專利名稱：染料敏化太陽能電池模塊及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)，具體地說，本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池模 塊及其制備方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池是一種生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉、環(huán)境友好的太陽能電池。染 料敏化太陽能電池一般由下至上包括下基板、下導(dǎo)電層、下電極、電解質(zhì)、上電極、上導(dǎo)電 層和上基板；上電極用吸附了染料的納米半導(dǎo)體多孔薄膜制成，上導(dǎo)電層和上基板和使用 透明材料制成。目前小面積的染料敏化太陽能電池的效率已經(jīng)能達(dá)到11%以上，同時，由于 其制作工藝相對簡單，其成本要遠(yuǎn)低于硅系太陽能電池。但由于其封裝技術(shù)和模塊化技術(shù) 仍然存在一些問題，阻礙了這種電池的廣泛應(yīng)用。在電池模塊化方面，首先要解決的是電池 串并聯(lián)的問題。在電池并聯(lián)方面，由于目前的透明導(dǎo)電基板通常沒有很高的電導(dǎo)率，要實(shí)現(xiàn) 大面積的并聯(lián)常用的方法是在導(dǎo)電基板上鋪設(shè)金屬網(wǎng)格以提高電導(dǎo)率，如中國專利 ZL200410014456.X公開了該種結(jié)構(gòu)的內(nèi)部并聯(lián)大面積電池的制備方法。但單一的并聯(lián)會帶 來一些問題，很重要的一點(diǎn)就是造成過大的電流，一塊lOcmX 10cm的電池若完全采用并聯(lián) 其電流就會超過1A，這對于金屬網(wǎng)格的寬度提出了更高的要求，也帶來更多的熱損耗。因而 必須引入串聯(lián)結(jié)構(gòu)。在串聯(lián)方面，一種思路是分別制造獨(dú)立的電池模塊，再在外部利用導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)串聯(lián)， 但這種方式浪費(fèi)了大量的面積；第二種思路是在同一電池模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)。其中第二種思 路主要有Z型接觸和W型接觸兩種方案。Z型接觸中，在同一電池模塊內(nèi)的電池單元的上電 極均為光陽極，下電極均為對電極，一個電池單元的對電極與相鄰電池單元的光陽極通過 導(dǎo)電材料連接形成串聯(lián)，這種方案需要在導(dǎo)電材料兩側(cè)添加保護(hù)層以避免短路(Z型接觸 可參考中國專利ZL200410014455. 5)。Z型接觸工藝復(fù)雜，要在內(nèi)部通過導(dǎo)電材料和高分子 粘結(jié)材料的混合物連通兩塊基板，這對于加工過程的精度控制要求高。當(dāng)導(dǎo)電材料的厚度 和封裝材料的厚度不能精確匹配時，會造成封裝不牢或串聯(lián)接觸不良等問題，從而增大產(chǎn) 品的廢品率。W型接觸中，在一個電池模塊內(nèi)，電池單元的光陽極和對電極交錯排布，即當(dāng)一 個電池單元的上電極為光陽極時，其相鄰電池單元的上電極為對電極，這樣通過基板上的 導(dǎo)電層即可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)(W型接觸可參考中國專利ZL200510081764. 9)。公開了這種結(jié)構(gòu)的串 聯(lián)電池模塊的制備方法。W型接觸的問題是需要在一塊基板上依次制備光陽極和對電極，由 于兩電極功能正好相反，兩者在制備過程中容易造成互相污染，因此工藝十分復(fù)雜；同時， 由于光從光陽極和對電極入射所產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換效率會有所不同，因此W型接觸的串聯(lián)結(jié) 構(gòu)中存在電流不匹配的問題，造成額外的能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠在同一電池模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的工藝簡單的染料敏化太陽能電池模塊及其制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠在同一電池模塊內(nèi)同時實(shí)現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)的染 料敏化太陽能電池模塊及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述第一個發(fā)明目的，本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池模塊，所述電池 