CN201984962U - 染料敏化太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种染料敏化太阳能电池，包括表面附有第一导电膜的第一玻璃基板和表面附有第二导电膜的第二玻璃基板，所述第一玻璃基板上的第一导电膜相互隔断成多个相互绝缘的单元区域，所述每个单元区域的第一导电膜的表面上均设有导电通道，所述第一玻璃基板的侧面覆有第一侧面金属膜，所述的导电通道与第一侧面金属膜电连接，所述第二玻璃基板的侧面覆有第二侧面金属膜，所述第二侧面金属膜与第二玻璃基板表面上的导电材料电连接。这种集成的染料敏化太阳能电池成本较低、效率较高、利于大批量生产。

Description

染料敏化太阳能电池

技术领域：

本实用新型涉及一种染料敏化太阳能电池。

背景技术：

随着地球环境的日益恶化，人们迫切需要多种清洁能源来代替原有的高碳能源，而太阳能是取之不尽的清洁能源，因此，太阳能电池的开发和利用得到人们的日益重视。而染料敏化太阳能电池就是其中的一种新型太阳能电池，其基本构成是：包括附有第一导电膜的第一玻璃基板和附有第二导电膜的第二玻璃基板、金属氧化物和染料、电解质溶液和密封胶，所述第一玻璃基板的第一导电膜上设置有吸附了染料的纳米结晶金属氧化物薄膜层，作为光阳极(也称正极)，所述第二玻璃基板的第二导电膜表面上涂有导电材料，作为对电极(也称负极)，光阳极和对电极之间注入氧化-还原电解质溶液并用密封胶密封形成太阳能电池。

其工作原理是，当光照时，光阳极上的染料分子吸收太阳光能后，其中的电子变为激发状态，激发态的电子进入紧邻的金属氧化物薄膜层，随后进入导电膜，再通过外部电线把电子输送到对电极，最后进入电解质，染料中失去的电子则通过金属氧化物从电解质中得到补偿，使染料回到初始状态而形成电子回路，这样就产生了光电流。

与传统的多晶硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池可以以环保的方式及相对低的生产成本被人们日益重视。目前，染料敏化太阳能电池光电转换效率较低，其中的一个缺陷是：由于染料分子光照时产生的电子在纳米结晶金属氧化物薄膜层中能扩散的距离短，大量的电子到达外部导线前已复合在薄膜层内，无法为外部回路提供光电子，因此，单块大面积的染料敏化太阳能电池，其发电效率也非常低下，在实际应用中受到限制。近期出现一种将多个染料敏化太阳能电池通过导电带相互电连接集成的染料敏化太阳能电池模块。但结构复杂，制造成本高，不利于大批量生产。

实用新型内容：

本实用新型能提供一种成本较低、效率较高、利于大批量生产的集成的染料敏化太阳能电池。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种集成的染料敏化太阳能电池，它包括表面附有第一导电膜的第一玻璃基板和表面附有第二导电膜的第二玻璃基板，所述第一玻璃基板表面的第一导电膜上设置有吸附了染料的纳米结晶金属氧化物薄膜层，作为光阳极，所述第二玻璃基板表面的第二导电膜上涂有导电材料，作为对电极，在光阳极和对电极之间金属氧化物薄膜层的四周用密封材料密封形成封闭空间，在所述的封闭空间中注入电解质溶液，所述第一玻璃基板上的导电膜相互隔断成多个相互绝缘的单元区域，所述每个单元区域导电膜的表面上均设有导电通道，所述第一玻璃基板的侧面覆有第一侧面金属膜，所述的导电通道与第一侧面金属膜电连接，所述第二玻璃基板的侧面覆有第二侧面金属膜，所述第二侧面金属膜与第二玻璃基板表面上的导电材料电连接。

采用以上结构后，本实用新型染料敏化太阳能电池与现有技术相比，具有以下优点：

第一、本实用新型把同一玻璃基板面上的导电膜设置成多组相互隔断的单元区域，每一个单元区域能制成一个小电池，这样，一块玻璃基板制成的电池其内部就包含有多个单元小电池，能制成容量较大的集成的电池，适合大批量生产。

