专利名称：染料敏化太阳能电池及其电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池及其电池组，尤指一种可层叠式染料敏化太阳能电池及其电池组。
背景技术：
太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的装置。20世纪70年代，由美国贝尔实验室首先研制出的硅太阳能电池逐步发展起来。这种硅太阳能电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。虽然硅太阳能电池的光电转化效率高，但其制作工艺复杂、价格昂贵、对材料要求苛刻，因而限制其广泛应用。二十世纪九十年代应用纳米晶体开发的染料敏化太阳能电池，可望取代传统的硅太阳能电池，并由此成为该领域的研究热点。
染料敏化太阳能电池采用形成于导电基片的宽禁带半导体的纳米薄膜，在其表面吸附一光敏染料，由此形成其工作电极。染料敏化太阳能电池的工作原理是当染料分子吸收太阳光时，其电子跃迁至激发态并迅速转移至半导体，而空穴则留在染料中。电子随后扩散至导电基片，经外电路转移至对电极。而氧化态的染料被电解质还原，被氧化的电解质在对电极接受电子还原成基态。从而完成电子的整个传输过程。
请参见图1，2002年5月22日公开、申请号为01140225.3的中国专利揭露一种涉及染料敏化太阳能电池材料领域的纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法。该纳米晶膜太阳能电池电极30于透明导电基片31形成宽禁带半导体纳米晶膜32，于该纳米晶膜32的表面形成一金属离子吸附层33，再在金属离子吸附层33上吸附光敏化剂34。通过金属离子的表面修饰，该纳米晶膜电极在纳米晶表面形成一个势垒，该势垒可以降低电荷复合，从而提高太阳能电池的光电转化效率。
实际应用中，由于单一染料敏化太阳能电池所输出的电力有限，为提高其发电量，将许多染料敏化太阳能电池经串并联组合封装程序后，做成模板，成为太阳能电池模板(Solar Module)。
但是，应用上述电极为工作电极的染料敏化太阳能电池在其使用时，必须以分布有纳米晶膜材料的透明导电基片为正面受光面，由光源直接照射才能产生电能。当光源由图中箭头所指的电池侧面照射时，该染料敏化太阳能电池便无法进行光电转换。因而，当其作为电池单元组成电池组使用时，各电池单元无法层叠起来使用。所以，实际使用时需大面积展开，为具体实施带来不便，由此限制其使用范围。
有鉴于此，提供一种可层叠使用的染料敏化太阳能电池及其电池组实为必要。
发明内容为解决现有的染料敏化电池及其电池组无法层叠使用的问题，本发明的第一目的在于提供一种可层叠使用的染料敏化太阳能电池。
本发明的第二目的在于提供一种可层叠使用的染料敏化太阳能电池组。
为实现第一目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池，包括一第一电极，包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片、载有染料分子的薄膜；一第二电极；一位于第一及第二电极之间的电解液。其中，该染料敏化太阳能电池进一步包括一具金属导光层的光导向装置，该光导向装置靠近所述的第一电极，以使得该染料敏化太阳能电池工作时，至少部分光线通过所述的光导向装置转向后进入所述的第一电极。
为实现第二目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池组，包括若干染料敏化太阳能电池单元，每一电池单元包括一第一电极、一第二电极及一位于第一及第二电极之间的电解液，其中该第一电极包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片并载有染料分子的薄膜。其中，每相邻两电池单元中一电池单元的第一电极与另一电池单元的第二电极形成电连接；每一电池单元进一步包括一具金属导光层并靠近其第一电极的光导向装置，以使得该染料敏化太阳能电池组工作时，至少部分光线分别通过各光导向装置转向后进入相应电池单元的第一电极。
为实现第二目的，本发明提供另一种染料敏化太阳能电池组，包括若干染料敏化太阳能电池单元，每一电池单元包括一第一电极、一第二电极及一位于第一及第二电极之间的电解液，其中该第一电极包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片并载有染料分子的薄膜。其中，每相邻两电池单元中一电池单元的第一电极与另一电池单元的第二电极形成电连接；每一电池单元进一步包括一具金属导光层并靠近其第二电极的光导向装置，以使得该染料敏化太阳能电池组工作时，在每相邻两电池中，至少部分光线通过一电池的光导向装置转向后进入另一电池的第一电极。