模塊由多個基本電池單元組成，所述基本電池單元組成由下至上依次包括下基板、下基板 導(dǎo)電層、對電極、電解質(zhì)、光陽極、上基板導(dǎo)電層和上基板；物理位置鄰近的基本電池單元 組成電池組元，相鄰電池組元之間串聯(lián)或并聯(lián)；相鄰電池組元之間的串聯(lián)如下在前級電 池組元的最后一個基本電池單元的下基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，在后級電池組元的第一 個基本電池單元的上基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，所述接觸極電極均位于所述基板的邊緣 處，且前級電池組元的最后一個基本電池單元的對電極通過所述接觸電極之間的接觸與后 級電池組元的第一個基本電池單元的光陽極電連接。其中，所述導(dǎo)電層上具有導(dǎo)電網(wǎng)格，所述接觸電極是所述導(dǎo)電網(wǎng)格的延伸部。其中，組成電池模塊的所有基本電池單元均共用一個上基板和一個下基板。其中，導(dǎo)電網(wǎng)格的延伸部包括連續(xù)的表面延伸部和側(cè)面延伸部；所述表面延伸部 制備在基板表面上，所述側(cè)面延伸部制備在基板側(cè)面上，所述表面延伸部與側(cè)面延伸部的 交界處的基板邊緣的棱經(jīng)過平滑處理或直接采用棱部平滑的基板。其中，所述電池組元為并聯(lián)組元，所述并聯(lián)組元串聯(lián)形成同時具有并聯(lián)和串聯(lián)結(jié) 構(gòu)的太陽能電池模塊。其中，所述染料敏化太陽能電池模塊的總電極由所述導(dǎo)電網(wǎng)格的延伸部引出。其中，所述導(dǎo)電網(wǎng)格的網(wǎng)格線將并聯(lián)組元內(nèi)部的各基本電池單元區(qū)隔開，但所述 網(wǎng)格線留有缺口，所述缺口的位置交錯排布以使一個并聯(lián)組元內(nèi)的導(dǎo)電網(wǎng)格形成一段連續(xù) 的S形通道。其中，所述導(dǎo)電網(wǎng)格的網(wǎng)格線的缺口長度不大于所述基本電池單元光陽極或?qū)﹄?極的寬度。其中，所述基板上對應(yīng)于所述S形通道的首尾兩端處開孔，所述開孔用于注入電 解質(zhì)。其中，所述電池組元是串聯(lián)組元，所述串聯(lián)組元并聯(lián)形成同時具有并聯(lián)和串聯(lián)結(jié) 構(gòu)的太陽能電池模塊；所述串聯(lián)組元內(nèi)，前級基本電池單元的下基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電 極，后級基本電池單元的上基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，所述接觸極電極均位于所述基板 的邊緣處，并且前級基本電池單元的對電極通過所述接觸電極之間的接觸與后級基本電池 單元的光陽極電連接。其中，所述串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元共 用同一連續(xù)的導(dǎo)電層，并且所述串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的最后 一級電池單元共用同一連續(xù)的導(dǎo)電層，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)組元之間的并聯(lián)；或者所述串聯(lián)組元 內(nèi)的第一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元通過所述接觸電極的接觸連接， 并且所述串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元通過所 述接觸電極的接觸連接，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)組元之間的并聯(lián)。其中，所述導(dǎo)電網(wǎng)格上覆蓋有封裝隔離層，用于將所述電解質(zhì)密封隔離。本發(fā)明還提供了一種染料敏化太陽能電池模塊的制備方法，包括如下步驟
1)在上基板和下基板劃分用于容納各電池組元的區(qū)域，在上基板和下基板的邊緣 處設(shè)置預(yù)留區(qū)域以制備接觸電極； 2)在下基板上制備下基板導(dǎo)電層、導(dǎo)電網(wǎng)格和對電極，在上基板上制備上基板導(dǎo) 電層、導(dǎo)電網(wǎng)格和光陽極；3)在所述預(yù)留區(qū)域制備所述接觸電極；4)將上基板和下基板對準(zhǔn)合攏形成一體，再在上基板和下基板間的空腔內(nèi)注入電 解質(zhì)；通過上基板和下基板的接觸電極之間的接觸實(shí)現(xiàn)電池組元或基本電池單元之間的串聯(lián)。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果1、本發(fā)明通過在基板側(cè)面接觸實(shí)現(xiàn)電池模塊上下電極的電連接，工藝簡單，能夠 提高制備過程的成品率。