第二、每个单元区域的导电膜边缘的表面上均设有导电通道，并与侧面的金属膜电连接，能有效地缩短染料分子中产生的光电子需要扩散的距离，能使得更多的电子通过导电通道转移到电池外部的侧面金属膜上，提高电池的光电转化效率。

第三、本实用新型染料太阳能电池在接外部导线时，可直接把外部导线牢固地焊接在侧面的金属膜上而形成外部回路，连接方便，有利于降低生产成本。

第四，本实用新型染料太阳能电池采用在侧面的金属膜上焊接外部导线，能最大限度的提高基板表面导电膜的利用率，同时可避免因把导线焊接在基板表面上而引起的电池的不易密封的问题。

所述第一玻璃基板表面上的导电通道还覆有保护层。涂有保护层，能防止电解质溶液对导电通道进行侵蚀，可靠性更高。

所述导电通道设置在单元区域的边缘并与单元区域的导电膜接触。将导电通道设置在单元区域的边缘，就可以直接在导电通道的表面上设置保护层，而不会影响到与之相邻的单元区域，也不会影响到单元区域内的金属氧化物薄膜层的加工，简单方便。

所述导电通道为银浆印刷形成的表面金属膜。银浆印刷并高温烧结形成导电通道，导电通道采用银浆印刷更加方便、效果更好。

所述第一玻璃基板的相对两个侧面均覆有第一侧面金属膜，所述第二玻璃基板的相对两个侧面均覆有第二侧面金属膜。当电池的第一玻璃基板上有较多的单元区域时，可从玻璃基板两侧的金属膜上与单元区域实现电连接，简化外部导线的连接方式。

所述第一玻璃基板上导电通道与第一侧面金属膜连接的边棱设置倒角。设置倒角使导电通道与第一侧面金属膜连接更加牢靠，不易损坏。

所述第一玻璃基板侧面的第一侧面金属膜为一整体，所述第二玻璃基板侧面的第二侧面金属膜为一整体。侧面金属膜为一整体，即将单块集成的染料敏化太阳能电池内的多个单元电池直接并联，方便生产及使用。

所述第一玻璃基板侧面的第一侧面金属膜为相互隔断的多段金属膜，所述第二玻璃基板侧面的第二侧面金属膜也为相互隔断的多段金属膜。采用这种结构，即将单块集成的染料敏化太阳能电池内的每个单元电池相互独立开来，这样可以通过外部导线对各单元电池进行串联或者并联连接。

