引线孔103及203(固定部)，便可完成对位，并固定工作电极100、对电极200、工作平台405的相对位置。另外，涂布单元30(图1)上也设置有类似的针脚作为定位部，用以固定工作电极100与真空吸附式平台32的相对位置。
如图3A所示，为避免工作电极100与对电极200直接接触，污染框胶301及电解质(未绘示于图3A中)，对位完成后较佳先以一隔离板401分开工作电极100及200，且隔离板400较佳亦不接触工作电极100。
对位完成后如图3A所示，以一真空腔体403覆盖整个工作平台405，并移除真空腔体内的空气。移除真空腔体的空气的方法可采用如真空泵浦等已知技术手段，此处不再赘述。
如图3B所示，于真空腔体403内的真空环境下移除隔离板401后，以压合板404，藉重力落下压合工作电极100及对电极200，使其更加密合。图3A及图3B中为方便辨识，放大了框胶301的厚度。然实际操作上框胶301及电解质(未绘示于图中)的厚度极小，且工作电极100与对电极200为具有可挠性的薄片，压合板404落下后工作电极100与对电极200可完全密合，不会有空隙产生。
最后，以UV光源照射框胶(未绘示于图中)使其固化，封闭工作电极100及对电极200，便可获得染料敏化太阳能电池的半成品。为了让UV光源能够到达框胶，压合板404及/或工作平台405较佳使用透明的材质制作。
贴合单元40于真空环境下进行染料敏化太阳能电池的对位封装，可使电解质的气泡减少，且不易自工作电极100/对电极200中漏出，能够更均匀的分布于整个电极上，提升能量效率。
经本发明上述染料敏化太阳能电池封装设备1封装完成的染料敏化太阳能电池半成品皆具有基本结构：工作电极、对电极以及电解质，且一半成品包括多个独立的染料敏化太阳能电池(每个封装完成的工作电极单位/对电极单位皆为独立的染料敏化太阳能电池)。本发明制得的染料敏化太阳能电池半成品经切割、上膜、压接端子等二次封装步骤后，即可成为多个独立的染料敏化太阳能电池。所述染料敏化太阳能电池半成品除了配合目前已知的各种二次封装步骤制成最后电池成品外，亦可搭配申请人开发的自动化二次封装设备及步骤，以达到全自动化的染料敏化太阳能电池的工艺。详细的二次封装步骤将于申请人的另一篇申请案中叙述，此处不再赘述。
图4是依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装方法的流程图。上述染料敏化太阳能电池封装设备即可执行此封装方法，所述封装方法包括下列步骤S01至S04：
S01：提供工作电极与对电极
工作电极及对电极的示意图可参照图2A及图2B，工作电极100为片电极(sheet)，其上划分为多个独立的工作电极单位101。对电极200亦具有对应该工作电极单位101划分的对电极单位201。虽然图2A中各工作电极单位101为矩形，然依实际运用需求，亦可设计成椭圆、三角形、六角形等其他形状。
S02涂布步骤：于工作电极上涂布框胶及电解液
如前所述，工作电极上划分有多个独立的工作电极单位。此步骤通过如点胶机之类的点胶方式，在各个独立的工作电极单位上涂布框胶与电解质。
S03对位：将工作电极与对电极对位，并以隔离板分隔工作电极与对电极
于工作电极上涂布框胶及电解质后，接着将工作电极与对电极对位(对齐工作电极单位与对应的对电极单位)，准备进行贴合。图3A是工作电极与对电极对位步骤的剖面示意图，为了避免框胶301及电解质(未绘示于图中)溢出或污染，对位时工作电极100与对电极200较佳不会直接接触，而是以一隔离板401间隔，隔离板401较佳亦不接触涂布有框胶301及电解质的工作电极100。图3A左侧的针脚402用以协助工作电极100与对电极200的对位，于此实施例中，工作电极100与对电极200上皆具有引线孔103及203，将针脚402对准并穿过工作电极100与对电极200上的引线孔103、203，便完成S03对位步骤。
S04贴合：将工作电极及对电极贴合
图3B是工作电极与对电极贴合步骤的剖面示意图。本步骤中，首先将对位完成的工作电极100及对电极200置于一真空腔体403内抽真空，为避免移动工作电极100/对电极200破坏已完成的对位，较佳以真空腔体403覆盖已对位完成的工作电极100/对电极200。接着于真空环境下移除工作电极100/对电极200间的隔离板(图3A)，对电极200便会因重力落下，与工作电极贴合。
接着，同样在真空环境下，以一压合板404覆盖工作电极100/对电极200，通过重力再次压合工作电极100/对电极200，使其更加密合。
另外，当框胶为UV胶时，贴合步骤可额外以UV光源照射UV胶。此时压合板404较佳为透明板材，以便通过UV光源。以UV光线照射压合中的对电极/工作电极，固化其框胶，便完成S04贴合步骤。
经上述步骤S01至S04封装步骤，便可获得染料敏化太阳能电池半成品。