2、本發(fā)明在一個染料敏化太陽能電池模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)與并聯(lián)集成，使得單一電池 模塊可以同時具備高電壓和大電流，從而可以用單塊電池滿足更廣泛的器件的電壓電流需 求，其串并聯(lián)的組合方式可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)。3、本發(fā)明用于注入電解質(zhì)的開孔少，減小了面積浪費(fèi)，且易于封裝。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例的染料敏化太陽能電池模塊的上下基板打孔、導(dǎo)電層切 割示意圖；圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例中上下基板上的導(dǎo)電網(wǎng)格制備示意圖；圖3為本發(fā)明一個實(shí)施例中的光陽極納米(或多孔)薄膜與對電極催化層制備后 的示意圖；圖4為本發(fā)明一個實(shí)施例中保護(hù)材料形狀及安置位置示意圖；圖5為本發(fā)明一個實(shí)施例中的上下基板對接示意圖；圖6為本發(fā)明一個實(shí)施例中的上下基板對接后的電池及封孔材料安裝位置示意 圖；圖7為實(shí)施例對應(yīng)的電池側(cè)視剖面圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本實(shí)施例的染料敏化太陽能電池模塊由12個基本電池單元組成，其中3個基本電 池單元組成1個并聯(lián)組元，4個并聯(lián)組元依次串聯(lián)組成所述電池模塊。參考圖7，本實(shí)施例的基本電池單元由下至上依次包括下基板2、下基板導(dǎo)電層 4、對電極8、電解質(zhì)9、光陽極7、上基板導(dǎo)電層3和上基板1。上基板導(dǎo)電層3和上基板1 均使用透明材料制作。所述下基板導(dǎo)電層4和上基板導(dǎo)電層3上均制有導(dǎo)電網(wǎng)格19(參考 圖2)。導(dǎo)電網(wǎng)格19 一方面增加所述導(dǎo)電層的導(dǎo)電率，另一方面區(qū)隔出各個基本電池單元。 所述導(dǎo)電網(wǎng)格19上覆蓋有封裝隔離層10，用于將所述電解質(zhì)9密封隔離。本實(shí)施中，導(dǎo)電 層按照圖1所示的導(dǎo)電層劃斷線5劃斷，在每個基板上形成4個獨(dú)立的導(dǎo)電層區(qū)塊。每個導(dǎo)電層區(qū)塊內(nèi)具有3個基本電池單元的光陽極7或?qū)﹄姌O8，光陽極7之間通過導(dǎo)電層和導(dǎo) 電網(wǎng)格19連接，對電極8之間也通過導(dǎo)電層和導(dǎo)電網(wǎng)格19連接，從而形成3個基本電池單 元的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中將這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)稱為并聯(lián)組元。本實(shí)施例中，每個并聯(lián)組元內(nèi)的導(dǎo)電網(wǎng)格均向基板邊緣延伸形成導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部 (參考圖2)。所述導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部被作為接觸電極，一個并聯(lián)組元的對電極8的導(dǎo)電網(wǎng)格 延伸部與相鄰并聯(lián)組元的光陽極7接觸，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)(參考圖6)。對于串聯(lián)結(jié)構(gòu)中第一 個并聯(lián)組元的光陽極7和最后一個并聯(lián)組元的對電極8，也可以分別通過導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部 從側(cè)面引出，作為整個電池模塊的負(fù)極和正極。本實(shí)施例中，用于實(shí)現(xiàn)相鄰并聯(lián)組元串聯(lián)的 所述導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部位于基板邊緣的棱的中點(diǎn)處，以便于實(shí)現(xiàn)相鄰并聯(lián)組元的電連接。