[发明专利]一种染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，特别涉及一种适用于液态电解质体系的套管状染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池主要由工作电极、电解质层和对电极构成，其中电解质层可以是固体，也可以是液体。工作电极包括导电基底、半导体多孔膜和敏化染料。由于传统太阳能电池的材料与加工技术的限制，工作电极的导电基底通常是平板结构，工作电极、电解质、对电极形成平板三明治结构。这种结构最大的问题就是电解质的灌装和电池的封装问题以及由此带来的电池由于电解质的泄露挥发引发的电池不稳定性问题。此外，由于平板形态电池结构和工艺的限制，现在的平板式传统光伏电池的制造成本中，透明导电基板等占的比例还相当高，导致单位发电量的成本还居高不下，难以达到民用级商品的成本水平，限制了染料敏化太阳能电池的大规模应用。

为了便于灌装电解质和方便电池封装，也有的染料敏化太阳能电池结构设计成了套管状。但是，现有的套管状结构一种是需要在管的内壁镀上透明对电极，但由此也带来制造工艺复杂、成本很高等新问题。另一种是基于传统平板电池的思维，将对电极丝在管内与工作电极平行并保持一定距离，认为这可以保证电池不短路，但是该结构使得产生的电荷不能高效率地传到对电极上，或是由于对电极与工作电极之间的距离不稳定，造成电池的输出不稳定，同时也因为电池结构不对称，电池性能容易受光照角度影响。

同时，在固态电池方面，本发明的发明者们曾创新性地发明了一种以导电丝状基底、敏化半导体薄膜、电荷传输层、对电极为基本结构单元的太阳能电池，其中敏化半导体薄膜层包覆在导电丝状基底外表，电荷传输层覆在敏化半导体薄膜层外表构成工作电极，对电极缠绕在电荷传输层外表构成一个电池单元(专利号：ZL 200610114454.7)。在该结构中，敏化半导体薄膜层与对电极之间间隔有一层电荷传输层。而且，在该种结构中，很难使用电荷传输性能优良的液态电解质。因为液态电解质易于流动，蒸发和被空气氧化或污染，影响电池的效率及其稳定性。

发明内容

针对上述几种现有结构的太阳能电池所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种非平板式的，不用透明导电基板，易于灌装和更换电解液，易于封装，特别是结构高度对称、稳定、高效，廉价的，尤其适用于液态电解质体系的染料敏化太阳能电池。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：一种染料敏化太阳能电池，其包括工作电极、对电极、电解质和透明套管，工作电极又包括导电丝状基底和包覆于导电丝状基底外的敏化半导体薄膜；对电极与工作电极形成缠绕结构，构成电池主体；电池主体置于透明套管内，电解质充满在透明套管及电池主体之间；导电丝状基底和对电极分别由透明套管的端部引出。

上述导电丝状基底可以为实心结构或空心结构，其切面形状可以是圆形的，也可以是其它形状，比如长方形、椭圆形等。导电丝状基底可以采用金属丝或非金属导电丝线，例如碳纤维、导电高分子纤维、无机导电化合物纤维以及有机/无机导电复合纤维等；还可以是在导电性材料或非导电性材料制成的丝状芯外层包裹导电性材料皮；也可以包括一芯和若干层皮，芯和内层的皮为导电性材料或非导电性材料，皮逐层包裹在芯的外侧，最外层的皮为导电性材料。所述导电性材料为有机导电材料或无机导电材料或有机/无机复合导电材料。

上述敏化半导体薄膜为由吸附有敏化染料分子的多孔半导体薄膜，敏化半导体薄膜包覆在导电性丝状基底外表面构成工作电极。敏化半导体薄膜的厚度为1微米-100微米。

根据电池设计需要，在导电丝状基底上可增加涂敷一层致密半导体或绝缘体材料层，厚度可为0.1-0.5微米，然后再包覆敏化半导体薄膜。

上述对电极也可以是实心结构或空心结构。同导电丝状基底，对电极可以是金属丝或非金属导电丝，如以碳纤维或以碳纤维为主要成分的复合导电丝线。对电极可以是在导电性材料或非导电性材料制成的丝状芯外层包裹导电性材料皮；也可以包括一芯和若干层皮，芯和内层的皮为导电性材料或非导电性材料，皮逐层包裹在芯的外侧，最外层的皮为导电性材料。所述导电性材料为有机导电材料或无机导电材料或有机/无机复合导电材料。

工作电极及对电极表面均可增加涂敷一层催化层，其厚度可以在1nm至1000nm之间，催化层可以是连续的，也可以是非连续的，催化层的典型材料是金属铂。