[發明專利]基于染料敏化太陽能電池的光電一體化建筑材料

有效

• 申請號: 200910300998.6
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101509306A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 馬廷麗;張文明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E04D13/18
• 分類號: E04D13/18;H01G9/20;H01M14/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于綠色可再生能源技術領域及建筑材料領域，涉及一種利用染料敏化太陽能電池和建筑材料形成一體化結合進行發電，并應用于建筑的技術領域。

背景技術

我國人均能源資源相對匱乏，綠色可再生能源利用率低，溫室效應造成環境破壞和污染。另外在建筑物的建造和使用過程中對資源、能源的浪費問題突出，建筑能耗嚴重，建筑節能已成為急需解決的重大問題。

為解決上述問題，將光伏發電與建筑結合，使建材建筑物自身可以發電，不僅使建筑材料增加新功能，達到建筑美學的需要，還可降低光伏發電的成本。同時還具有調峰和環保的功能。但是迄今為止的太陽能電池由于成本高和不透明性及不易設計性，大大限制了建筑一體化光伏產業的發展。

太陽能與建筑相結合的技術專利有一些相關報道。例如專利：一種高效太陽能建筑一體化外墻，公開號：CN101037877，其主要的技術方案是采用的是太陽能集熱裝置包括金屬集熱板和金屬集熱管。專利：一種太陽能建筑一體化建筑墻板，公開號：CN201033911，其主要的技術方案是提供的是將建筑保溫技術與太陽能利用技術結合構成的新型建筑材料。

以上的專利多為一些建筑一體化太陽能熱水器和建筑保溫技術等相關內容，只是將太陽能轉換為熱能，不能用來發電。

另外有與光伏發電相關報道，例如專利：內置光伏百葉中空玻璃，公開號：CN176627；專利：非晶硅光伏建筑一體化，公開號：CN201043332及專利：光伏發電幕墻，公開號：CN2703068，等等，雖然可利用其進行發電，但是由于硅太陽能電池制備工藝復雜，價格又特別昂貴，并且是把硅電池夾在建筑材料中，既增加了建筑材料的成本也增加了硅電池的成本。同時還存在著建筑一體化裝置透光性差，色彩單一，無法自由設計，不美觀，占地面積大，沉重等缺點，阻礙了太陽能電池光伏建筑一體化的發展。

最近一種新型的染料敏化太陽能電池被發表(自然，353卷，737頁，1991年(Nature，Vol.353，737，1991))。自發表以來由于該太陽能電池理論光電轉換效率高，制備工藝簡單，成本低，因此受到全世界的關注，被認為是能夠取代硅太陽能電池的新一代太陽能電池。利用染料敏化太陽能電池的特點可以期待能夠廣泛地應用于建筑一體化。

發明內容

本發明要解決技術問題是提供一種制備工藝簡單，成本低，又可節省建筑材料和光電材料，利用染料敏化太陽能電池的光電一體化建筑材料。

利用染料敏化太陽能電池的兩個電極都可以是玻璃基板的特點直接在建筑用的鋼化玻璃、半鋼化玻璃上或普通玻璃門窗上，設計制作透明或半透明光電材料及各種顏色、各種圖案的光電建筑材料，從而開發出價格低廉環保型多樣的建筑一體化光電材料，實現在發電的同時節省建筑材料，在美化建筑物的同時降低太陽電池成本及建筑物成本的目的。

本發明的技術方案是：

該光電一體化建筑材料主要是由半導體光陽極、對電極及位于兩電極之間的電解質組成。半導體光陽極主要由光陽極基板、導電膜、半導體薄膜和染料組成。對電極主要由對電極基板、導電膜和對電極上的催化劑層組成。電解質中包括起氧化還原作用的化合物和電解液或熔融鹽及離子液體等擬固態或固體電解液。

將納米晶半導體漿料直接涂敷到建筑用帶有導電性的基板上制作半導體薄膜，之后吸附染料，制成半導體光陽極；對電極的催化劑層由白金或碳等具有對電解質的氧化還原起催化作用的材料組成。將半導體光陽極與對電極組合，然后中間注入電解質并固化粘結，從兩電極引出導線進行并聯、串聯或串并聯相結合拼制成大面積，制成光電建筑材料。

以上所述的光電建筑材料結構上可采用單層或多層；采用多層結構時，所用的光電材料的結構相同或不同；結構不同是指所用的電極材料、電解質、基板材料、電極、染料或建筑材料的不同。

除了以上將染料敏化太陽能電池直接制作在建筑材料上，也可以將制作的光電材料夾在建筑材料中或與建筑材料相結合使用。制作的光電材料可作為建筑物的外采光屋頂或建筑物的玻璃幕墻或直接用于門窗，將太陽能轉換為電能。產生的直流電流經匯集后，經過線路保護，輸入到逆變器，通過軟件控制，調整自身的輸出電壓頻率和相位，經過開關控制輸出，供建筑物內部自身使用，也可進入并網發電系統輸送到公共電網上。