本發(fā)明涉及發(fā)電玻璃技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種染料敏化銅銦鎵硒疊層發(fā)電玻璃。

背景技術(shù)：

發(fā)電玻璃是直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的元件，由于太陽輻射光譜的范圍（0～4eV）非常寬，根據(jù)光伏效應(yīng)原理，由單一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的單節(jié)發(fā)電玻璃，僅能將太陽能輻射光譜中的一部分光能轉(zhuǎn)換成電能，太陽能的有效利用率低，且輸出電壓低。

解決上述問題的有效手段是將太陽光的能量寬度與發(fā)電玻璃器件材料匹配，按能隙從大到小的順序從外向內(nèi)里疊合，讓波長最短的光被最外邊的寬帶隙電池利用，波長較長的光能投射進(jìn)入讓窄能隙電池利用，用各節(jié)電池充分吸收與其禁帶寬度匹配的太陽光譜波段的光子能力，從而實現(xiàn)太陽光伏最大化有效利用，具有這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電玻璃稱為疊層發(fā)電玻璃。

染料敏化作為新型太陽電池目前光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到15％。其主要由導(dǎo)電基體、半導(dǎo)體電極、染料敏化劑、電解質(zhì)和催化對電極組成，是一類有機(jī)無機(jī)復(fù)合型光電化學(xué)太陽電池，常見的染料敏化劑僅可吸收光譜400～700nm的太陽光。

銅銦鎵硒是四元化合物半導(dǎo)體材料，隨著組分X從0到1變化其禁帶寬度從1.04eV到1.69eV變化，當(dāng)X=0.13時，CuIn_0.87Ga_0.13Se₂的禁帶寬度接近1.1eV，除吸收太陽光中可見光譜范圍，還可吸收700～1200nm的太陽光譜。

現(xiàn)有的染料敏化電池與銅銦鎵硒電池之間晶格和光生電流較難匹配，同時其制備過程是先制備一個完整的發(fā)電玻璃，再在該電池上制備第二個電池的各功能區(qū)，由于發(fā)電玻璃大都對溫度，材料交叉感染十分敏感，因此這種一體化結(jié)構(gòu)的疊層發(fā)電玻璃不能達(dá)到兩種電池最佳狀態(tài)，有局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種染料敏化銅銦鎵硒疊層發(fā)電玻璃，該發(fā)電玻璃光吸收利用率高，輸出電壓及光電轉(zhuǎn)換效率高。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種染料敏化銅銦鎵硒疊層發(fā)電玻璃，包括正電極與負(fù)電極，所述正電極包含正電極基底，正電極基底上依次設(shè)有Mo金屬層、CIGS背光吸收層、緩沖層、窗口層、中間電極層與催化層；所述負(fù)電極包含負(fù)電極基底，負(fù)電極基底上依次設(shè)有致密層、傳輸層、前光吸收層與電解質(zhì)層；Mo金屬層表面四周邊緣與負(fù)電極基底導(dǎo)電面四周邊緣分別設(shè)有相對應(yīng)的粘接區(qū)，正電極與負(fù)電極通過設(shè)在粘接區(qū)的膠體相粘合；Mo金屬層、負(fù)電極基底與膠體之間形成封閉空腔，催化層與電解質(zhì)層形成配合。

進(jìn)一步的，所述正電極基底為厚度10～40mm的鈉鈣玻璃、不銹鋼片或?qū)щ奝ET，所述鈉鈣玻璃中鈉的質(zhì)量百分比含量為5～30%。

進(jìn)一步的，所述Mo金屬層厚度為0.2～3μm。

進(jìn)一步的，所述CIGS背光吸收層厚度為0.5～5μm，其禁帶寬度為1.0～1.2eV；所述緩沖層為厚度0.02～3μm的CdS/InS；所述窗口層為厚度0.02～5μm的 i-ZnO；所述中間電極層為厚度0.02～5μm 的n-ZnO。

進(jìn)一步的，所述催化層為厚度0.01～3μm的Au、Pt或C。

進(jìn)一步的，所述電解質(zhì)層厚度為10～30μm、透光率>80%的凝膠電解質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述前光吸收層為N719染料、N3染料或Z907染料。

進(jìn)一步的，所述傳輸層為厚度2～6μm 、粒徑20～200nm 、透光率>80%的TiO₂；致密層為厚度10～100nm 、粒徑5～50nm 、透光率>90%的TiO₂；所述負(fù)電極基底為厚度1～4mm的摻氟氧化錫FTO、摻錫氧化銦ITO、鋁摻雜氧化鋅AZO或?qū)щ奝ET。