相对于现有技术，本发明在染料敏化太阳能电池及染料敏化太阳能电池组的各电池单元中加入光导向装置，使得在光源由其侧面照射条件下，使光线通过该光导向装置转向后进入电池，从而该种电池及电池组能进行正常的光电转换。由此该种染料敏化太阳能电池可层叠起来组成染料敏化太阳能电池组，为具体实施带来便利，使用范围更为广泛。
图1为现有的染料敏化太阳能电池的示意图；图2为本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池的示意图；图3为本发明以图2的染料敏化太阳能电池为电池单元组成的电池组的示意图；图4为本发明第二实施例的染料敏化太阳能电池的示意图；图5为本发明以图4的染料敏化太阳能电池为电池单元组成的电池组的示意图。
具体实施方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图2，本发明的第一实施例的染料敏化太阳能电池6，其包括一第一电极62，一第二电极66，一位于第一及第二电极62，66之间的电解液64以及一形成于该第一电极62的金属导光层68。其中，使用该染料敏化太阳能电池6时，部分由其侧面入射的光线通过该金属导光层68转向后进入该第一电极62。
其中，第一电极62包括一透明导电基片621及一形成于其上的薄膜623。透明导电基片621可为氟掺杂的二氧化锡导电玻璃。薄膜623由粒度为1-50纳米的宽禁带半导体氧化物材料制成，如二氧化钛、氧化锌等。其可通过涂敷方式形成于该透明导电基片621，厚度可为1-50微米。薄膜623形成有一用作光敏化剂的染料层625。本实施例采用顺式-二硫氰酸根-二(4，4’-二羧酸-2，2’-联吡啶)合钌cis-dithiocyanato bis(4，4’-dicarboxy-2，2’-bipyridine)ruthenium(简称为N3染料)，将其配制成一定浓度的溶液或凝胶，通过浸泡的方式使其吸附于薄膜623上，由此形成染料层625。值得注意的是，透明导电基片621、薄膜623及染料层625还可分别选用其它材料组成，不应以本实施例加以限缩。
第二电极66通常包括一导电基片661及一形成于其上的金属层663。导电基片661通常为导电玻璃。金属层663应由金、铂等惰性金属组成，可通过镀膜的方式形成于导电基片661与第一电极62相对的一侧表面。金属层663最好有一光滑表面，用以产生镜面反射，以提高光线的利用率。当然，第二电极66还可直接为一由金、铂等惰性金属组成的金属电极。该金属电极与第一电极62相对的表面最好也具有高平整度。
电解液64位于第一电极62及第二电极66之间，可以是一种薄层氧化还原电解质溶液，选用碘/碘化锂电解质。电解液64也可为固态，即染料敏化太阳能电池6可为固体电池，不必限于本实施例。
在本实施例中，染料敏化太阳能电池6进一步包括一金属导光层68，其形成于与薄膜623相对的第一电极62的另一侧表面。金属导光层68具有导光的光学设计，主要用于使入射到该金属导光层68的光线改变方向后射出。例如，与第一电极相邻的金属导光层68表面(图未标)为一光滑、平整的表面时，由光源发出的部分光线通过第一电极62的透明导电基片621后到达该金属导光层68，并在该光滑表面发生镜面反射，从而改变方向重新进入第一电极62并到达染料层625。
另外，还可以在与第一电极相邻的金属导光层68表面设置若干凸点或凹陷，该凸点或凹陷的大小、数量、分布位置及疏密程度可根据实际需要加以设计。当光线到达金属导光层68具有凸点或凹陷的表面时，会在此发生漫反射，从而改变方向进入第一电极62并到达染料层625。
当然，金属导光层68还可有其它形式的导光设计。它与第一电极62之间可有其它透明材料层，如用于增加入射光量或聚光的光学组件。也就是说，为达到使入射光线转向进入第一电极62的目的，该金属导光层68可与其它相关辅助组件组成一光导向装置而共同起作用。该金属导光层68可由金属或合金制成。
请参阅图3，该图为以两个本发明的第一实施例的染料敏化太阳能电池6为电池单元601，602所组成的电池组600。其中，电池单元601的第二电极6016与电池单元602的第一电极6022形成电连接。电池单元602的金属导光层6028与电池单元601的第二电极6016相邻。该染料敏化太阳能电池组600工作时，光线可分别通过电池单元601，602的金属导光层6018，6028转向后进入其第一电极6012，6022。
可以替代的是，相邻两电池单元601，602中，电池单元602的金属导光层6028亦可直接形成于电池单元601的第二电极6016靠近电池单元602的一侧表面6017。
请一并参阅图4及图5，其分别为本发明的第二实施例的染料敏化太阳能电池7及其组成的电池组700。与第一实施例的染料敏化太阳能电池6相比，染料敏化太阳能电池7的结构、材料可基本与其一致。两者的主要不同在于，金属导光层78形成于第二电极76。当第二电极76为金属电极时，该金属导光层78亦可直接为第二电极76的一侧表面。
请参阅图4，仅使用单一染料敏化太阳能电池7时，与传统的太阳能电池相似，由其第一电极72的透明导电基片作为受光面，直接接受光源照射。
