[發(fā)明專利]一種大功率染料敏化太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910197188.2
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101694818A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃素梅;李曉冬;張丁文;孫卓
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01M14/00;H01L51/42
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利事務(wù)所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池，特別是一種大面積高功率染料敏化太陽能電池 及其制備和封裝方法。

背景技術(shù)

納晶染料敏化太陽能電池(DSC)是以染料敏化多孔納米結(jié)構(gòu)薄膜為光陽 極，根據(jù)光生伏特原理，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種半導(dǎo)體光電器件， 是伴隨著半導(dǎo)體電化學(xué)發(fā)展起來的一個嶄新的科學(xué)研究領(lǐng)域。1991年，瑞士 洛桑高等工業(yè)學(xué)院教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，以高比表面積的納米TiO₂多孔膜作為半導(dǎo)體電極，以Ru等有機金屬化合物作為光敏化染料，選用適當(dāng) 的氧化還原電解質(zhì)做介質(zhì)，組裝成TiO₂納米晶染料敏化太陽能電池，其小面積 (＜1cm²)光電轉(zhuǎn)換效率在AM1.5模擬太陽光照射下達(dá)7.1％，被人們譽為新一代 太陽能電池。這一重大突破為光電化學(xué)電池的發(fā)展帶來了革命性的創(chuàng)新，引 起染料敏化太陽能電池研究的一次熱潮。1993年，等再次報道了光電 轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10％的小面積染料敏化太陽能電池，1997年，光電轉(zhuǎn)效率進一 步提高到11％。小面積DSC的光電轉(zhuǎn)效率這一參數(shù)已接近實用化水平。

大面積DSC的研究是這種電池邁向產(chǎn)業(yè)化的一個重要步驟，目前也越來 越受到關(guān)注。大面積DSC不是小面積DSC的一個簡單的放大，由于電池內(nèi)部 電阻會隨著面積的增大而顯著增大，從而使電池效率降低。因此在電池兩極 沉積一層低電阻柵網(wǎng)導(dǎo)電電極成為制作大面積DSC的一個必要步驟。目前DSC 主要采用含有I^-/I₃^-氧化還原電對的液體電解質(zhì)，雖然具有較高的光電轉(zhuǎn)換 效率，但由于液體電解質(zhì)易泄漏，有機溶劑易揮發(fā)，造成電池密封困難，液 態(tài)電介質(zhì)含有I^-/I₃^-氧化還原對，是一種化學(xué)活性、腐蝕性極強的物質(zhì)，電池 在長期工作過程中，電解質(zhì)腐蝕沉積的柵網(wǎng)導(dǎo)電電極，導(dǎo)致電池性能下降，使 用壽命縮短。DSC器件的可靠性、穩(wěn)定性有很大的局限性。另外電池兩級間的 間距對電池的性能有很大的影響：間距過大，易增大電池內(nèi)部電阻，降低電 池性能；間距過小，則容易引起電池內(nèi)部的短路。而電池內(nèi)部間距的不均勻 也易影響DSC器件的重復(fù)性和穩(wěn)定性。因此納晶染料敏化太陽能電池制作過 程中如何解決溶劑的泄漏和揮發(fā)、電極腐蝕、電池間距等影響電池穩(wěn)定性、 重復(fù)性的問題，解決器件封裝的關(guān)鍵技術(shù)問題，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性， 提高器件制備工藝的一致性和可重復(fù)性是染料敏化太陽能電池工業(yè)化大規(guī)模 生產(chǎn)中面臨的幾個主要難題。另一方面還需要盡量簡化工藝、降低成本，制 備出大面積具有高可靠性的太陽能電池，從而使得DSC太陽能電池能最終得 到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種大功率染料敏化太陽 能電池及制備和封裝方法，該太陽能電池具有大面積、高可靠性，其制備工 藝的一致性和重復(fù)性好，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種大功率染料敏化太陽能電池，特點是該電池由上基板、下基板、透 明導(dǎo)電層、低電阻柵網(wǎng)電極、數(shù)個條狀單體電池、隔離材料及封接材料構(gòu)成； 所述條狀單體電池包括染料敏化納米多孔氧化物薄膜、電解質(zhì)和對電極；單 體電池以串聯(lián)或并聯(lián)方式相互連接。

所述上基板、下基板為玻璃板、陶瓷板、不銹鋼板、鈦板或聚合物襯底 板，透明導(dǎo)電層和低電阻柵網(wǎng)電極制備在上基板、下基板上。

所述透明導(dǎo)電層為SnO:F，ZnO:Al或ITO薄膜，采用化學(xué)氣相沉積、磁 控濺射、化學(xué)鍍、電化學(xué)鍍、浸鍍、真空蒸發(fā)、旋涂或超聲鍍制備。

所述低電阻柵網(wǎng)電極是由耐腐蝕低電阻金屬材料直接制備而成或由不耐 腐蝕低電阻金屬材料覆蓋保護層構(gòu)成；耐腐蝕低電阻金屬材料或不耐腐蝕低 電阻金屬材料采用磁控濺射、真空蒸發(fā)、化學(xué)鍍、電化學(xué)鍍、絲網(wǎng)印刷、浸 鍍、旋涂或超聲鍍制備；保護層采用磁控濺射、旋涂或絲網(wǎng)印刷制備。

所述耐腐蝕低電阻金屬材料為W或Pt；不耐腐蝕低電阻金屬材料為Ag、 Au、Cu、Al、Ti、Ni或Mo。

所述保護層材料為玻璃、陶瓷、SiO₂或高分子材料。