專利名稱：一種染料敏化太陽能電池封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽能電池，具體涉及染料敏化太陽能電池的封裝方法。
背景技術(shù)：
與具有明顯地域限制的風(fēng)能，水能，地?zé)?，潮汐等相比，太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)成為新能源開發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。首先太陽能資源豐富染料，太陽光40分鐘照射地球輻射的能量相當(dāng)于全球人類一年的能量需求，其次太陽能是潔凈能源，并且不受地域限制，利用成本很低。太陽能利用的重要途徑之一就是研制太陽能電池。
染料敏化納米晶太陽能電池是新一代的太陽能電池。1991年，GratzelM.在《Nature》上發(fā)表了關(guān)于染料敏化納米晶體太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cells，簡(jiǎn)稱DSSCs )的文章以較低的成本得到了大于7%的光電轉(zhuǎn)化效率，1997年，該電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了10%~11%，短路電流達(dá)到18mA/cm2，開路電壓達(dá)到720mV;從而引起了全世界的關(guān)注。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體太陽能電池相比，DSSCS制備工藝簡(jiǎn)單，不需要在高潔凈度下環(huán)境制造，加工成本低(制造成本僅為硅太陽能電池的1/5 1/10);具有很好的透光性，可以與窗飾材料等集成作為新一代節(jié)能建筑材料；DSSCS可以在在各種光照條件下使用，不必陽光直射，在陽光散射的條件下也可以很好的利用太陽光，對(duì)光陰影不敏感；可在很寬溫度范圍內(nèi)正常工作等優(yōu)點(diǎn)；并且可以在柔性基板上制作。以上的特點(diǎn)使得染料敏化納米晶太陽能電池具有很好的大規(guī)模應(yīng)用前景。
但是，目前該電池的封裝問題是影響其應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵性問題。由于染料敏化納米晶太陽能電池采用的是光陽極一電解液一對(duì)電極的三明治結(jié)構(gòu)，光陽極采用的是制作在導(dǎo)電玻璃基板上多孔二氧化鈦膜，對(duì)電極采用的是制作在導(dǎo)電玻璃基板上的鉑膜，而電解液采用的是具有高揮發(fā)性和高氧化性的液態(tài)電解液。所以該電池要想具備很穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)化效率和很長(zhǎng)的使用壽命，就必須有效地防止夾在導(dǎo)電玻璃中間的電解液的揮發(fā)和泄露。由于電解液自身的高揮發(fā)性和高氧化性以及太陽能電池不同的工作環(huán)境，使得封裝問題成為影響該電池應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵性問題，特別是大面積太陽能電池的封裝更是重點(diǎn)之中的難點(diǎn)問題。
目前，封裝小面積染料敏化納米晶太陽能電池所采用的是由美國杜邦公司生產(chǎn)的Surlyn膠，它屬于一種有機(jī)高分子熱熔膠，由于小面積染料敏化納米晶太陽能電池只用于實(shí)驗(yàn)室研究和測(cè)試用，不涉及到大面積太陽能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和壽命等問題，所以這種熱熔膠可以滿足小面積電池封裝的需要。但是一旦用于大面積染料敏化納米晶太陽能電池的封裝，這種熱熔膠就會(huì)面臨很多問題，首先是電解液的高氧化性，由于這種Surlyn膠是由一種有機(jī)高分子，而封裝大面積電池時(shí)需要與大量的電解液接觸，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)被高氧化的電解液腐蝕而造成局部泄露等情況。其次是Surlyn膠的熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)電玻璃基板本身有很大差別，當(dāng)電池面積較大時(shí)，在Suriyn膠熱熔過程中由于外加機(jī)械力等原因會(huì)造成玻璃基板的彎曲變形，對(duì)電池的轉(zhuǎn)化效率造成很大影響。再次，由于太陽能電池要處于不同的工作環(huán)境，環(huán)境所帶來的局部高溫是不可避免的，而熱熔膠的軟化點(diǎn)僅為10(TC所有，極易被環(huán)境溫度融化而造成泄露。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可用于封裝大面積染料敏化太陽能電池的封裝方法，能夠提高大面積染料敏化太陽能電池的穩(wěn)定性和使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種染料敏化太陽能電池封裝方法，如圖1所示，包括以下步驟
