專利名稱：太陽能電池組件及其模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種太陽能電池組件，特別是關(guān)于一種管狀太陽能電池組件 及其模塊。
背景技術(shù)：
目前，在太陽能電池技術(shù)的開發(fā)上，朝(l)降低成本的方向發(fā)展，如發(fā)展薄膜式太陽能電池技術(shù)，以及朝(2)提升光電轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展，如發(fā)展多 接面太陽能電池技術(shù)。薄膜式太陽能電池技術(shù)中，由于染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell, DSSC)(又稱Graetzel Cell)具有低原料成本及制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的強(qiáng)大 優(yōu)勢(shì)，遂吸引許多研究機(jī)構(gòu)或公司投入技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)。目前研發(fā)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高可達(dá)11%。瑞士 EPFL合作小組所發(fā)展小面積(小于1平方厘米)染料敏化太陽能電池的轉(zhuǎn)化 效率可達(dá)10.8%。荷蘭能源研究中心(ECN)小組所發(fā)展的染料敏化太陽能電 池的轉(zhuǎn)化效率為8.23%,但目前對(duì)于面積大于1平方厘米的染料敏化太陽能 電池模塊的轉(zhuǎn)化效率仍小于7%。此外，澳大利亞STA公司于2003年建立 世界上第一個(gè)面積為10平方厘米的染料敏化納米薄膜太陽能電池系統(tǒng)，系 統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率為5%。中國科學(xué)院于2004年設(shè)立500瓦的染料敏化太陽能 電池實(shí)證設(shè)施系統(tǒng)，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率為5%。因此，在染料敏化太陽能電 池的商品化過程中，除了使用壽命與成本考慮外，提升原有的光電轉(zhuǎn)換效率 亦成為各研究單位主要開發(fā)的重點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖1A，說明傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池(DSSC)。染料敏化太陽能 電池10是由上導(dǎo)電玻璃基板12與下導(dǎo)電玻璃基板14所組成。以二氧化鈦 (Ti02)前驅(qū)物溶解于溶劑后，均勻涂布在上導(dǎo)電玻璃基板12上，經(jīng)加熱處理 形成一狀似海綿、具多孔及大表面積的二氧化鈦層16。之后，涂布含釕染料、 花青素或葉綠素等的染料溶液于二氧化鈦層16表面，以形成一作為光吸收 劑的染料層18。接著，注入含碘離子(I-)的電解質(zhì)液20。之后，涂布一例如
白金的金屬觸媒層22于下導(dǎo)電玻璃基板14上，以作為一對(duì)應(yīng)電極。最后， 將上導(dǎo)電玻璃基板12 、下導(dǎo)電玻璃基板14與電解質(zhì)液20如三明治方式組裝， 并對(duì)二氧化鈦層進(jìn)行照光即可驅(qū)動(dòng)電子，形成一太陽能電池裝置10。其內(nèi)部 電荷移轉(zhuǎn)機(jī)制，請(qǐng)參閱圖1B，染料分子18僅在靠近二氧化鈦單層16處才 能有效進(jìn)行電荷移轉(zhuǎn)。由于電極上致密的二氧化鈦層16使得染料單層18的 吸附面積小，吸收太陽能的量很少，致光電轉(zhuǎn)換效率不高(小于1 %)。近年來，由于引進(jìn)多孑L性納米結(jié)構(gòu)電極(porous nano-structured electrode) 的技術(shù)，使得上述問題已獲得相當(dāng)程度的解決。新材料技術(shù)使電極的觸媒表 面積較平滑電極增加近千倍，而大幅提升光電轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)Michael Graetzel 研究指出，染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可由原來的小于1%提高至 11%。由此可知，染料敏化太陽能電池的效益明顯依賴納米二氧化鈦電極的 結(jié)構(gòu)，例如二氧化鈦內(nèi)部表面積決定了吸附染料分子的量，其孔徑大小分布 影響到氧化還原對(duì)的擴(kuò)散，粒徑分布影響到光學(xué)性質(zhì)，以及電子的流動(dòng)決定 于粒子間的聯(lián)系等。吸附染料的多寡將影響光子轉(zhuǎn)換成電子-空穴對(duì)的數(shù)目， 而二氧化鈦內(nèi)部表面積則決定此吸附染料的量。遂增加單位面積內(nèi)二氧化鈦 內(nèi)表面積是提升染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素。為增加單位面積內(nèi)二氧化鈦的內(nèi)表面積，除了改良材料與制作技術(shù)外， 應(yīng)可由改變太陽能電池本身的結(jié)構(gòu)著手。 一般太陽能電池單元為平面片狀式 結(jié)構(gòu)，陰極層與陽極層分別涂布于平行對(duì)稱的上、下兩基板內(nèi)側(cè)。而其模塊 依需求為了得到足夠的功率輸出，會(huì)進(jìn)行馬賽克拼裝而制作成一大面積模 塊。此時(shí)，若能在相同平面面積上，增加光電轉(zhuǎn)換反應(yīng)的面積，即二氧化鈦 層的內(nèi)部表面積，則可獲得更多功率輸出。