[发明专利]一种染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于绿色可再生能源技术领域，涉及一种独立平行太阳能电池。

背景技术

进入二十一世纪，随着地球温暖化及大气污染问题日趋严重，开发和利用可再生绿色能源已成为人类社会所面临的重大课题。太阳能是我们取之不尽、用之不竭的洁净能源，用太阳能发电直接把光能转换为电能是利用太阳能的重要方式。目前传统硅太阳电池虽已进入实用化阶段，但还存在着制造成本高、生产工艺复杂和高纯度硅原料缺乏及在生产过程中会造成环境污染和消耗能源等问题。1991年瑞士联邦工学院的等人在文献(O’Regan B，M.Nature，1991，353(6346)：737-740.)中报道了一种利用自然界光合成原理的新型染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSC)。目前实验室制作的小面积DSC(＜0.2cm²)已达到了12％的光电转换效率，小面积DSC的研究水平已经接近非晶硅太阳电池的研究水平。目前世界上各国正在积极开展大面积染料敏化太阳能电池的研究工作。

传统的大面积染料敏化太阳能电池通常设计和制作成串联和并联两种方式，其中串联DSC又分为W型和Z型。W型DSC在光照面存在正反向两种单元，即光阳极在上为正向单元，对电极在上为反向单元。W型DSC缺点是光入射面存在正反向单元，导致每条电池的电流密度不一致，使整块电池的均匀性受到影响，会降低整体电池的电流和电压。和W型相比，Z型电池DSC组件，在光入射面都由正向单元组成。Z型DSC虽然能够得到较高电压，但存在着内阻大、活性面积小、制作工艺复杂等缺点。并且串联电池内部单元串联后电子由一条栅电极引出，如有一条制作不均匀，将会影响整体组件的性能。并联DSC虽然有结构简单及制作工艺简单的特点，但内部并联DSC的总电压却很小。综上所述，传统的大面积DSC中并联DSC只能得到较高电流，而串联DSC只能得到较高电压，并且二者都是如有一条制作不均匀，会大幅度降低整体电池的性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种独立平行大面积染料敏化太阳能电池。为达到上述目的，本发明的技术方案是设计制作了一种独立平行染料敏化太阳能电池。这种独立平行染料敏化太阳能电池在光入射面都由正向独立单元电池所组成。该太阳能电池是由若干个独立单元电池所组成，每个独立的单元电池包括光阳极、对电极和电解质。该染料敏化太阳能电池的光阳极和对电极上都分布着金属栅电极和绝缘刻蚀线，并且金属栅电极和绝缘刻蚀线紧密相邻平行分布。这种独立平行染料敏化太阳能电池的光电转换效率不会因单条制作不均匀而受到显著影响，并且可以根据不同需要进行任意串并联组合并能得到较高的光电转换效率，可进一步形成对接插板式大型太阳能电池组件。这一结构不但能够得到较高电压而且还能得到较高电流，并且内阻小、制作工艺简单。利用该发明技术提高了整体太阳能电池的出力和光电转换效率。

本发明的具体技术方案如下：

该太阳能电池是由若干个独立单元电池所组成，每个独立的单元电池包括光阳极、对电极和电解质；每个独立的单元电池的光阳极和对电极上都分布着金属栅电极和绝缘刻蚀线，并且金属栅电极和绝缘刻蚀线紧密相邻平行分布；所述的光阳极由基板、导电膜、半导体薄膜、金属栅电极和绝缘线构成。

所述的对电极是由导电基底、催化剂层、金属栅电极和绝缘刻蚀线构成。

所述的绝缘刻蚀线用激光或等离子或感光胶刻蚀或用物理或化学方法刻蚀，刻蚀线的宽度为0.001-10mm。

所述的金属栅电极是由低导电率的金属组成，低导电率的金属是铜、铝、金、银、铁、镍、钛、铂或锡中的一种或二种以上金属构成的合金，栅电极的宽度为0.001-10mm。

绝缘刻蚀线和金属栅电极紧密相邻分布，二者之间的距离为0.01-1000μm；

所述的基板材料为玻璃基板、金属基板或高分子基板。

所述导电膜的导电材料为氧化锡、氧化铟、氧化铟锡、氧化锑锡、石墨、碳纳米管、氟掺杂氧化铟锡或氟掺杂氧化锑锡。

所述的半导体薄膜、催化剂层和金属栅电极通过印刷法、喷涂法或刮涂法制备。其半导体薄膜和催化剂层不能覆盖绝缘刻蚀线和金属栅电极。然后在半导体薄膜上浸泡染料。

所述的电解质中包含起氧化还原的物质和电解液；电解液为有机溶剂、离子性液体、熔融性盐、半熔融性盐或水。

采用高分子膜、固化胶、玻璃粉、陶瓷等来保护金属栅电极和绝缘区域并密封两电极。

本发明的优势在于：

(1)这种独立平行染料敏化太阳能电池的光电转换效率不会因单条制作不均匀而受到显著影响。