步驟1:采用有機(jī)高分子粘結(jié)劑和有機(jī)分散劑按質(zhì)量比1:5 1:100的比例混合為漿料A，然后通過機(jī)械研磨、超聲分散的方式使?jié){料A充分溶解于無水乙醇中，制得粘性膠體B。所述有機(jī)高分子粘結(jié)劑可以是乙基纖維素或聚乙二醇；所述有機(jī)分散劑可以是乙酰丙酮或松油醇。
步驟2:采用玻璃粉和步驟1所得的粘性膠體B按質(zhì)量比10:1-1:1的比例混合，然后通過機(jī)械研磨、超聲分散使其分散均勻，制得粘結(jié)用漿料C。所述玻璃粉可以是無鉛玻璃粉或者其他玻璃粉，其中無鉛玻璃粉可以是硼鋅玻璃粉或硼鋇鋰玻璃粉。
步驟3:在光陽極導(dǎo)電玻璃或?qū)﹄姌O導(dǎo)電玻璃的封裝區(qū)域內(nèi)開出兩個(gè)小孔(如圖2中的圖標(biāo)5所示)，以備灌注染料和電解液用。
步驟4:采用刮涂法或者絲網(wǎng)印刷法在光陽極導(dǎo)電玻璃的光陽極表面封裝區(qū)域的邊緣涂覆一層5 30微米厚的粘結(jié)用漿料C (如圖3所的圖標(biāo)2示)；同理，在電極導(dǎo)電玻璃的對(duì)電極表面相對(duì)應(yīng)的位置同樣涂覆一層5~30微米厚的粘結(jié)用漿料C (如圖4中的圖標(biāo)2所示)。
步驟5:將鋪有粘結(jié)用漿料C的光陽極導(dǎo)電玻璃和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃進(jìn)行干燥處理。
步驟6:將干燥處理后的光陽極導(dǎo)電玻璃和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃對(duì)接拼裝在一起，在高于步驟2所用玻璃粉熔點(diǎn)的溫度條件下加熱1~24小時(shí)。步驟7:把經(jīng)步驟6粘結(jié)好的光陽極導(dǎo)電玻璃和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃取出，通過步驟3所開出的小孔，往其內(nèi)部灌注染料和電解液。
步驟8:采用熔融的玻璃粉密封步驟3所開出的小孔。
采用本發(fā)明封裝方法所封裝的染料敏化太陽能電池，具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以很好的解決電解液泄露問題，實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，使電池的光電轉(zhuǎn)化效率無明顯變化。


圖1是本發(fā)明所述染料敏化太陽能電池封裝方法的工藝流程圖。
圖2是采用本發(fā)明制備出的染料敏化太陽能電池整體示意圖。其中1是鍍有鉑層對(duì)電極的導(dǎo)電玻璃，2是粘結(jié)用漿料C， 3是光陽極導(dǎo)電玻璃上的光陽極，4是光陽極導(dǎo)電玻璃，5是步驟3所開出的小孔。
圖3是涂敷了粘結(jié)用漿料C后的光陽極導(dǎo)電玻璃示意圖。其中6是導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電層。
圖4是涂敷了粘結(jié)用漿料C后的對(duì)電極導(dǎo)電玻璃示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例實(shí)施例1
原料硼鋅玻璃粉，乙基纖維素，松油醇，無水乙醇。制備工藝稱取5g乙基纖維素與45g松油醇溶于無水乙醇，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，制得粘性膠體B;然后稱取100g硼鋅玻璃粉與粘性膠體B混合，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，用刮涂法在制備好的大面積光陽極邊緣以及其他所需密封處，涂一層20微米厚的混合漿料；然后在對(duì)電極的相對(duì)位置同樣刮涂一層20微米厚的漿料，放入千燥箱8(TC干燥10分鐘后，將其對(duì)齊放入馬弗爐中在40(TC下燒結(jié)2小時(shí)，爐冷降至室溫。取出，通過事先預(yù)留小孔灌注染料，自然晾干后灌注電解液。然后用玻璃粉把小孔封好。技術(shù)效果封裝完后立刻檢測(cè)該電池得到了效率為4.6。/。的大面積電池。過30天后在相同條件下再次檢測(cè)，該電池效率仍可達(dá)到4.58%，并無明顯變化。這個(gè)結(jié)果說明該電池封裝效果較好，在30天內(nèi)并未發(fā)生泄露現(xiàn)象。
