CN201004465Y - 导光式立体光伏电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种导光式立体光伏电池，其特征是：导光式立体光伏电池，其特征是：包括密封容器(101)和设置在所述密封容器内腔中的柔性电极(1031)、对电极(1041)、电解质(105)和照明器(102)；电解质(105)位于所述柔性电极(1031)与对电极(1041)之间；在柔性电极(1031)中设置电极引出线(1032)、在对电极(1041)中设置对电极引出线(1042)，电极引出线(1032)和对电极引出线(1042)直通密封容器(101)的外表面分别形成引出线接口(1061)、(1062)；照明器(102)中的导光引线(1022)引出到密封容器(101)的外表面形成导光引线接口(1023)。本实用新型可以组合成光伏电池组；改善各电池模块组合成电池组时的兼容性；还可以解决平板状结构的染料敏化太阳电池采用高效液态电解质时封装的困难。

Description

导光式立体光伏电池
技术领域
本实用新型涉及一种光伏电池，特别是涉及一种导光式立体光伏电池。属于太阳电池技术领域。
背景技术
利用太阳能，是当今社会解决能源和环境问题的重要措施。光伏电池将太阳光直接转化为电能，其中以氧化物半导体电极为基础的光伏电池，近年来被大力推向实用阶段。
以氧化物半导体电极为基础的光伏电池，其构造和原理是：在一个密闭空间，相向设置一个氧化物半导体电极和一个对电极，在两个电极之间充满传递电子的电解质。当氧化物半导体电极受到太阳光辐射时，作为光电转化材料的氧化物半导体材料产生电子和空穴的分离，其中电子通过负载传送到对电极，而电解质将电子输往空穴，并在对电极得到电子，此循环周而复始，光电流便连续产生。由于适用的氧化物半导体材料具有宽禁带，需要阳光中能量较高的紫外线激发，才能产生上述光电转化过程，因此阳光利用效率低。1991年，瑞士的Gratzell提出技术方案，采用纳米微晶介孔氧化钛材料作为电极的光电转化材料，并进行表面处理，在氧化钛微粒表面上覆盖了有机染料单分子层，结果大大提高了光电转化材料的活性表面积和阳光利用率，使所述光伏电池的光电转化率达到10％以上。这种光伏电池被称为Gratzell电池或染料敏化太阳电池(DSSC)。
典型的染料敏化太阳电池(DSSC)是平板状结构，它以玻璃或有机高分子薄片作为透光密封材料，在薄片的内侧表面镀上一层透光的导电材料膜，如常用的氧化铟锡(ITO)或含氟氧化锡等，在导电材料膜表面上形成一层光电转化材料层并进行表面染料敏化处理，形成透光导电电极；与此电极相平行，设置了镀在透光或不透光密封薄片内侧表面上的导电层(常常再覆上由铂或碳等材料构成的催化层)作为对电极，在两个电极之间充满传递电子的电解质，如常用的I2/I-氧化还原体系。
但是，这种平板状结构的染料敏化太阳电池(DSSC)难于兼顾提高光电转化率及降低生产成本，在使用方面也有缺点，表现在：1、难于大面积制造：由于透光导电材料膜受透光性限制而选用并非良导体的导电材料如ITO，若增大电池面积，则ITO层的电阻提高、电池的光电转化率降低；另一方面，制造平板状结构的电池，由于多道工序需在平板上进行，电池面积越大就会产生越多困难，包括透光导电材料膜的成型和电池的封装；2、平板状结构的电池以平面采光，占地面积大、使用不方便。3、以所述光伏电池为模块串、并联使用时兼容性不理想。由于所述光伏电池发电，产生的电压电流与入射阳光光强度相关，在一个以串联或并联方式组合成的电池组中，各电池模块接受的阳光光强度可能有差别，因此未必能够同时产生同电压同大小的电流，导致它们之间的串并联兼容不理想；4、电解质效率与封装存在矛盾：液态电解质的离子输运速度快、效率高，有利于提高电池的光电转化率，但是容易渗漏，对封装的要求严格，封装不良会使电池的光电转化率和寿命降低；固态电解质不易渗漏，对封装的要求宽松，但是电解质的离子输运速度下降、效率降低，会降低电池的光电转化率。
实用新型内容
本实用新型的第一个目的，是为了克服前述平板状结构的染料敏化太阳电池难于大面积制造和使用不方便的缺点，以及改善各电池模块组合成电池组时的兼容性，提供一种导光式立体光伏电池。
本实用新型的第二个目的，是为了解决前述平板状结构的染料敏化太阳电池采用高效液态电解质时封装的困难，提供一种导光式立体光伏电池。
本实用新型的两个目的可以通过如下措施达到：