附图说明：

附图1是本实用新型染料敏化太阳能电池的结构示意图；

附图2是本实用新型染料敏化太阳能电池第一玻璃基板的平面示意图；

附图3是本实用新型染料敏化太阳能电池第一玻璃基板的侧视图；

附图4是本实用新型染料敏化太阳能电池第一玻璃基板侧面金属膜为多段的立体示意图；

附图5是本实用新型染料敏化太阳能电池第一玻璃基板侧面金属膜为一整体的立体示意图；

附图6是本实用新型染料敏化太阳能电池第一玻璃基板的导电膜划分为单元区域平面示意图；

如图所示：1.1、第一玻璃基板，1.2、第二玻璃基板，2.1、第一导电膜，2.2、第二导电膜，3.1、第一侧面金属膜，3.2、第二侧面金属膜，4、外部导线，5、金属氧化物薄膜层，6、电解质溶液，7、密封材料，8、导电材料，9、导电通道，10、单元区域，11.保护层。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示：本实用新型的技术解决方案是，提供一种集成的染料敏化太阳能电池，它包括表面附有第一导电膜2.1的第一玻璃基板1.1和表面附有第二导电膜2.2的第二玻璃基板1.2，在本实施例中，导电膜采用FTO导电膜，所述第一玻璃基板1.1上的导电膜2.1相互隔断形成多个相互绝缘的单元区域10，本实施例中是采用激光加热切割的方法将FTO导电膜2.1分成多个单元的小方块导电膜，形成多个相互绝缘的单元区域10，所述每个单元区域10的第一导电膜2.1的表面上分别设置有吸附了染料的金属氧化物薄膜层5，在本实施例中金属氧化物薄膜层5采用纳米结晶二氧化钛薄膜层，作为光阳极，所述第二玻璃基板1.2表面的第二导电膜2.2上涂有导电材料8，在本实施例中导电材料8采用金属铂，作为对电极，所述第二玻璃基板1.2上设有多个电解液6的灌注孔，与第一玻璃基板1.1上的单元区域10相对应，在第二玻璃基板1.2的相对部位上，每个单元区域设有二个通孔，在本实施例中灌注孔是利用超声波来打孔的，在第一玻璃基板1.1和第二玻璃基板1.2之间(即在光阳极和对电极之间)四周及每个单元金属氧化物薄膜层5的四周处均采用密封材料7密封形成封闭空间，在本实施例中密封材料7为紫外线(UV)固化胶，在所述每个单元金属氧化物薄膜层5的封闭空间中注入电解质溶液6，然后把灌注孔用密封胶密封，所述每个单元区域10的导电膜边缘上均覆有导电通道9，在导电通道9上覆有保护层11，在本实施例中保护层11为低熔点玻璃粉，所述第一玻璃基板1.1的侧面覆有第一侧面金属膜3.1，所述每个导电通道9均与第一侧面金属膜3.1电连接，所述第二玻璃基板1.2的侧面覆有第二侧面金属膜3.2，所述第二侧面金属膜3.2与表面上的导电材料8电连接。本实施例中导电通道9和两个侧面金属膜均采用银浆印刷后经高温烧结而成，当吸附在二氧化钛上的染料受光照后即产生激发态的电子，被二氧化钛收集后转移到紧邻的导电膜2.1上，通过导电通道9可把产生的光电子输送到电池外部的第一侧面金属膜3.1，即侧面银浆电极3.1上，利用焊接在侧面银浆电极3.1上的外部导线4把电子输送到对点电极上，就产生光电流，而染料中失去的电子则从电解质溶液6中得到补偿，使染料回到基态。

所述导电通道9设置在单元区域10的边缘并与单元区域10上的导电膜接触。可以直接在导电通道9上设置保护层11，生产更加方便。

所述导电通道9为银浆印刷并烧结形成的表面金属膜。导电通道9采用银浆印刷加工方便、导电效果更好。

所述第一玻璃基板1.1上的导电通道9上还覆有保护层11。涂有保护层11，能防止电解质溶液6对导电通道9进行氧化侵蚀，可靠性更高。

所述第一玻璃基板1.1的相对两个侧面均覆有侧面第一金属膜3.1，所述第二玻璃基板1.2的相对两个侧面均覆有第二侧面金属膜3.2。当第一玻璃基板1.1上有较多的单元区域10时，各单元区域10可从两侧面的第一侧面金属膜3.1与外部电路相连接，能制成容量更大的集成的电池。

所述第一玻璃基板1.1上导电通道9与第一侧面金属膜3.1接触连接的边棱处设置倒角。导电通道9的一端延伸到第一玻璃基板1.1侧面倒角处，在第一玻璃基板1.1的侧面上涂覆有第一侧面金属膜3.1；导电通道9和第一侧面金属膜3.1相连通；设置倒角使导电通道与侧面金属膜连接更加牢靠，不易损坏。

如图5所示：所述第一玻璃基板1.1侧面的第一侧面金属膜3.1为一整体，所述第二玻璃基板1.2侧面的第二侧面金属膜3.2为一整体。侧面金属膜为一整体，即将单块集成的染料敏化太阳能电池中的每个单元电池直接并联，方便生产及使用。

如图4所示：所述第一玻璃基板1.1侧面的第一侧面金属膜3.1为相互隔断的多段金属膜，所述第二玻璃基板1.2侧面的第二侧面金属膜3.2也为相互隔断的多段金属膜。所述每个导电通道9分别与相对应的各段金属膜连接。采用这种结构，即将单块集成的染料敏化太阳能电池中的每个单元电池相互独立开来，这样可以通过外部电线对各单元电池进行串联或并联的设计连接。

