[发明专利]染料敏化太阳能电池模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池模块及其制造方法。更加具体地，本发明涉及染料敏化太阳能电池模块，相比于现有技术，其通过在构造的电池板中增加相对于电池板面积的有效电池面积，例如光电极的面积，来改进电池板的性能和效率，本发明还涉及制造该电池模块的方法。

背景技术

近年来，随着全球变暖逐渐成为一个严重的问题，已经开始出现利用环境友好的能源的技术。其中，最为环境友好的领域是利用新的且可再生的能源的太阳能电池领域。太阳能电池采用硅太阳能电池、薄膜太阳能电池(其使用无机材料，例如CIGS(Cu(InGa)Se₂(铜铟镓硒)和CdTe(碲化镉))、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和无机-有机混合太阳能电池。

在这些类型的太阳能电池中，硅太阳能电池已经被广泛地商业应用于各个领域，例如房屋和工厂，但是对于在例如车辆和机器等产品上的使用而言，它们的价格和安装成本过分昂贵。

另一方面，相比于硅太阳能电池，染料敏化太阳能电池不昂贵，且可以实现半透明设计或其它多种设计。这样的染料敏化太阳能电池不仅可以像硅太阳能电池一样应用到房屋中，也可以应用到光伏建筑一体化(BIPV)电力产生系统中，且可以应用到多个领域，包括电子工业领域，例如家用电器、便携式电子设备和车辆。

这些染料敏化太阳能电池系统通常包括使用光电转化机构而产生电的系统。这个光电转化机构被配置成，从由TiO₂电极吸附的Ru类色素中吸收可见光然后形成光电流。

图1是表明传统的染料敏化太阳能电池模块的横截面视图。如图所示，染料敏化太阳能电池模块1包括工作电极10(其上堆叠有吸附染料的光电极12)、对电极20(其上堆叠有催化电极22)、以及填充在工作电极10与对电极20之间的密闭空间内的电解质30。

示例性的染料敏化太阳能电池模块1包括：光电极12(即，半导体氧化物薄膜)，例如TiO₂电极，能够吸收光的Ru类染料吸附到其上，该光电极12堆叠在工作电极10的透明导电基板11上；催化电极22，使用铂(Pt)形成且堆叠在对电极20的透明导电基板21上；以及I^-/I₃^-类电解质30，填充在由密封剂31密封的工作电极10与对电极20之间的空间中，其中所述工作电极10和对电极20相互结合。

可以在染料敏化太阳能电池模块的内部形成集电极，以通过将染料敏化太阳能电池模块进行实际应用而获取需要的电力，使得可以有效地收集光电流。然后，当通过相同的工序制造模块时，工作电极中集电极和光电极的大小影响染料敏化太阳能电池的整体效率。从而，集电极的结构、形状、和布置影响系统的整体效率。因此在具有大表面面积的应用中，需要能够收集光电流的集电极。

该集电极可以包括由保护膜所环绕的集电极单元，以及连接有集电极单元的集电极底部。也就是说，在一般的具有集电极的染料敏化太阳能电池模块中，在工作电极的情况下，在TiO₂光电极12之间被保护膜环绕的银集电极单元(未示出)以线性形式形成在透明导电基板11上。然后，集电极单元延伸至沿着透明导电基板11外周而堆叠的集电极底部13并且互相一体连接。

同样地，在对电极20中，也形成在催化电极22之间且由保护膜环绕的薄的集电极单元(未示出)，且该集电极单元延伸至沿着透明导电基板21外周而堆叠的集电极底部23并相互一体连接。

如图1所示，集电极底部13和23都暴露于电极10和20中的模块10的外部，当通过使用多个太阳能电池模块1构成太阳能电池板时起到电连接相邻模块的电极部的作用。

同时，在小型家用电子设备的情况下，单个的染料敏化太阳能电池模块足以应对其应用。然而，对于需要大面积的车辆、房屋等的天窗或全景顶部而言，多个染料敏化太阳能电池模块应该相互串联或并联连接，使得它们可以被用于大的区域。其中，因为房屋的窗子有窗框，当染料敏化太阳能电池模块安装在窗内时可以应用框架结构。然而，将与用于房屋的相同的框架结构应用到例如车辆的天窗或全景顶部的结构是不可能的。从而，需要开发出用于固定染料敏化太阳能电池模块的新方法。