[實用新型]一種用于光伏太陽能建筑一體化的光伏電池裝置

有效

• 申請號: 201220512283.4
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN202949381U
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 王鳴魁;白杰;李志鴻;徐曉寶;魯建峰;曹昆;崔金
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;E04D13/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本實用新型屬于可再生能源和建筑材料領域，更具體地，涉及一種可有效結合染料敏化太陽能電池和晶體硅太陽能/薄膜太陽能電池晶體硅太陽能電池各自的特點，并尤其適用于光伏太陽能建筑一體化的光伏電池裝置。

背景技術

光伏太陽能建筑一體化（BIPV）技術是目前將太陽能運用在建筑上的最有效方式之一，即光伏電池不再僅作為建筑結構上的附加品，而是安裝在例如屋頂、幕墻、門窗玻璃、墻壁等外圍護結構上并與之相結合，由此在作為建筑材料和裝飾材料的同時，還能夠有效吸收太陽能并轉化為電能，從而保證建筑自身用電及向電網供電以緩解高峰電力需求。數據表明，目前中國有480億平方米建筑面積，如果對其中的10%采用BIPV系統，將構成500GW的太陽能專屬市場，這將極大促進薄膜太陽能技術的發展要求，同時使得薄膜玻璃幕墻等產品在國內邁向更廣闊的實質性應用。

在現有的BIPV技術中，目前使用最多的將非晶體硅太陽能電池作為光伏太陽能建筑一體化材料，例如，CN201043332Y中公開了一種非晶硅光伏建筑一體化產品，其中采用非晶硅半導體材料做成非晶硅太陽能電池片，將此電池片與玻璃粘貼合，由此構成內層為白色透明玻璃、中層為非晶硅太陽能電池片、外層為玻璃并且內外兩層和中層之間用鑄膜樹脂熱固粘接而成的非晶硅光電板。然而，非晶硅太陽能電池作為BIPV材料必然存在電池透光率低、顏色單調等缺點；此外，非晶硅太陽能電池的生產制造成本高、工藝復雜，這些因素都阻礙了該技術在光伏太陽能建筑一體化中的應用和發展。

染料敏化電池（其中最具代表性的例如電池）是通過模擬自然界光合作用原理而研制出來的新型太陽能電池，其主要優點在于原料豐富、成本低、加工制造工藝相對簡單。染料敏化太陽能電池顯著特點是透明性和顏色可調，可將從各個角度入射的可見光轉化為電能，因此適用于各種不同光照條件的應用場合。CN101509306A中公開了一種基于染料敏化太陽能電池的光電一體化建筑，其中將納米晶半導體漿料直接涂覆到建筑用的帶有導電基板上制作半導體薄膜，之后吸附染料，制成半導體光陽極；然后粘接對電極，注入電解液并固化粘接由此制得產品。然而，該產品未能充分利用染料敏化太陽能電池的特點，產品整體光電轉化效率有限，限制了其作為光電一體化建筑材料的應用。

實用新型內容

針對現有技術的缺陷和技術需求，本實用新型的目的在于提供一種用于光伏太陽能建筑一體化的光伏電池裝置，其將染料敏化太陽能電池與晶體硅太陽能/薄膜太陽能電池結合起來并充分利用它們各自的特點，相應可獲得色彩圖案豐富、光透過率可調，光電轉換效率更高的光伏電池裝置，尤其適用于光伏太陽能建筑一體化的用途。

本實用新型提供了一種用于光伏太陽能建筑一體化的光伏電池裝置，其特征在于，該光伏電池裝置由染料敏化太陽能電池與晶體硅太陽能電池或者薄膜太陽能電池通過串聯、并聯或串并聯相結合的方式拼接而成，并形成為可安裝至建筑的層狀結構。

作為進一步優選地，所述染料敏化太陽能電池為單層或疊層結構，并包括半導體工作電極、對電極和填充在這兩個電極之間的電解質，其中所述半導體工作電極由導電基底、涂覆在該導電基板上的半導體納米晶膜層、以及吸附在所述半導體納米晶膜層表面上的光敏染料共同構成；所述對電極對于單層結構的染料敏化太陽能電池而言，其由導電基底和設置在該導電基底上的催化劑層構成，對于疊層結構的染料敏化太陽能電池而言，其由與所用工作電極的半導體類型相反的半導體材料與導電基底相疊合并吸附染料而構成；所述電解質中包含有起空穴傳輸作用的氧化還原電對。

作為進一步優選地，所述染料敏化太陽能電池中的導電基底為透明氧化物導電玻璃或透明導電聚合物。

作為進一步優選地，所述染料敏化太陽能電池中的半導體納米晶膜層由二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鈮或者氧化鎳構成；催化劑層由鉑、碳、或者導電聚合物構成。

作為進一步優選地，所述染料敏化太陽能電池中的光敏染料為全有機染料、卟啉染料或者金屬釕配合物染料。

作為進一步優選地，所述染料敏化太陽能電池中的電解質呈固態、液態或者準固態。

作為進一步優選地，所述晶體硅太陽能電池包括通過p-n結彼此相連的p型基體層和n型擴散層、以及分別設置在p型基體層和n型擴散層上用于引出所產生電能的上下電極。

作為進一步優選地，所述光伏電池裝置安裝在建筑的外圍護結構上，所述外圍護結構包括玻璃幕墻、采光屋頂、門窗玻璃或者墻壁。