所述第一玻璃基板1.1及所述每个单元区域10的周围均涂有密封材料7并与第二玻璃基板1.2密封。所述金属氧化物薄膜层5的周围涂有密封材料，由于第一到电膜2.1相互隔断成单元区域10，故金属氧化物薄膜层5也相互隔断，换句话说，所述每个单元区域10的周围均涂有密封材料7，并且为了将整个电池密封，所述整个第一玻璃基板1.1的周围也涂有密封材料7与第二玻璃基板密封。

所述第二玻璃基板1.2表面上的导电材料8相互隔断成多个相互绝缘的单元区域，所述每个单元区域的导电材料8均与所述第二侧面金属膜3.2电连接。所述导电材料8可不划分单元区域作为一个整体来使用，也可划分成与第一玻璃基板1.1上的第一导电膜2.1相对应的单元区域，也可根据实际需求划分不与第一玻璃基板1.1上的第一导电膜2.1相对应的单元区域，上述这几种结构均可以采用。

本实用新型的实施例已经在上面详细说明，但是应该清楚明白的是，对本领域技术人员可能出现的这里所述的实用新型概念的许多变化和修改仍将落入本实用新型书权利要求书所定义的范围之内，如单元区域可采用不同的几何形状，可根据需要作出变化，如圆形，椭圆形等等，导电通道也可以根据需要作出形状方面的改变，如线条型、矩形等。

Claims (10)

1.一种染料敏化太阳能电池，它包括表面附有第一导电膜(2.1)的第一玻璃基板(1.1)和表面附有第二导电膜(2.2)的第二玻璃基板(1.2)，所述第一玻璃基板(1.1)表面的第一导电膜(2.1)上设置有吸附了染料的金属氧化物薄膜层(5)，所述第二玻璃基板(1.2)表面的第二导电膜(2.2)上涂有导电材料(8)，在第一玻璃基板(1.1)和第二玻璃基板(1.2)之间金属氧化物薄膜层(5)的周围涂有密封材料(7)形成封闭空间，所述封闭空间中注入电解质溶液(6)，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)上的第一导电膜(2.1)相互隔断成多个相互绝缘的单元区域(10)，所述每个单元区域(10)的第一导电膜(2.1)的表面上均设有导电通道(9)，所述第一玻璃基板(1.1)的侧面覆有第一侧面金属膜(3.1)，所述的导电通道(9)与第一侧面金属膜(3.1)电连接，所述第二玻璃基板(1.2)的侧面覆有第二侧面金属膜(3.2)，所述第二侧面金属膜(3.2)与第二玻璃基板(1.2)表面上的导电材料(8)电连接。

2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)上的导电通道(9)上还覆有保护层(11)。

3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述导电通道(9)设置在单元区域(10)的边缘并与单元区域(10)的导电膜接触。

4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述导电通道(9)为银浆印刷形成的导电金属膜。

5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)的相对两个侧面均覆有第一侧面金属膜(3.1)，所述第二玻璃基板(1.2)的相对两个侧面均覆有第二侧面金属膜(3.2)。

6.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)的导电通道(9)与第一侧面金属膜(3.1)接触连接的边棱设置倒角。

7.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)侧面的第一侧面金属膜(3.1)为一整体，所述第二玻璃基板(1.2)侧面的第二侧面金属膜(3.2)为一整体。

8.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)侧面的第一侧面金属膜(3.1)为相互隔断的多段金属膜，所述第二玻璃基板(1.2)侧面的第二侧面金属膜(3.2)也为相互隔断的多段金属膜。

9.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第一玻璃基板(1.1)及所述每个单元区域(10)的周围均涂有密封材料(7)并与第二玻璃基板(1.2)密封。

10.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：所述第二玻璃基板(1.2)表面上的导电材料(8)相互隔断成多个相互绝缘的单元区域，所述每个单元区域的导电材料(8)均与所述第二侧面金属膜(3.2)电连接。

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