具體地，參見圖2、圖3，第一并聯(lián)組元由第一并聯(lián)組元光陽極11和第一并聯(lián)組元 對電極15構(gòu)成，第二并聯(lián)組元由第二并聯(lián)組元光陽極12和第二并聯(lián)組元對電極16構(gòu)成， 第三并聯(lián)組元由第三并聯(lián)組元光陽極13和第三并聯(lián)組元對電極17構(gòu)成，第四并聯(lián)組元由 第四并聯(lián)組元光陽極14和第一并聯(lián)組元對電極18構(gòu)成，電池的光陽極總引線通過第一并 聯(lián)組元光陽極導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部引出，電池的對電極總引線通過第四并聯(lián)組元對電極導(dǎo)電網(wǎng) 格伸部分引出，第一并聯(lián)組元的對電極導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部分25和第二并聯(lián)組元的光陽極導(dǎo) 電網(wǎng)格側(cè)面延伸部22電連接，第二并聯(lián)組元的對電極導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部26和第三并聯(lián)組元 的光陽極導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部23電連接，第三并聯(lián)組元的對電極導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部27和第四并 聯(lián)組元的光陽極導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部24電連接，從而使四塊并聯(lián)組元形成串聯(lián)，并具有一個光 陽極輸出端和一個對電極輸出端。進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部21包括連續(xù)的表面延伸部32和側(cè)面延伸部33。 所述表面延伸部32制備在基板表面上(這里基板表面是指與電極處于同一側(cè)的表面)，所 述側(cè)面延伸部33制備在基板側(cè)面上，加工過程應(yīng)盡量減小所述表面延伸部32的尺寸，通過 所述側(cè)面延伸部實(shí)現(xiàn)并聯(lián)組元之間的串聯(lián)或引出電極。與所述表面延伸部與側(cè)面延伸部的 交界處相對應(yīng)的基板的棱需要作平滑處理，以防止斷路或接觸不良。減小表面延伸部的尺 寸，有利于提高電池有效面積，即提高基板的面積利用率。本實(shí)施例中，在一個并聯(lián)組元內(nèi)，導(dǎo)電網(wǎng)格對基本電池單元的隔離留有缺口 31 (可參考圖2)，并且所述缺口的位置交錯排布形成S形通道?；迳蠈?yīng)于所述S形通 道的首尾兩端處開孔，用于注入電解質(zhì)。所述缺口的長度不大于所述基本電池單元的寬度 (基本電池單元一般為長條狀)。本實(shí)施例中，所述下基板可以使用不透明材料制作，也可以使用透明材料制作。當(dāng) 使用透明材料制作時，可在所述下基板的下方覆蓋反射層。按照本實(shí)施例的方法，可以靈活的實(shí)現(xiàn)基本電池單元之間的并聯(lián)和串聯(lián)。比如可 以先將基本電池單元串聯(lián)，形成串聯(lián)組元，然后再將串聯(lián)組元并聯(lián)形成電池模塊。用于串聯(lián) 的延伸部也可以由導(dǎo)電層引出，而并不限于由導(dǎo)電網(wǎng)格引出。所述串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電 池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元共用同一連續(xù)的導(dǎo)電層，并且所述串聯(lián)組元內(nèi) 的最后一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元共用同一連續(xù)的導(dǎo)電層，從而 實(shí)現(xiàn)串聯(lián)組元之間的并聯(lián)；或者所述串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的第 一級電池單元通過所述接觸電極的接觸連接，并且所述串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元與 其它串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元通過所述接觸電極的接觸連接，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)組元之間的并聯(lián)。本申請還提供了一種染料敏化太陽能電池模塊的制作方法，包括以下步驟1)如圖1所示，在上基板和下基板的導(dǎo)電層上進(jìn)行劃斷，以將導(dǎo)電層斷開，形成不 同區(qū)域，這樣，在不同導(dǎo)電層區(qū)域上制備的電池單元隔離，而同一導(dǎo)電層區(qū)域上制備的電池 單元并聯(lián)。在基板上制備小孔以備灌注電解質(zhì)，在基板邊緣的預(yù)備作為串聯(lián)接觸點(diǎn)(接觸 電極)或輸出端(總電極)的位置進(jìn)行平滑處理，使其利于連通。本步驟中，可以在上基板 和下基板的導(dǎo)電層上分別制備一個隔斷區(qū)5，以方便總電極的引出。