實(shí)施例2原料硼鋅玻璃粉，乙基纖維素，松油醇，無水乙醇。制備工藝稱取5g乙基纖維素與450g松油醇溶于無水乙醇，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，制得粘性膠體B;然后稱取500g硼鋅玻璃粉與粘性膠體B混合，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，用刮涂法在制備好的大面積光陽極邊緣以及其他所需密封處，涂一層IO微米厚的混合漿料；然后在對(duì)電極的相對(duì)位置同樣刮涂一層IO微米厚的漿料，放入干燥箱8(TC干燥IO分鐘后，將其對(duì)齊放入馬弗爐中在40(TC下燒結(jié)4小時(shí)，爐冷降至室溫。取出，通過事先預(yù)留小孔灌注染料，自然晾干后灌注電解液。然后用玻璃粉把小孔封好。技術(shù)效果封裝完后立刻檢測(cè)該電池得到了效率為4.38%的大面積電池。過30天后在相同條件下再次檢測(cè)，該電池效率仍可達(dá)到4.32%，并無明顯變化。這個(gè)結(jié)果說明該電池封裝效果較好，在30天內(nèi)并未發(fā)生泄露現(xiàn)象。
實(shí)施例3
原料硼鋅玻璃粉，聚乙二醇，乙酰丙酮，無水乙醇。制備工藝稱取15g聚乙二醇與150g乙酰丙酮溶于無水乙醇，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，制得粘性膠體B;然后稱取1000g硼鋅玻璃粉與粘性膠體B混合，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，
用刮涂法在制備好的大面積光陽極邊緣以及其他所需密封處，涂一層10微米厚的混合漿料；
然后在對(duì)電極的相對(duì)位置同樣刮涂一層10微米厚的漿料，放入干燥箱8(TC干燥10分鐘后，將其對(duì)齊放入馬弗爐中在40(TC下燒結(jié)4小時(shí)，爐冷降至室溫。取出，通過事先預(yù)留小孔灌注染料，自然晾干后灌注電解液。然后用玻璃粉把小孔封好。技術(shù)效果封裝完后立刻檢測(cè)該電池得到了效率為4.53%的大面積電池。過30天后在相同條件下再次檢測(cè)，該電池效率仍可達(dá)到4.46%，并無明顯變化。這個(gè)結(jié)果說明該電池封裝效果較好，在30天內(nèi)并未發(fā)生泄露現(xiàn)象。
實(shí)施例4
原料硼鋇鋰璃粉，乙基纖維素，松油醇，無水乙醇。制備工藝稱取1.5g乙基纖維素
與150g松油醇溶于無水乙醇，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，制得粘性膠體B;
然后稱取1500g硼鋇鋰璃粉與粘性膠體B混合，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，
用刮涂法在制備好的大面積光陽極邊緣以及其他所需密封處，涂一層IO微米厚的混合漿料；
然后在對(duì)電極的相對(duì)位置同樣刮涂一層30微米厚的漿料，放入干燥箱80'C干燥20分鐘后，將其對(duì)齊放入馬弗爐中在40(TC下燒結(jié)6小時(shí)，爐冷降至室溫。取出，通過事先預(yù)留小孔灌注染料，自然晾干后灌注電解液。然后用玻璃粉把小孔封好。技術(shù)效果封裝完后立刻檢測(cè)該電池得到了效率為4.54%的大面積電池。過30天后在相同條件下再次檢測(cè)，該電池效率仍可達(dá)到4.46%，并無明顯變化。這個(gè)結(jié)果說明該電池封裝效果較好，在30天內(nèi)并未發(fā)生泄露現(xiàn)象。
實(shí)施例5
原料硼鋇鋰璃粉，乙酰丙酮，聚乙二醇，無水乙醇。制備工藝稱取1.5g聚乙二醇與100g乙酰丙酮溶于無水乙醇，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，制得粘性膠體B;
然后稱取1200g硼鋇鋰璃粉與粘性膠體B混合，采用機(jī)械研磨超聲分散等方法使其充分混合，
用刮涂法在制備好的大面積光陽極邊緣以及其他所需密封處，涂一層IO微米厚的混合漿料；
然后在對(duì)電極的相對(duì)位置同樣刮涂一層10微米厚的漿料，放入干燥箱6(TC干燥10分鐘后，將其對(duì)齊放入馬弗爐中在40(TC下燒結(jié)4小時(shí)，爐冷降至室溫。取出，通過事先預(yù)留小孔灌注染料，自然晾干后灌注電解液。然后用玻璃粉把小孔封好。技術(shù)效果封裝完后立刻檢測(cè)該電池得到了效率為4.58%的大面積電池。過30天后在相同條件下再次檢測(cè)，該電池效率仍可達(dá)到4.42%，并無明顯變化。這個(gè)結(jié)果說明該電池封裝效果較好，在30天內(nèi)并未發(fā)生泄露現(xiàn)象。
