[发明专利]网格状电极集成的双面高效吸光的染料敏化太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光电利用领域，具体涉及一种太阳电池。

背景技术

近年来，太阳电池技术得到迅速发展，并随着能源紧张而日益倍受重视。已发展的硅太阳电池技术成本过高，到目前为止，人们还无法用高科技的太阳电池来取代常规的化石能源。染料敏化太阳电池由于其简单的制作工艺和极其低廉的成本而成为科学研究的热点。目前染料敏化太阳电池短期内不能产业化的其中一个原因是效率还较低，在薄膜太阳电池中，还无法与发展成熟的非晶硅和CIGS等太阳电池竞争，进一步提高效率是其能否产业化的关键。

传统的染料敏化太阳电池采用以高电阻的半导体氧化物制备的导电玻璃衬底，导电玻璃的面电阻一般可达8-100Ω/cm²/密耳。导电玻璃的面电阻太大，造成收集电子困难，限制其效率提高，使这种电池很难大面积制备，一般在宽度不大于1cm时才不会明显影响其效率。同时，组件的串、并联的设计和性能也受到TCO层电阻的影响，是目前效率还较低的染料敏化太阳电池走向产业化的一个瓶颈。

同时，以平板的导电玻璃为衬底，只能在其上实现制备单层平面光阳极，造成电池吸光面积有限，而平板导电玻璃的单层平面铂电极造成对电解液的催化还原能力有限，因此，不利于提高电池的效率。传统的以导电玻璃为衬底的平面三明治式染料敏化太阳电池的结构和工作原理如图1所示，其包括三层结构：第一层是在透明导电玻璃1(TCO)上镀一层经热处理过的宽带隙多孔纳米晶氧化物薄膜(如TiO₂)，在纳米晶氧化物薄膜的表面再吸附上起电荷分离作用的敏化染料2构成光阳极；第二层是充有具有氧化还原作用(如I^-和I₂)的电解液，第三层是镀有催化剂(如铂、镍、碳)的透明导电玻璃3构成对电极。

双面太阳电池在硅太阳电池上已经实现，且实践证明其对阳光的利用率较单面太阳电池提高30％以上。而柔性非晶硅太阳电池已应用在一些具有美学概念的工艺品或建筑上，并有较好的市场。以导电塑料为衬底制备柔性染料敏化太阳电池目前已有研究，但由于与TiO₂薄膜合为一体的导电塑料无法经受光阳极在450℃的热处理温度，因此其效率非常低而无法实用。

发明内容

本发明的目的是提供一种网格状电极集成的双面高效吸光的染料敏化太阳电池，该太阳电池可实现双面吸光及吸附更多的染料进一步增加光阳极的光吸收，同时可以高效收集电子，解决传统染料敏化太阳电池无法大面积制备的问题，此外还可以应用在一些具有美学概念的工艺品或建筑上。

本发明提供的一种网格状电极集成的双面高效吸光的染料敏化太阳电池由五层结构组成，第一层是封装盖板，第二层是作为光阳极的镀膜金属网，第三层是作为对电极的镀膜金属网或镀膜金属片，第四层是作为光阳极的镀膜金属网，第五层是封装盖板，第一层封装盖板和第五层封装盖板之间予以封装形成密闭空间，第二、三和四层位于该密闭空间内，密闭空间的内部充有具有氧化还原作用的电解液；其中所述的作为光阳极的镀膜金属网是由耐电解液腐蚀的金属网或导电纤维网通过镀膜工艺镀上起电荷分离作用的宽带隙纳米晶半导体氧化物薄膜，在经过热处理后吸附敏化染料而制得；所述的作为对电极的镀膜金属网或镀膜金属片是由耐电解液腐蚀的金属网、导电纤维网或金属片通过镀膜工艺镀上起催化作用的铂、镍或碳薄膜而制得。

上述技术方案中，所述的封装盖板为柔性塑料件或超白玻璃；所述的金属网为钛、镍、金、钨、铂、钽或铌金属网；所述的镀膜工艺为提拉成膜法、丝网印刷或电镀工艺；所述的宽带隙纳米晶半导体氧化物薄膜为宽带隙纳米晶TiO₂或SnO₂半导体薄膜；所述的具有氧化还原作用的电解液为含I^-和I₂的电解液；所述的第一层封装盖板和第五层封装盖板之间采用密封胶予以封装。

本发明染料敏化太阳电池具有两面金属网作为光阳极衬底，通过在高比表面的金属网上镀宽带隙纳米晶半导体氧化物薄膜再吸附上染料作为光阳极，金属网在充当光阳极衬底的同时，也充当高效收集电子的栅指，网状光阳极间的微小空隙可以作为电解液中离子的传输通道；中间为镀膜的金属网或金属片作为催化和电子传输作用的对电极；在丝网光阳极的外面用两面透过率高的超白玻璃作为盖板可以实现双面高效吸光；在丝网光阳极的外面用塑料封装可以实现制备成柔性双面吸光太阳电池。使用时，将导电率好的导线(如铜线等)分别与本发明太阳电池的正、负电极焊接或以导电胶或导电浆料粘接后引出，接入负载，即可在光照下工作。