還可以在上基板和下基 板分別制備標(biāo)記21，以方便后續(xù)步驟中上基板和下基板相對位置的匹配。2)如圖2、圖3所示，在上基板1上使用印刷、或噴涂、或?yàn)R射或其它鍍膜方法制 備所需形狀的納米或多孔半導(dǎo)體薄膜作為光陽極，并進(jìn)行燒結(jié)；并且，在上基板1上使用印 刷、或噴涂、或?yàn)R射或其它鍍膜方法制備導(dǎo)電網(wǎng)格19，并依照材料本身的性質(zhì)加熱處理，使 之與上基板導(dǎo)電層連接牢固并具備良好導(dǎo)電性，可進(jìn)行打磨或用其他處理方式使網(wǎng)格表面 平整。通過浸漬使光陽極吸附染料。如圖3所示，11、12、13、14分別是第一并聯(lián)組元光陽 極、第二并聯(lián)組元光陽極、第三并聯(lián)組元光陽極、第四并聯(lián)組元光陽極。所述導(dǎo)電網(wǎng)格19具 有延伸部，所述延伸部位于上基板的邊緣處，所述延伸部用作接觸電極。3)如圖2、圖3所示，在下基板2上使用印刷、或噴涂、或?yàn)R射或其它鍍膜方法制備 所需形狀的催化層作為對電極，并進(jìn)行燒結(jié)；并且，在下基板2上使用印刷、或噴涂、或?yàn)R射 或其它鍍膜方法制備導(dǎo)電網(wǎng)格19，并依照材料本身的性質(zhì)加熱處理，使之與基板導(dǎo)電層連 接牢固并具備良好導(dǎo)電性，可進(jìn)行打磨或用其他處理方式使網(wǎng)格表面平整。如圖3所示， 15、16、17、18分別是第一并聯(lián)組元對電極、第二并聯(lián)組元對電極、第三并聯(lián)組元對電極、第 四并聯(lián)組元對電極。所述導(dǎo)電網(wǎng)格19具有延伸部，所述延伸部位于下基板的邊緣處，所述 延伸部用作接觸電極。4)如圖4所示，使用激光切割、或機(jī)械切割、或其它切割方法將密封材料切割成所 需形狀，并覆蓋在兩基板上所需位置，將兩基板對準(zhǔn)合攏，依密封材料的熱性質(zhì)進(jìn)行加熱并 加壓，使導(dǎo)電網(wǎng)格被密封材料完全保護(hù)，形成封裝隔離層10。5)如圖6所示，使用真空法或灌注法將電解質(zhì)注入兩電極和封裝隔離層10所形成 的空腔中，使用小孔密封材料29和玻璃30將基板上用于灌注電解質(zhì)的小孔6密封。6)如圖5、圖6所示，將電池模塊基板的邊緣留作串聯(lián)接觸電極的位置進(jìn)行連通， 連通可使用直接焊接、或焊接導(dǎo)線、或連接器等連通方式。在上述步驟1)中，制備小孔不是必須的，若使用固體電解質(zhì)或準(zhǔn)固體電解質(zhì)，可 以直接將電解質(zhì)涂敷在電極上以代替灌注法。步驟1)中處理棱角的過程，可以在制作基板 的過程中直接加工成型，或者在制備基板后通過打磨等方式處理。在上述步驟2)中，所制備的納米或半導(dǎo)體多孔薄膜，其厚度可以在0. 1微米至1 毫米之間，如基板是透明導(dǎo)電玻璃，薄膜為Ti02，燒結(jié)溫度可在450°C至600°C之間，燒結(jié)時 間在30分鐘至300分鐘之間，制備多層薄膜可一次燒結(jié)，也可多次燒結(jié)。在上述步驟3)中，所制備的催化層，其厚度可以在0. 001微米至1毫米之間，如使 用含鉬的溶液或膠體材料，基板為透明導(dǎo)電玻璃，燒結(jié)溫度在350°C至500°C之間，燒結(jié)時 間在20分鐘至200分鐘之間，制備多層薄膜可一次燒結(jié)，也可多次燒結(jié)。在上述步驟2)和3)中，所制備的導(dǎo)電網(wǎng)格，可使用銀、銅、鋅等各種金屬及合金材料，其厚度可以在0. 001微米至1毫米之間，在串聯(lián)節(jié)點(diǎn)處應(yīng)使其延伸至基板側(cè)面，若使用 含銀的溶液或膠體，燒結(jié)溫度可在400°C至600°C之間，燒結(jié)時間在20分鐘至200分鐘之 間。在步驟2)和3)中所有燒結(jié)過程均可先選擇進(jìn)行烘干預(yù)處理，烘干溫度在50°C至150°C 之間，烘干時間在10分鐘至180分鐘之間。在步驟2)和3)中，在基板上制備導(dǎo)電網(wǎng)格和 半導(dǎo)體薄膜或催化層的順序，可根據(jù)材料的熱處理需要進(jìn)行調(diào)整，通常先制備需較高溫度 處理的薄膜。在上述步驟4)中，所使用的密封材料，其制備完成后的厚度應(yīng)大于兩基板上導(dǎo)電 網(wǎng)格的厚度之和，并且大于半導(dǎo)體薄膜和催化層的厚度之和，以避免短路；其加熱和加壓處 理的條件根據(jù)所選材料的熱性質(zhì)決定，若使用杜邦公司的沙林材料，加熱溫度可在90°C至 200°C之間，加熱時間可在3秒至10分鐘之間。在上述步驟5)中，密封小孔所用的材料可與保護(hù)導(dǎo)電網(wǎng)格所用的材料相同或不 同，其密封所需的加熱加壓條件根據(jù)材料的熱性質(zhì)決定，若使用杜邦公司的沙林材料，加熱 溫度可在90°C至180°C之間，加熱時間可在3秒至10分鐘之間。