经由上述染料敏化太阳能电池封装设备(或以上述染料敏化太阳能电池封装方法S01-S04)可以简便且快速的完成染料敏化太阳能电池工艺中，工作电极与对电极的封装，制成染料敏化太阳能电池半成品。由于大部分的步骤通过自动化设备进行，不但产量显著增加，各步骤的误差也可减少，增加良品率，更可节省人力成本。此外，贴合单元(贴合步骤)在真空环境中进行贴合，也可减少电解液的气泡，增加染料敏化太阳能电池的能量效率。
虽然本发明以实施例揭露如上，然上述实施例仅为示例，并非用以限制本发明。本发明领域相关技术人员，当可对上述实施例揭露的态样，进行合理的改动、变化。故本发明保护范围当以权利要求为准。

Claims (13)

1.一种染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，包括：
一第一入料单元，用以输入一工作电极；
一第二入料单元，用以输入一对电极；
一涂布单元，用以在该工作电极及/或该对电极上涂布框胶及电解液；
一贴合单元，用以将涂布有框胶及电解液的该工作电极及该对电极贴合封闭；以及
一输送单元，用以传输该工作电极及/或该对电极至该涂布单元进行涂布，再传送已涂布的该工作电极及该对电极至该贴合单元进行贴合封闭，以制成一染料敏化太阳能电池半成品。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该输送单元更包括：
一机械手臂，用以夹取该工作电极及对电极；及
一桥式起重机，其与该机械手臂相连接，用以移动该机械手臂至预设位置。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该贴合单元及该涂布单元各自包括至少一定位部，而该工作电极对应该定位部包括至少一固定部，该定位部配合该固定部对接，藉以对位与固定该工作电极。
4.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该定位部为一针脚且该固定部为一引线孔，该针脚穿过对应的该引线孔，藉以对位与固定该工作电极。
5.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该涂布单元包括一点胶机，该点胶机依一预先设定的模式于该工作电极上涂布框胶及电解液。
6.如权利要求5所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该工作电极为一片电极，该预先设定的模式在该工作电极上划分多个独立的工作电极单位，并于该多个单位分别涂布框胶及电解液。
7.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该涂布单元更包括一真空吸附式平台，该工作电极配置于该真空吸附式平台上，当该涂布单元涂布框胶及电解液时，该真空吸附式平台吸附该工作电极，以固定该工作电极并使其平坦化。
8.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，该贴合单元更包括一隔离板、一压合板、一真空腔体及一UV光源，该贴合单元用以进行下列步骤：
(1)该工作电极与该对电极对位后，以该隔离板分隔该工作电极与该对电极；
(2)将该工作电极与该对电极移至该真空腔体中抽真空；
(3)于该真空腔体内的真空环境下移除该隔离板，并以该压合板压合该工作电极及该对电极；及
(4)以该UV光源照射框胶使其固化，以封闭该工作电极及该对电极。
9.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池封装设备，其特征在于，其更包括一收料单元，用以接收并存储该染料敏化太阳能电池半成品，其中该输送单元将该贴合单元贴合封闭的该染料敏化太阳能电池半成品输送至该收料单元。
10.一种染料敏化太阳能电池的封装方法，其特征在于，依序包括下列步骤：
(1)提供一工作电极及一对电极；
(2)于该工作电极上涂布框胶及电解液；
(3)将该工作电极与该对电极对位后，以一隔离板分隔该工作电极与该对电极；
(4)将该工作电极与该对电极置于一真空腔体中抽真空；
(5)于该真空腔体内的真空环境下移除该隔离板，并以一压合板压合该工作电极及该对电极；以及
(6)固化该框胶，以封闭该工作电极及该对电极。
11.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，该工作电极为一片电极，所述步骤(2)在该工作电极上划分多个独立的工作电极单位，并分别于该多个单位涂布框胶及电解液。
12.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(2)以点胶方式涂布框胶及电解液。
13.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(6)以UV光源照射该框胶使其固化。
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