[發明專利]一種染料敏化太陽能電池

無效

• 申請號: 201010241512.9
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN102347147A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 鄒德春;傅永平;呂志彬;簡蓉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/048;H01G9/08;H01G9/26;H01M14/00;H01L51/42
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 李稚婷

技術領域

本發明屬于染料敏化太陽能電池技術領域，特別涉及一種適用于液態電解質體系的套管狀染料敏化太陽能電池。

背景技術

染料敏化太陽能電池主要由工作電極、電解質層和對電極構成，其中電解質層可以是固體，也可以是液體。工作電極包括導電基底、半導體多孔膜和敏化染料。由于傳統太陽能電池的材料與加工技術的限制，工作電極的導電基底通常是平板結構，工作電極、電解質、對電極形成平板三明治結構。這種結構最大的問題就是電解質的灌裝和電池的封裝問題以及由此帶來的電池由于電解質的泄露揮發引發的電池不穩定性問題。此外，由于平板形態電池結構和工藝的限制，現在的平板式傳統光伏電池的制造成本中，透明導電基板等占的比例還相當高，導致單位發電量的成本還居高不下，難以達到民用級商品的成本水平，限制了染料敏化太陽能電池的大規模應用。

為了便于灌裝電解質和方便電池封裝，也有的染料敏化太陽能電池結構設計成了套管狀。但是，現有的套管狀結構一種是需要在管的內壁鍍上透明對電極，但由此也帶來制造工藝復雜、成本很高等新問題。另一種是基于傳統平板電池的思維，將對電極絲在管內與工作電極平行并保持一定距離，認為這可以保證電池不短路，但是該結構使得產生的電荷不能高效率地傳到對電極上，或是由于對電極與工作電極之間的距離不穩定，造成電池的輸出不穩定，同時也因為電池結構不對稱，電池性能容易受光照角度影響。

同時，在固態電池方面，本發明的發明者們曾創新性地發明了一種以導電絲狀基底、敏化半導體薄膜、電荷傳輸層、對電極為基本結構單元的太陽能電池，其中敏化半導體薄膜層包覆在導電絲狀基底外表，電荷傳輸層覆在敏化半導體薄膜層外表構成工作電極，對電極纏繞在電荷傳輸層外表構成一個電池單元(專利號：ZL?200610114454.7)。在該結構中，敏化半導體薄膜層與對電極之間間隔有一層電荷傳輸層。而且，在該種結構中，很難使用電荷傳輸性能優良的液態電解質。因為液態電解質易于流動，蒸發和被空氣氧化或污染，影響電池的效率及其穩定性。

發明內容

針對上述幾種現有結構的太陽能電池所存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種非平板式的，不用透明導電基板，易于灌裝和更換電解液，易于封裝，特別是結構高度對稱、穩定、高效，廉價的，尤其適用于液態電解質體系的染料敏化太陽能電池。

本發明的上述目的是通過如下的技術方案予以實現的：一種染料敏化太陽能電池，其包括工作電極、對電極、電解質和透明套管，工作電極又包括導電絲狀基底和包覆于導電絲狀基底外的敏化半導體薄膜；對電極與工作電極形成纏繞結構，構成電池主體；電池主體置于透明套管內，電解質充滿在透明套管及電池主體之間；導電絲狀基底和對電極分別由透明套管的端部引出。

上述導電絲狀基底可以為實心結構或空心結構，其切面形狀可以是圓形的，也可以是其它形狀，比如長方形、橢圓形等。導電絲狀基底可以采用金屬絲或非金屬導電絲線，例如碳纖維、導電高分子纖維、無機導電化合物纖維以及有機/無機導電復合纖維等；還可以是在導電性材料或非導電性材料制成的絲狀芯外層包裹導電性材料皮；也可以包括一芯和若干層皮，芯和內層的皮為導電性材料或非導電性材料，皮逐層包裹在芯的外側，最外層的皮為導電性材料。所述導電性材料為有機導電材料或無機導電材料或有機/無機復合導電材料。

上述敏化半導體薄膜為由吸附有敏化染料分子的多孔半導體薄膜，敏化半導體薄膜包覆在導電性絲狀基底外表面構成工作電極。敏化半導體薄膜的厚度為1微米-100微米。

根據電池設計需要，在導電絲狀基底上可增加涂敷一層致密半導體或絕緣體材料層，厚度可為0.1-0.5微米，然后再包覆敏化半導體薄膜。

上述對電極也可以是實心結構或空心結構。同導電絲狀基底，對電極可以是金屬絲或非金屬導電絲，如以碳纖維或以碳纖維為主要成分的復合導電絲線。對電極可以是在導電性材料或非導電性材料制成的絲狀芯外層包裹導電性材料皮；也可以包括一芯和若干層皮，芯和內層的皮為導電性材料或非導電性材料，皮逐層包裹在芯的外側，最外層的皮為導電性材料。所述導電性材料為有機導電材料或無機導電材料或有機/無機復合導電材料。

工作電極及對電極表面均可增加涂敷一層催化層，其厚度可以在1nm至1000nm之間，催化層可以是連續的，也可以是非連續的，催化層的典型材料是金屬鉑。