在上述步驟6)中，串聯(lián)接觸點(diǎn)處需被連接的兩處導(dǎo)電網(wǎng)格延伸部分的位置可以 上下相對，也可以稍微錯開。本發(fā)明所使用的上基板使用透明材料制作，可以是透明玻璃、透明塑料、或透明高 分子材料等，上基板上的透明導(dǎo)電層可以是IT0(摻錫的氧化銦)或FT0(參氟的氧化錫) 等。下基板和下基板導(dǎo)電層可選擇的透明材料，也可以使用不透明的材料制作。本發(fā)明所使用的光陽極的制作材料的選則范圍包括含有Ti氧化物、Nb氧化物、 Zn氧化物、Sn氧化物、Fe氧化物、W氧化物、Cr氧化物、Pm氧化物、V氧化物、M氧化物、Ta 氧化物、Zr氧化物、In氧化物、Sr氧化物、Ir氧化物、La氧化物、Mo氧化物、Mg氧化物、A1 氧化物、Y氧化物、Sc氧化物、Sm氧化物、Ga氧化物之中的一種或多種氧化物。本發(fā)明所使用的對電極的制作材料的選則范圍包括Pt、C、Ru、Pd、Rh、Ir、Os和它 們的混合物。本發(fā)明所使用的電解質(zhì)可以從液體電解質(zhì)、離子液體電解質(zhì)、類固體電解質(zhì)、聚合 物電解質(zhì)和固體電解質(zhì)中選擇。保護(hù)導(dǎo)電網(wǎng)格所使用的材料和密封材料應(yīng)均不會與電解質(zhì)反應(yīng)，比如導(dǎo)電網(wǎng)格材 料可使用高分子材料，密封材料可使用高分子粘結(jié)劑。當(dāng)下基板和下基板導(dǎo)電層選擇透明材料時，可以在下基板下側(cè)覆蓋反射層，所述 反射層可以使用金屬、氧化物等具有反射能力的材料，反射層的反射率在10% -100%的范圍。本發(fā)明的并聯(lián)組元和串聯(lián)組元統(tǒng)稱為電池組元。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括1、本發(fā)明通過在基板側(cè)面接觸實(shí)現(xiàn)電池模塊上下電極的電連接，工藝簡單，能夠 提高制備過程的成品率。2、本發(fā)明在一個染料敏化太陽能電池模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)與并聯(lián)集成，使得單一電池 模塊可以同時具備高電壓和大電流，從而可以用單塊電池滿足更廣泛的器件的電壓電流需 求，其串并聯(lián)的組合方式可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)。3、本發(fā)明用于注入電解質(zhì)的開孔少，減小了面積浪費(fèi)，且易于封裝。
4、本發(fā)明中的導(dǎo)電網(wǎng)格，既用于減小基板導(dǎo)電層電阻，又用于引出串聯(lián)節(jié)點(diǎn)，重復(fù) 利用提高了電池的面積利用率，簡化了串并聯(lián)解決方案的工序。
權(quán)利要求
一種染料敏化太陽能電池模塊，所述電池模塊由多個基本電池單元組成，所述基本電池單元組成由下至上依次包括下基板、下基板導(dǎo)電層、對電極、電解質(zhì)、光陽極、上基板導(dǎo)電層和上基板；物理位置鄰近的基本電池單元組成電池組元，相鄰電池組元之間串聯(lián)或并聯(lián)；相鄰電池組元之間的串聯(lián)如下在前級電池組元的最后一個基本電池單元的下基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，在后級電池組元的第一個基本電池單元的上基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，所述接觸電極均位于所述基板的邊緣處，且前級電池組元的最后一個基本電池單元的對電極通過所述接觸電極之間的接觸與后級電池組元的第一個基本電池單元的光陽極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述導(dǎo)電層上具有 導(dǎo)電網(wǎng)格，所述接觸電極是所述導(dǎo)電網(wǎng)格的延伸部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，組成電池模塊的所 有基本電池單元均共用一個上基板和一個下基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，導(dǎo)電網(wǎng)格的延伸部 包括連續(xù)的表面延伸部和側(cè)面延伸部；所述表面延伸部制備在基板表面上，所述側(cè)面延伸 部制備在基板側(cè)面上，所述表面延伸部與側(cè)面延伸部的交界處的基板邊緣的棱經(jīng)過平滑處 理或直接采用棱部平滑的基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述電池組元為并 聯(lián)組元，所述并聯(lián)組元串聯(lián)形成同時具有并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)構(gòu)的太陽能電池模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述染料敏化太陽 