對(duì)比實(shí)施例6
原料Surlyn熱熔膠制備工藝取制備好的大面積光陽極和對(duì)電極，在需要位置貼一層25微米厚的熱熔Surlyn膠，放入烘箱內(nèi)在IO(TC下加熱20min取出。通過事先預(yù)留小孔染色，灌注電解液。然后再次用熱熔Surlyn膠把小孔封好。技術(shù)效果封裝完成后立刻檢測(cè)得到效率4.2%的大面積電池.過30天后在相同條件下再次檢測(cè)，該電池效率僅為2.4%,有明顯的下降。
權(quán)利要求
1、一種染料敏化太陽能電池封裝方法，包括以下步驟步驟1采用有機(jī)高分子粘結(jié)劑和有機(jī)分散劑按質(zhì)量比1∶5～1∶100的比例混合為漿料A，然后通過機(jī)械研磨、超聲分散的方式使?jié){料A充分溶解于無水乙醇中，制得粘性膠體B；步驟2采用玻璃粉和步驟1所得的粘性膠體B按質(zhì)量比10∶1～1∶1的比例混合，然后通過機(jī)械研磨、超聲分散使其分散均勻，制得粘結(jié)用漿料C；步驟3在光陽極導(dǎo)電玻璃或?qū)﹄姌O導(dǎo)電玻璃的封裝區(qū)域內(nèi)開出兩個(gè)小孔，以備灌注染料和電解液用；步驟4采用刮涂法或者絲網(wǎng)印刷法在光陽極導(dǎo)電玻璃的光陽極表面封裝區(qū)域的邊緣涂覆一層5～30微米厚的粘結(jié)用漿料C；同理，在電極導(dǎo)電玻璃的對(duì)電極表面相對(duì)應(yīng)的位置同樣涂覆一層5～30微米厚的粘結(jié)用漿料C；步驟5將鋪有粘結(jié)用漿料C的光陽極導(dǎo)電玻璃和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃進(jìn)行干燥處理；步驟6將干燥處理后的光陽極導(dǎo)電玻璃和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃對(duì)接拼裝在一起，在高于步驟2所用玻璃粉熔點(diǎn)的溫度條件下加熱1～24小時(shí)；步驟7把經(jīng)步驟6粘結(jié)好的光陽極導(dǎo)電玻璃和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃取出，通過步驟3所開出的小孔，往其內(nèi)部灌注染料和電解液；步驟8采用熔融的玻璃粉密封步驟3所開出的小孔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池封裝方法，其特征在于，步驟1中所述有機(jī)高分子粘結(jié)劑是乙基纖維素或聚乙二醇；所述有機(jī)分散劑是乙酰丙酮或松油醇。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的染料敏化太陽能電池封裝方法，其特征在于，步驟2中所述玻璃粉是無鉛玻璃粉或者其他玻璃粉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的染料敏化太陽能電池封裝方法，其特征在于，所述無鉛玻璃粉是硼鋅玻璃粉或硼鋇鋰玻璃粉。
全文摘要
一種染料敏化太陽能電池封裝方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽能電池，具體涉及染料敏化太陽能電池的封裝方法。本發(fā)明核心思想是采用有機(jī)高分子粘結(jié)劑和有機(jī)分散劑混合并溶于無水乙醇，得到粘性膠體B；然后加入玻璃粉，制得粘結(jié)用漿料C；采用刮涂法或者絲網(wǎng)印刷法在光陽極和對(duì)電極導(dǎo)電玻璃表面涂覆一層粘結(jié)用漿料C，然后經(jīng)干燥處理后進(jìn)行對(duì)接拼裝，在高于步驟2所用玻璃粉熔點(diǎn)的溫度條件下加熱1~24小時(shí)，即可將染料敏化太陽能電池封裝起來。采用本發(fā)明封裝方法所封裝的染料敏化太陽能電池，具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以很好的解決電解液泄露問題，實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，使電池的光電轉(zhuǎn)化效率無明顯變化。
文檔編號(hào)H01M14/00GK101533721SQ200910058940
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者何泓材, 李華偉, 寧 王, 黎 韓 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)