导光式立体光伏电池，其结构特点是：包括密封容器和设置在所述密封容器内腔中的柔性电极、对电极、电解质和照明器；所述柔性电极与所述照明器相邻或相贴，所述对电极与所述柔性电极相邻，电解质位于所述柔性电极与对电极之间；在柔性电极中设置电极引出线、在对电极中设置对电极引出线，电极引出线和对电极引出线直通密封容器的外表面分别形成引出线接口；照明器中的导光引线引出到密封容器的外表面形成导光引线接口。
所述导光引线接口与外置光导纤维相连并通过该光导纤维连接到外置太阳光集光器。
本实用新型可以是以所述导光式光伏电池为模块组合成的光伏电池组。
本实用新型的两个目的还可以通过如下措施达到：
本实用新型的一种实施方式是：所述照明器由发光体和导光引线构成；所述发光体可以为片状或织物状，也可为丝状、条状、块状、不规则形状、或者所述各种形状弯曲变形后的形状；所述照明器的表面设有耐腐蚀的面层或者透光防护罩；所述发光体通过导光引线引至密封容器外表面的导光引线接口。导光引线接口连接外置光导纤维108而与所述太阳光集光器相连，将所述集光器采集的太阳光处理(如储存、分配、分散)后发射出来。
本实用新型的一种实施方式是：所述导光引线接口至少为一个，设置在所述密封容器外表面合适的部位上。
本实用新型的一种实施方式是：所述密封容器由容器体和密封盖构成；所述密封盖以可开闭方式(包括螺旋方式、卡接方式)或者永久性密闭方式与所述容器体密闭连接。
当采用所述永久性密闭方式连接时，在所述密封盖上可设置至少一个开口和附带的小密封盖，使所述小密封盖以可开闭方式与密封盖密闭连接以便必要时可打开；所述容器体由密封材料构成，可以是透光的、半透光的、或不透光的；所述容器体外观和所围住的空间可以是圆柱型、椭圆柱型、棱柱型。
本实用新型的一种实施方式是：所述柔性电极包括柔性导电织物层，所述导电织物层中设置电极引出线，导电织物层的表面覆盖有光电转化材料层；所述导电织物层通过电连接形成导电一体化结构；所述光电转化材料层覆盖在导电织物层和引出线连接端的整个外表面、并形成一层完整的薄层。
所述柔性电极可进一步进行各种表面处理，例如染料敏化处理或者钝化处理。
本实用新型的一种实施方式是：所述对电极包括柔性导电材料层，所述导电材料层中设置对电极引出线；所述导电材料层可以是导电织物层、导电薄片层或导电薄膜层，所述导电薄膜层可以附着在所述密封容器的内壁表面上。
所述对电极1041可进一步进行各种表面处理，例如催化处理。
本实用新型的一种实施方式是：所述电解质为液态，充满所述容器内腔的剩余空间；在所述柔性电极和对电极之间可设置吸附材料层，用以固定液态电解质和隔离电极；所述吸附材料层由耐腐蚀的带孔隙固体材料层或凝胶层构成。
本实用新型的一种实施方式是：所述电解质是半固态的或固态的，充满所述柔性电极和对电极之间的空间。
本实用新型的一种实施方式是：所述电极引出线接口、对电极引出线接口可以包括一对或两对以上；电极引出线接口、对电极引出线接口成对设置在所述密封容器外表面的侧面、一端面，或者一对之中一个在侧面、另一个在端面，或者设置在两个不同的端面。
本实用新型可以以两个或多个具有同种规格的所述电池，作为电池模块，并设置导线；所述电池模块的引出线接口与导线连接，将所述电池模块串联或者并联成一个整体；所述电池模块的导光引线接口与同种规格的、同光通量的外置光导纤维相连接，并通过所述光导纤维以并联方式连接到所述外置太阳光集光器上。
采用本实用新型具有如下有益效果：
1、由于本实用新型涉及的光伏电池采用导光式立体结构并可采用柔性电极、柔性对电极和柔性照明器，得以在有限的空间内设置尽可能大的电极面积，有利于实现大面积光伏电池的制造，有利于提高单位占地面积的发电量。
2、由于本实用新型涉及的光伏电池采用导光式结构并采用柔性电极，所述柔性电极能够尽量贴近发光体，有利于提高光照效果；所述柔性电极可以围绕发光体设置，有利于充分利用光能。
3、由于本实用新型涉及的光伏电池采用导光式结构，组合成电池组的各电池模块所接受的阳光光强度比较一致，有利于提高电池模块串并联的兼容性，提高电池的光电转化率和寿命。
3、由于本实用新型涉及的光伏电池采用导光式结构，可以把光伏电池安置在室内，有利于电池的管理、清洁、维修、保养，有利于提高电池的使用寿命。
4、由于本实用新型涉及的光伏电池采用密封容器，密封性能好，而且其密封难易程度基本上不受电池受光面积大小的影响，有利于制造大面积电池；有利于选用高效率电解质特别是液态电解质；有利于提高电池的稳定性和寿命。
