[发明专利]一种循环电解液型染料敏化太阳能电池装置

说明书

本发明涉及循环电解液型染料敏化太阳能电池装置，包括导电基底、对电极、纳米多孔半导体薄膜、封装材料和电解液，导电基底上覆盖有经染料敏化剂处理的纳米多孔半导体薄膜，封装材料将纳米多孔半导体薄膜封装在导电基底和对电极之间并形成容置纳米多孔半导体薄膜的空腔，其还包括插入对电极的第一导管和延伸出对电极的第二导管；对电极上纳米多孔半导体薄膜靠近的表面位置处开设有与第一导管连通的第一开口，将来自第一导管的电解液导入所述空腔中与纳米多孔半导体薄膜接触，以及与第二导管连通的第二开口，引导电解液离开空腔；第一导管和第二导管在对电极外部相连通。本发明还提供一种包括这种电池装置的电池板。

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池装置，特别是一种循环电解液型染料敏化太阳能电池装置，其利用循环电解液提高了染料敏化太阳能电池装置的性能。

背景技术

染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，由于其原料丰富、成本低、工艺技术相对简单，因此在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时，所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料还可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。

传统的染料敏化太阳能电池通常为“三明治”型结构，包括两片工作电极(即光阳极和阴极)和中间的电解液，其中光阳极包括导电基底、纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂等几部分，其中导电基底通常为有透明导电膜的玻璃板，纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物，例如，TiO₂、SnO₂、ZnO等，经染料敏化剂处理后覆盖在导电基底上作为染料敏化太阳能电池的负极(即光阳极)，镀有铂的对电极作为染料敏化太阳能电池的正极(即阴极)，通过封装材料将纳米多孔半导体薄膜封装在导电基底和对电极之间并形成容置纳米多孔半导体薄膜的空腔，电解液在该空腔中与纳米多孔半导体薄膜接触。当光阳极受到阳光照射时，染料敏化剂产生电子，进入外电路形成电流，电解液中的氧化还原电对(例如I^-和I₃^-)在光阳极还原染料，在阴极接收电子，这样就实现了电池的功能。在这种结构中，电解液被封闭在阴阳极之间，其中的氧化还原电对通过扩散的方式进出纳米多孔半导体薄膜，这种结构中的氧化还原电对的传质是扩散控制的。众所周知，扩散的驱动力是浓度梯度，氧化还原电对的氧化还原反应必然造成氧化剂(例如I^-)在纳米多孔半导体薄膜中的大量堆积和还原剂(例如I₃^-)的浓度不足，在这种情况下，必然会使电荷重组反应加剧，同时抑制染料再生反应。

目前，一些研究者尝试在电解液中加入叔丁基砒啶(tert-butylpyridine)，或者在纳米多孔半导体薄膜表面形成一层致密的薄膜(例如致密的TiO₂薄膜)，或者通过设计染料的空间结构来抑制电荷重组反应。这些措施能够在一定程度上减轻电荷重组反应，但是并不能从根本上解决电荷重组的问题。

另外，在现有技术中，通常采用的是在对电极上打孔灌注电解液之后再封住孔的技术方案，因此还存在封装困难和易泄露的缺陷。

发明内容

为了从根本上解决传统“三明治”型染料敏化太阳能电池所具有的电荷重组反应速度快、染料再生反应速度慢、封装困难和易泄露的技术问题，本发明提供了一种循环电解液型染料敏化太阳能电池装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种循环电解液型染料敏化太阳能电池装置，包括导电基底、对电极、纳米多孔半导体薄膜、封装材料和电解液，导电基底上覆盖有经染料敏化剂处理的纳米多孔半导体薄膜，封装材料将纳米多孔半导体薄膜封装在导电基底和对电极之间并形成容置纳米多孔半导体薄膜的空腔，其还包括插入对电极的第一导管和延伸出对电极的第二导管；对电极上纳米多孔半导体薄膜靠近的表面位置处开设有与第一导管连通的第一开口，将来自第一导管的电解液导入所述空腔中与纳米多孔半导体薄膜接触，以及与第二导管连通的第二开口，引导电解液离开空腔；第一导管和第二导管在对电极外部相连通。