能電池模塊的總電極由所述導(dǎo)電網(wǎng)格的延伸部引出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述導(dǎo)電網(wǎng)格的網(wǎng) 格線將并聯(lián)組元內(nèi)部的各基本電池單元區(qū)隔開，但所述網(wǎng)格線留有缺口，所述缺口的位置 交錯排布以使一個并聯(lián)組元內(nèi)的導(dǎo)電網(wǎng)格形成一段連續(xù)的S形通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述導(dǎo)電網(wǎng)格的網(wǎng) 格線的缺口長度不大于所述基本電池單元光陽極或?qū)﹄姌O的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述基板上對應(yīng)于 所述S形通道的首尾兩端處開孔，所述開孔用于注入電解質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述電池組元是串 聯(lián)組元，所述串聯(lián)組元并聯(lián)形成同時具有并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)構(gòu)的太陽能電池模塊；所述串聯(lián)組 元內(nèi)，前級基本電池單元的下基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，后級基本電池單元的上基板導(dǎo) 電層上設(shè)置接觸電極，所述接觸極電極均位于所述基板的邊緣處，并且前級基本電池單元 的對電極通過所述接觸電極之間的接觸與后級基本電池單元的光陽極電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述串聯(lián)組元內(nèi) 的第一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元共用同一連續(xù)的導(dǎo)電層，并且所述 串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元共用同一連續(xù)的 導(dǎo)電層，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)組元之間的并聯(lián)；或者所述串聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元與其它串 聯(lián)組元內(nèi)的第一級電池單元通過所述接觸電極的接觸連接，并且所述串聯(lián)組元內(nèi)的最后一 級電池單元與其它串聯(lián)組元內(nèi)的最后一級電池單元通過所述接觸電極的接觸連接，從而實(shí) 現(xiàn)串聯(lián)組元之間的并聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽能電池模塊，其特征在于，所述導(dǎo)電網(wǎng)格上覆 蓋有封裝隔離層，用于將所述電解質(zhì)密封隔離。
13.一種染料敏化太陽能電池模塊的制備方法，包括如下步驟1)在上基板和下基板劃分用于容納各電池組元的區(qū)域，在上基板和下基板的邊緣處設(shè) 置預(yù)留區(qū)域以制備接觸電極；2)在下基板上制備下基板導(dǎo)電層、導(dǎo)電網(wǎng)格和對電極，在上基板上制備上基板導(dǎo)電層、 導(dǎo)電網(wǎng)格和光陽極；3)在所述預(yù)留區(qū)域制備所述接觸電極；4)將上基板和下基板對準(zhǔn)合攏形成一體，再在上基板和下基板間的空腔內(nèi)注入電解 質(zhì)；通過上基板和下基板的接觸電極之間的接觸實(shí)現(xiàn)電池組元或基本電池單元之間的串
全文摘要
本發(fā)明提供一種染料敏化太陽能電池模塊，所述電池模塊由多個基本電池單元組成；物理位置鄰近的基本電池單元組成電池組元，相鄰電池組元之間串聯(lián)或并聯(lián)；相鄰電池組元之間的串聯(lián)如下在前級電池組元的最后一個基本電池單元的下基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，在后級電池組元的第一個基本電池單元的上基板導(dǎo)電層上設(shè)置接觸電極，所述接觸電極均位于所述基板的邊緣處，且前級電池組元的最后一個基本電池單元的對電極通過所述接觸電極之間的接觸與后級電池組元的第一個基本電池單元的光陽極電連接。本發(fā)明還提供了相應(yīng)的電池模塊制備方法。本發(fā)明工藝簡單，成品率高，能夠在電池模塊內(nèi)靈活地實(shí)現(xiàn)電池單元的混聯(lián)。
文檔編號H01L51/48GK101877282SQ20091008310
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者孟慶波, 張一多, 李冬梅, 羅艷紅, 黃小銘 申請人:中國科學(xué)院物理研究所