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種太陽能電池組件，包括 一第一管狀結(jié)構(gòu)； 一電子傳輸 層，涂布于該第一管狀結(jié)構(gòu)上； 一第二管狀結(jié)構(gòu)； 一金屬層，涂布于該第二 管狀結(jié)構(gòu)上，其中該第一與第二管狀結(jié)構(gòu)的管徑不同，該電子傳輸層與該金 屬層相對(duì)排列且該兩管狀結(jié)構(gòu)間形成有一空隙； 一染料層，涂布于該電子傳 輸層上；以及一電解質(zhì)，填充于該空隙內(nèi)。本發(fā)明另提供一種太陽能電池模塊，包括多個(gè)上述太陽能電池組件。 為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)
施例，并配合附圖，4乍詳纟田i兌明如下


圖1A為傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池組件的剖面示意圖。圖1B為傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池組件電荷移轉(zhuǎn)機(jī)制的示意圖。圖2為本發(fā)明染料敏化太陽能電池組件的上視圖。圖3為圖2依3-3，剖面線所得的剖面示意圖。圖4~圖6為本發(fā)明染料敏化太陽能電池的模塊設(shè)計(jì)。主要組件符號(hào)說明傳統(tǒng)圖1A 圖1B10 太陽能電池；12 上導(dǎo)電玻璃基板；14 下導(dǎo)電玻璃基板；16 二氧化鈥層；18 染料層；20 電解質(zhì)液；22 金屬觸媒層。本發(fā)明圖2 圖630、 52、 52,、 52" 太陽能電池組件;32 第一管狀結(jié)構(gòu)；34 導(dǎo)電層；36 電子傳輸層；38 染料層；40 電解質(zhì)；42 j屬層；44 第二管狀結(jié)構(gòu)；46 肋結(jié)構(gòu)；48 封合材料；50、 50，、 50" 太陽能電池模塊; 54 導(dǎo)線；56、 56， 反射裝置。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種太陽能電池組件，包括 一第一管狀結(jié)構(gòu)； 一電子傳輸 層，涂布于第一管狀結(jié)構(gòu)上； 一第二管狀結(jié)構(gòu)； 一金屬層，涂布于第二管狀 結(jié)構(gòu)上，其中第一與第二管狀結(jié)構(gòu)的管徑大小不同，電子傳輸層與金屬層相 對(duì)排列且兩管狀結(jié)構(gòu)間形成有一空隙； 一染料層，涂布于電子傳輸層上；以 及一電解質(zhì)，填充于空隙內(nèi)。請(qǐng)參閱圖2及圖3,說明本發(fā)明太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明 太陽能電池組件的上視圖，而圖3則為圖2依3-3，剖面線所得的剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖2,太陽能電池組件30由外而內(nèi)包括一第一管狀結(jié)構(gòu)32、 一 導(dǎo)電層34、 一電子傳輸層36、 一染料層38、 一電解質(zhì)40、 一金屬層42以 及一第二管狀結(jié)構(gòu)44。以第一管狀結(jié)構(gòu)32來看，導(dǎo)電層34形成于第一管狀 結(jié)構(gòu)32上，電子傳輸層36涂布于導(dǎo)電層34上，染料層38涂布于電子傳輸 層36上。而以第二管狀結(jié)構(gòu)44來看，金屬層42涂布于第二管狀結(jié)構(gòu)44上。 此外，電子傳輸層36與金屬層42相對(duì)排列，電解質(zhì)40則填入染料層38與 金屬層42之間的空隙內(nèi)。另第二管狀結(jié)構(gòu)44表面上形成有一肋結(jié)構(gòu)46,以 控制兩管狀結(jié)構(gòu)間的空隙距離。而此太陽能電池組件借由一封合材料48密 封第一管狀結(jié)構(gòu)32與第二管狀結(jié)構(gòu)44，如圖3所示。最重要的是，由圖中 可看出，第一管狀結(jié)構(gòu)32與第二管狀結(jié)構(gòu)44形狀相同但管徑不同。第一管狀結(jié)構(gòu)32與第二管狀結(jié)構(gòu)44可由玻璃、金屬、合金或高分子所 構(gòu)成。兩管狀結(jié)構(gòu)的管徑不同，其中具有較小管徑者可為中空或?qū)嵭臉?gòu)造。 第一管狀結(jié)構(gòu)32與第二管狀結(jié)構(gòu)44的形狀并不受限，可制作成包括直管、 彎管、半圓管或螺旋管等。導(dǎo)電層34可包括銦錫氧化層(Indium Tin Oxide, ITO)或鋁鋅氧化層 (Aluminum Zinc Oxide, AZO)。電子傳輸層36可為一二氧化鈦層。染料層38 可包才舌4了(ruthenium)、花青素(anthocyanidins)或葉鄉(xiāng)錄素(chlorophyll)。金屬層42可包括鈀(palladium， Pd)或柏(platinum, Pt)。電解液40可包括 碘離子。電解液40填入的空隙具有相同距離，大約小于50微米。本發(fā)明將太陽能電池單元的光電反應(yīng)面積增大的作法是將太陽能電池 單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成管狀。若以一般直管的太陽能電池單元與傳統(tǒng)平面式太陽能 電池單元在相同面積下作比較，直管式太陽能電池內(nèi)可涂布電子傳輸層的表