请参阅图5，当染料敏化电池7为电池单元701，702组成的电池组700工作时，其受光面无需直接接受光源照射，各电池单元可层叠起来，光源可由电池组700侧面照射，光线通过一电池单元的金属导光层转向后进入其相邻电池单元的第一电极。
另外，本领域所属技术人员应该明白，为防止光线散失，提高光利用率，还可相应地增加相关设计，如在第一电极的透明导电基片远离光源的底面设计一反射面，在第一电极的透明导电基片与薄膜之间增加一光扩散层。本发明的染料敏化太阳能电池还可包括若干电流导引装置，使其与外电路相连。该电池的具体形状、结构、材料以及组成电池组的电池单元的数量还可有其它变化，不应以所述的具体实施例为限。
本发明在染料敏化太阳能电池及染料敏化太阳能电池组的各电池单元中加入光导向装置，使得在光源由其侧面照射条件下，使光线通过该光导向装置转向后进入电池，从而该种电池及电池组能进行正常的光电转换。由此该种染料敏化太阳能电池可层叠起来组成染料敏化太阳能电池组，为具体实施带来便利，使用范围更为广泛。
权利要求
1.一种染料敏化太阳能电池，包括一第一电极，包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片、载有染料分子的薄膜；一第二电极；一位于第一及第二电极之间的电解液；其特征在于，该染料敏化太阳能电池进一步包括一具有金属导光层的光导向装置，该光导向装置靠近所述的第一电极，以使得该染料敏化太阳能电池工作时，至少部分光线通过所述的光导向装置转向后进入所述的第一电极。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述的金属导光层包括一光滑表面。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述的金属导光层包括一设置有若干凸起或凹陷的表面。
4.一种染料敏化太阳能电池组，其包括若干染料敏化太阳能电池单元，每一电池单元包括一第一电极、一第二电极及一位于第一及第二电极之间的电解液，其中，该第一电极包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片并载有染料分子的薄膜；每相邻两电池单元中一电池单元的第一电极与另一电池单元的第二电极形成电连接；其特征在于每一电池单元进一步包括一具金属导光层并靠近其第一电极的光导向装置，以使得该染料敏化太阳能电池组工作时，至少部分光线分别通过各光导向装置转向后进入相应电池单元的第一电极。
5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池组，其特征在于，所述的染料敏化太阳能电池单元进一步包括一位于所述光导向装置及所述第一电极之间的透明材料层。
6.如权利要求第4项所述的染料敏化太阳能电池组，其特征在于，在每相邻两电池中，一电池的光导向装置形成于另一电池的第二电极。
7.如权利要求第4项所述的染料敏化太阳能电池组，其特征在于，所述金属导光层包括一光滑表面。
8.如权利要求第4项所述的染料敏化太阳能电池组，其特征在于，所述金属导光层包括一设置有若干凸起或凹陷的表面。
9.一种染料敏化太阳能电池组，包括若干染料敏化太阳能电池单元，每一电池单元包括一第一电极、一第二电极及一位于第一及第二电极之间的电解液，其中该第一电极包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片并载有染料分子的薄膜；每相邻两电池单元中一电池单元的第一电极与另一电池单元的第二电极形成电连接；其特征在于每一电池单元进一步包括一具金属导光层并靠近其第二电极的光导向装置，以使得该染料敏化太阳能电池组工作时，在每相邻两电池中，至少部分光线通过一电池的光导向装置转向后进入另一电池的第一电极。
10.如权利要求第9项所述的染料敏化太阳能电池组，其特征在于，所述金属导光层为一光滑表面。
11.如权利要求第9项所述的染料敏化太阳能电池组，其特征在于，所述金属导光层为一设置有若干凸起或凹陷的表面。
全文摘要
一种染料敏化太阳能电池包括一第一电极，其包括一透明导电基片及一形成于该透明导电基片、载有染料分子的薄膜；一第二电极；及一位于第一及第二电极之间的电解液；其中，该染料敏化太阳能电池进一步包括一具金属导光层的光导向装置，该光导向装置靠近所述的第一电极，以使得该染料敏化太阳能电池工作时，至少部分光线通过所述的光导向装置转向后进入所述的第一电极。本发明还提供一种以上述染料敏化太阳能电池为电池单元组成的电池组。本发明在染料敏化太阳能电池及其电池组加入光导向装置，解决现有的染料敏化太阳能电池无法层叠使用的问题。
文档编号H01M14/00GK1612361SQ20031011203
公开日2005年5月4日 申请日期2003年11月1日 优先权日2003年11月1日
发明者黄文正, 黄全德 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司