[发明专利]密封玻璃封装件的方法以及所得到的玻璃封装件

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119要求2010年9月3日提交的美国临时申请序列第61/379,874号以及2010年11月30日提交的欧洲专利申请序列第10306325.1号的优先权，所述申请通过引用全文结合入本文。

背景

本发明涉及含液体的玻璃封装件的密封方法，更具体涉及含热敏液体如敏化染料太阳能电池中有机电解质溶液的玻璃封装件的密封方法，更具体地，涉及通过将玻璃补块激光密封到填孔上对含热敏液体的玻璃封装件进行填孔密封的方法，并涉及密封的液体填充的玻璃封装件，例如敏化染料太阳能电池。

由于常规能源如油和煤的挥发性供给、高成本以及环境问题，近年来对于替代能源的研究、开发和使用不断增加。近年来已经获得越来越多研究和使用的一种替代能源是光伏器件或太阳能电池，它们将太阳光子转化为电能。如今，最广泛使用的太阳能电池是硅基光伏器件。但是硅的高成本以及这些装置的较低效率和电力输出使得它们对于许多应用来说在经济上是不可行的。

光伏器件的一种较新、较廉价的方法是发现的染料太阳能电池技术，该技术在两个电极轴承玻璃板之间使用染料敏化中型氧化物颗粒将太阳光转化为电能。一种类型的染料太阳能电池是有机染料太阳能电池，其含有染料和热敏有机电解质溶液。如图1和2所示，现有有机染料太阳能电池模块设计10通常包含两块玻璃板12和14，每一块玻璃板具有导电薄涂层22、24，间距约为20-30μm。一块玻璃板12在其内表面涂有TiO₂薄层电极层22，其起了阳极电极的作用。另一块玻璃板14在其内表面涂有Pt薄层电极层24，其起了阴极电极的作用。通常在两块玻璃板之间由许多太阳能染料电池构成太阳能平板电池模块，这是本领域众所周知的。收集电极（例如Ag银电极，未示出）延伸到各个电池并从各个电池收集电流。电极层可经受高至450°C的温度，所以可以用低熔融温度的玻璃料30或者其他无机低熔融温度的密封材料的环将两块玻璃板密封在一起。可以将玻璃料30的环图案化/沉积到第一玻璃板12（或者第二玻璃板14）的电极层22上。然后将第二玻璃板14抵靠住第一玻璃板放置，使第二玻璃板上的电极层24与第一玻璃板12上的玻璃料30的环接触。单个电池模块可含有数个串联连接的电池，在该情况下，常用玻璃料环可将模块中所有的电池包围、密封并隔离成组。

然后将整个组件在烘箱中加热至高于玻璃料材料的熔融温度，但是低于450°C，以熔化玻璃料材料。然后使组件冷却，从而使玻璃料硬化并使两块玻璃板12和14接合在一起，在太阳能电池的外围或者两块玻璃板12和14的外围形成气密密封。因为收集器电极（例如Ag电极，未示出）可被有机染料太阳能电池中所含的电解质材料腐蚀，所以每个电池的密封周界将填充有电解质溶液的活性电池区域与Ag电极隔离。沉积的玻璃料30的环具有一定的高度，从而在玻璃料熔融和硬化之后在两块玻璃板之间形成约20-30μm的间隙，从而在两块玻璃板12和14之间产生电池腔40。或者可用聚合密封材料代替无机密封材料，在室温下将两块玻璃板12和14密封在一起。但是，所述聚合密封材料不会形成气密密封，因此相比于用无机材料气密密封的电池，其可用寿命受到负面影响。

每一个染料太阳能电池通常具有至少一个，或者通常两个或更多个穿过玻璃板的填孔42和44。_f在用玻璃料材料将两块玻璃板密封在一起之后，填孔的用途是用染料溶液对两块玻璃板的内表面进行着色，并从电池腔中去除染料溶液。然后，填孔的用途如下：通过一个填孔将电解质溶液插入到电池腔中，从而用电解质溶液填充电池腔44，直至在第二步骤中电池腔完全充满溶液，同时允许空气通过第二填孔离开以防止在电池腔中形成气泡。然后，通常闭合所述填孔并用不会形成气密密封的聚合密封材料46进行密封。

由于电池中所含有机电解质溶液的热敏特性，通常用聚合密封材料来密封填孔。会将电池中所含有机电解质溶液的任意部分加热至高于120°C或者高于约150°C的温度的密封方法无法用于密封填孔而不对有机电解质溶液造成负面影响或者使其劣化。玻璃料和其他无机密封材料的熔点通常至少为450°C或者更高。因此难以用气密无机密封材料如玻璃料来密封填孔而不损坏电池中所含的有机染料材料。因此，聚合密封材料通常用于密封填孔，所以能在低于150°C的近似室温下密封填孔，而不在密封过程中损坏电池中所含的有机电解质溶液。但是，此类聚合密封不是气密性的，这限制了太阳能电池的使用寿命。因此本领域需要一种对有机染料太阳能电池中的填孔进行气密密封的低成本方法。