5、由于本实用新型涉及的光伏电池可采用可开闭式密封结构，可以在必要时方便地补充电解质，有利于提高电池的寿命。
下面通过具体实施例子进一步显示本实用新型的有益效果。
附图说明
图1a是导光式立体光伏电池实施例1的结构剖视图。
图1b是图1a中打开容器盖的结构剖视图。
图2是导光式立体光伏电池实施例2的结构剖视图。
图3a、图3b和图3c是外观不同的狭缝型立体光伏电池的结构示意图。
图4a、图4b、图4c和图4d是引出线接口设置不同的导光式立体光伏电池的示意图。
图5a和图5b是组件和组合不同的导光式立体光伏电池的结构示意图。
图6a和图6b是组件和组合不同的导光式立体光伏电池的结构示意图。
图7a和图7b是导光式立体光伏电池组的结构示意图。
具体实施方式
具体实施例1：
参照图1a和图1b，本具体实施例包括密封容器101和设置在所述密封容器内腔中的柔性电极1031、对电极1041、电解质105和照明器102；所述柔性电极1031与所述照明器102相邻或相贴，所述对电极1041与所述柔性电极1031相邻，电解质105位于对电极1041与所述柔性电极1031之间；在柔性电极1031中设置电极引出线1032、在对电极1041中设置对电极引出线1042，电极引出线1032和对电极引出线1042直通密封容器101的外表面分别形成引出线接口1061、1062；照明器102中的导光引线1022引出到密封容器101的外表面形成导光引线接口1023。所述导光引线接口1023与外置光导纤维108相连并通过该光导纤维连接到外置太阳光集光器107。
本实施例中：
所述照明器102由发光体1021和导光引线1022构成；所述发光体1021可以为片状或织物状，也可为丝状、条状、块状、不规则形状、或者所述各种形状弯曲变形后的形状；所述照明器102的表面设有耐腐蚀的面层或者透光防护罩；所述发光体1021通过导光引线1022引至密封容器101外表面的导光引线接口1023并且连接外置光导纤维108而与所述太阳光集光器107相连，将所述集光器采集的太阳光处理(如储存、分配、分散)后发射出来。
所述密封容器101由容器体1011和密封盖1012构成；所述密封盖1012以可开闭方式(包括螺旋方式、卡接方式)与所述容器体1011密闭连接。所述容器体1011的外观和所围住的空间可以是圆柱型。
或者永久性密闭方式与所述容器体1011密闭连接。所述柔性电极1031包括柔性导电织物层，所述导电织物层中设置电极引出线，导电织物层的表面覆盖有光电转化材料层；所述导电织物层通过电连接形成导电一体化结构；所述光电转化材料层覆盖在导电织物层和引出线连接端的整个外表面、并形成一层完整的薄层。所述柔性电极可进一步进行各种表面处理，例如染料敏化处理或者钝化处理。
所述对电极1041包括柔性导电材料层，所述导电材料层中设置对电极引出线；所述导电材料层可以是导电织物层、导电薄片层或导电薄膜层，所述导电薄膜层可以附着在所述密封容器101的内壁表面上。所述对电极1041可进一步进行各种表面处理，例如催化处理。
所述电解质105为液态，充满所述容器101内腔的剩余空间；在所述柔性电极1031和对电极1041之间可设置吸附材料层，用以固定液态电解质和隔离电极；所述吸附材料层由耐腐蚀的带孔隙固体材料层或凝胶层构成。
所述电解质105也可以是半固态的或固态的，充满所述柔性电极1031和对电极1041之间的空间。
所述导光引线接口1023至少为一个，可以设置在所述密封容器101外表面合适的部位上；所述引出线接口1061和1062至少为一对，可以成对设置在所述密封容器101外表面的侧面、一端面，或者一对之中一个在侧面、另一个在端面，或者每个在一端面。图4a至图4d举例说明引出线接口和导光引线接口的不同设置。
参照图5a、图5b、图6a和图6b，在所述导光式立体光伏电池中，可以采用不同的组件或对组件进行不同的组合，形成不同的结构。
参照图7a和图7b，本实用新型可以以两个或多个具有同种规格的所述电池，作为电池模块，并设置导线；所述电池模块的引出线接口与导线连接，将所述电池模块串联或者并联成一个整体；所述电池模块的导光引线接口与同种规格的、同光通量的外置光导纤维相连接，并通过所述光导纤维以并联方式连接到所述外置太阳光集光器上。
具体实施例2：