進(jìn)一步的，所述膠體為厚度0.5～3mm 的EVA膜、Surlyn膜或紫外固化膠。

本發(fā)明的有益效果是，疊層發(fā)電玻璃的負(fù)電極采用染料敏化太陽電池結(jié)構(gòu)，因其半導(dǎo)體禁帶寬度較大，常見的染料敏化劑使其僅可吸收光譜400～700nm的太陽光；通過調(diào)節(jié)傳輸層厚度，制備的染料敏化發(fā)電玻璃透光率超過60%。太陽光中未被疊層電池負(fù)電極吸收的長波部分，透射進(jìn)入疊層電池的正電極，正電極上的銅銦鎵硒太陽電池能有效吸收700～1200nm的太陽光譜。綜上，本疊層發(fā)電玻璃能吸收400～1200nm的太陽光譜，并將其轉(zhuǎn)換為電能，其光電轉(zhuǎn)換效率高于單一的染料敏化發(fā)電玻璃或單一的銅銦鎵硒發(fā)電玻璃。單一染料敏化發(fā)電玻璃輸出電壓0.65～0.7V，單一銅銦鎵硒發(fā)電玻璃輸出電壓0.7V左右，本疊層發(fā)電玻璃負(fù)極是染料敏化發(fā)電玻璃負(fù)極，染料敏化發(fā)電玻璃正極與銅銦鎵硒電池負(fù)極相連，銅銦鎵硒電池正極作為疊層發(fā)電玻璃的正極，染料敏化發(fā)電玻璃與銅銦鎵硒電池相串聯(lián)，因此，此疊層發(fā)電玻璃的輸出電壓可達(dá)1.35V以上。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中正電極的俯視圖；

圖3是本發(fā)明中負(fù)電極的仰視圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明提供一種染料敏化銅銦鎵硒疊層發(fā)電玻璃，包括正電極與負(fù)電極，所述正電極包含正電極基底1，正電極基底1上依次設(shè)有Mo金屬層2、CIGS背光吸收層3、緩沖層4、窗口層5、中間電極層6與催化層7；所述負(fù)電極包含負(fù)電極基底13，負(fù)電極基底13上依次設(shè)有致密層12、傳輸層11、前光吸收層10與電解質(zhì)層8；結(jié)合圖2與圖3所示，Mo金屬層2表面四周邊緣設(shè)有第一粘接區(qū)2a，第一粘接區(qū)2a其中一條邊的外側(cè)還預(yù)留出正電極接線端2b；負(fù)電極基底13導(dǎo)電面四周邊緣設(shè)有第二粘接區(qū)13a，第二粘接區(qū)13a其中一條邊的外側(cè)還預(yù)留出負(fù)電極接線13b；第一粘接區(qū)2a與第二粘接區(qū)13a對應(yīng)配合，通過膠體9將正電極與負(fù)電極相粘合；Mo金屬層2、負(fù)電極基底13與膠體9之間形成封閉空腔，催化層7與電解質(zhì)層8形成配合。

正電極基底1可采用厚度10～40mm的鈉鈣玻璃、不銹鋼片或?qū)щ奝ET，所述鈉鈣玻璃中鈉的質(zhì)量百分比含量為5～30%。Mo金屬層2的厚度為0.2～3μm。

CIGS背光吸收層3的厚度為0.5～5μm，其禁帶寬度為1.0～1.2eV；所述緩沖層4為厚度0.02～3μm的CdS/InS；所述窗口層5為厚度0.02～5μm的 i-ZnO；中間電極層6為厚度0.02～5μm 的n-ZnO。催化層7為厚度0.01～3μm的Au、Pt或C。電解質(zhì)層8為厚度10～30μm、透光率>80%的凝膠電解質(zhì)。前光吸收層10可采用N719染料、N3染料或Z907染料。傳輸層11為厚度2～6μm 、粒徑20～200nm 、透光率>80%的TiO₂；致密層12為厚度10～100nm 、粒徑5～50nm 、透光率>90%的TiO₂；負(fù)電極基底13可選擇厚度1～4mm的摻氟氧化錫FTO、摻錫氧化銦ITO、鋁摻雜氧化鋅AZO或?qū)щ奝ET。膠體9為厚度0.5～3mm 的EVA膜、Surlyn膜或紫外固化膠。

疊層發(fā)電玻璃負(fù)電極作為迎光面，當(dāng)太陽光照射此面時，負(fù)電極中的前光吸收層中染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體TiO₂的導(dǎo)帶中；電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中；前光吸收層中處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生；氧化態(tài)的電解質(zhì)在催化層接受疊層電池中間電極層輸出的電子后被還原。疊層發(fā)電玻璃正電極的銅銦鎵硒電池結(jié)構(gòu)中，CIGS背光吸收層作為P型結(jié)構(gòu)，與N型的緩沖層、窗口層組成內(nèi)建P-N結(jié)，透射疊層電池負(fù)電極的太陽光照在電池表面，穿過透明的中間電極層，被銅CIGS背光吸收層吸收產(chǎn)生截流子，在內(nèi)建電場的作用下吸收層接近緩沖層區(qū)域，不同電荷的載流子分離，負(fù)電荷走向中間電極層，正電荷走向正電極基底，從而完成一個循環(huán)。由此，太陽能便源源不斷的轉(zhuǎn)化為可供我們使用的電能。

本發(fā)明的染料敏化銅銦鎵硒疊層發(fā)電玻璃，光吸收利用率高，輸出電壓及光電轉(zhuǎn)換效率高。并且疊層電池正、負(fù)電極發(fā)電玻璃各功能層的制備彼此不受干擾，一方面優(yōu)化前電池層，充分吸收可見光的同時提高光透過率，保證底層發(fā)電玻璃光通量；另一方面調(diào)節(jié)底電池層，實現(xiàn)對發(fā)電玻璃的最佳匹配，極大的提高發(fā)電玻璃的光電轉(zhuǎn)換效率，并且提高疊層發(fā)電玻璃的壽命。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。