面積為平面式的3倍，因此可知，管狀太陽能電池單元是一種可有效增加光 電反應(yīng)面積的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。且依本發(fā)明來看，兩管狀結(jié)構(gòu)只須符合相同形狀、 不同管徑，其外型即可制作成直管、圓管、螺旋管等各種形狀，毫不受限。 而由于太陽能電池形狀非傳統(tǒng)的平面式，故可應(yīng)用的層面更為廣泛。本發(fā)明另提供一種太陽能電池模塊，包括多個(gè)上述太陽能電池組件。請(qǐng)參閱圖4 圖6，說明本發(fā)明太陽能電池模塊。請(qǐng)參閱圖4，太陽能電池模塊50由多個(gè)太陽能電池組件52所組成，每 一太陽能電池組件52呈水平排列，并以一導(dǎo)線54彼此串接。請(qǐng)參閱圖5，太陽能電池模塊50，由多個(gè)太陽能電池組件52，所組成，每 一太陽能電池組件52，呈直立排列，并以一導(dǎo)線54彼此串接。亦可在太陽能 電池組件52，底部設(shè)置一反射裝置56，以增加光利用率，提升光電轉(zhuǎn)換效率。 反射裝置56可為一反射板，請(qǐng)參閱圖6，太陽能電池模塊50，，由多個(gè)管狀太陽能電池組件52"所組 成，并在管狀太陽能電池組件52"底部設(shè)置一反射裝置56，，同樣為增加光 利用率，提升光電轉(zhuǎn)換效率。反射裝置56'亦可為一反射板。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 業(yè)內(nèi)人士，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池組件，包括一第一管狀結(jié)構(gòu)；一電子傳輸層，涂布于該第一管狀結(jié)構(gòu)上；一第二管狀結(jié)構(gòu)；一金屬層，涂布于該第二管狀結(jié)構(gòu)上，其中該第一與第二管狀結(jié)構(gòu)的管徑不同，該電子傳輸層與該金屬層相對(duì)排列且該兩管狀結(jié)構(gòu)間形成有一空隙；一染料層，涂布于該電子傳輸層上；以及一電解質(zhì)，填充于該空隙內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該第一與第二管狀結(jié)構(gòu)是由 玻璃、金屬、合金或高分子所構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該第一與第二管狀結(jié)構(gòu)中具 有較小管徑者為中空或?qū)嵭摹?br> 4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該第一與第二管狀結(jié)構(gòu)包括 直管、彎管、半圓管或螺旋管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該電子傳輸層為一二氧化鈦層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，還包括一導(dǎo)電層，形成于該 電子傳輸層與該第一管狀結(jié)構(gòu)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池組件，該導(dǎo)電層包括銦錫氧化層或 鋁鋅氧化層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該金屬層包括鈀或鉑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該空隙具有相同的距離。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該染料層包括釕、花青素或 葉綠素。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，該電解液包括碘離子。
12. —種太陽能電池模塊，包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所迷的太陽能電池組件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池模塊，其中所述太陽能電池組件 呈水平或直立排列。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池模塊，還包括一導(dǎo)線，串接所述 太陽能電池組件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池模塊，還包括一反射裝置，設(shè)置 于所述太陽能電池組件底部。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池模塊，其中該反射裝置為一反射板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽能電池組件，包括一第一管狀結(jié)構(gòu)；一電子傳輸層，涂布于該第一管狀結(jié)構(gòu)上；一第二管狀結(jié)構(gòu)；一金屬層，涂布于該第二管狀結(jié)構(gòu)上，其中該第一與第二管狀結(jié)構(gòu)的管徑不同，該電子傳輸層與該金屬層相對(duì)排列且該兩管狀結(jié)構(gòu)間形成有一空隙；一染料層，涂布于該電子傳輸層上；以及一電解質(zhì)，填充于該空隙內(nèi)。本發(fā)明另提供一種包括多個(gè)所述太陽能電池組件的太陽能電池模塊。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101154693SQ20061015439
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者張悠揚(yáng), 李正中, 林明宏, 林炳南 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院