参照图2，本实施例的特点是：当采用所述永久性密闭方式连接时，在所述密封盖上可设置至少一个开口和附带的小密封盖1014，使所述小密封盖1014以可开闭方式与密封盖密闭连接以便必要时可打开；所述容器体1011由密封材料构成，可以是透光的、半透光的、或不透光的。参照图3a至图3c，所述容器体1011的外观和所围住的空间可以是圆柱型、椭圆柱型、三棱柱型、四棱柱型、五棱柱型、六棱柱型、八棱柱型、十二棱柱型。其余同实施例1。

Claims (10)

1、导光式立体光伏电池，其特征是：包括密封容器(101)和设置在所述密封容器内腔中的柔性电极(1031)、对电极(1041)、电解质(105)和照明器(102)；所述柔性电极(1031)与所述照明器(102)相邻或相贴，所述对电极(1041)与所述柔性电极(1031)相邻，电解质(105)位于所述柔性电极(1031)与对电极(1041)之间；在柔性电极(1031)中设置电极引出线(1032)、在对电极(1041)中设置对电极引出线(1042)，电极引出线(1032)和对电极引出线(1042)直通密封容器(101)的外表面分别形成引出线接口(1061)、(1062)；照明器(102)中的导光引线(1022)引出到密封容器(101)的外表面形成导光引线接口(1023)。
2、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述照明器(102)由发光体(1021)和导光引线(1022)构成；所述发光体(1021)为片状或织物状，或者为丝状、条状、块状以及所述各种形状弯曲变形后的形状；所述照明器(102)的表面设有耐腐蚀的面层或者透光防护罩；所述发光体(1021)通过导光引线(1022)引至密封容器(101)外表面的导光引线接口(1023)。
3、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述导光引线接口(1023)至少为一个，设置在所述密封容器(101)外表面的部位上。
4、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述密封容器(101)由容器体(1011)和密封盖(1012)构成；所述密封盖(1012)为开闭方式、包括螺旋方式和卡接方式，或者为永久性密闭方式与所述容器体(1011)密闭连接。
5、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述容器体(1011)由密封材料构成，密封材料为透光的、半透光的、或不透光的；所述容器(101)的外观和所围住的空间可以是圆柱型、椭圆柱型、棱柱型。
6 、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述柔性电极(1031)包括柔性导电织物层，所述导电织物层中设置电极引出线，导电织物层的表面覆盖有光电转化材料层；所述导电织物层通过电连接形成导电一体化结构；所述光电转化材料层覆盖在导电织物层和引出线连接端的整个外表面、并形成一层完整的薄层。
7、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述对电极(1041)包括柔性导电材料层，所述导电材料层中设置对电极引出线；所述导电材料层可以是导电织物层、导电薄片层或导电薄膜层，所述导电薄膜层可以附着在所述密封容器(101)的内壁表面上。
8、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述电解质(105)为液态，充满所述容器(101)内腔的剩余空间；在所述柔性电极(1031)和对电极(1041)之间可设置吸附材料层，用以固定液态电解质和隔离电极；所述吸附材料层由耐腐蚀的带孔隙固体材料层或凝胶层构成。
9、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述电解质(105)是半固态的或固态的，充满所述柔性电极(1031)和对电极(1041)之间的空间。
10、根据权利要求1所述的导光式立体光伏电池，其特征是：所述电极引出线接口(1061)、对电极引出线接口(1062)包括一对或两对以上；电极引出线接口(1061)、对电极引出线接(1062)成对设置在所述密封容器(101)外表面的侧面、一端面，或者一对之中一个在侧面、另一个在端面，或者设置在两个不同的端面。
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