专利名称：染料敏化太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明的一个或多个实施例涉及一种染料敏化太阳能电池，更具体地说，涉及一种防止(或阻止)电解质从光电电池泄漏的染料敏化太阳能电池。
背景技术：
近来，已经对可替代化石燃料作为能源的用于将光能转换为电能的各种光电转换元件(例如，用于将太阳光转换为电能的太阳能电池)进行了研究。在具有各种操作原理的太阳能电池中，使用半导体的p-n结的晶片式硅或结晶硅太阳能电池是最流行的，然而它们需要高的制造成本来形成和处理高纯度的半导体材料。与太阳能电池不同，染料敏化太阳能电池包含光敏染料，接收具有可见光线的波长的入射光并通过入射光产生受激电子；半导体材料，接收受激电子；电解质，与从外部电路返回的电子反应。这里，与现有技术中的太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池展现出明显更高的光电转换效率。因此，期望染料敏化太阳能电池成为下一代太阳能电池。
发明内容
本发明的实施例的一方面涉及一种应用流体以及双密封结构来防止染料敏化太阳能电池中的电解质泄漏(或保护电解质不泄漏)的染料敏化太阳能电池。将在下面的描述中部分地阐述附加方面，部分地将通过描述而清楚，或者可通过实施提供的实施例而明了。根据本发明的一个或多个实施例，一种染料敏化太阳能电池包括光电电池，执行光电转换；第一基底和第二基底，第一基底与第二基底彼此面对；电解质，在第一基底和第二基底之间；内密封构件，在第一基底和第二基底之间，以限定光电电池并将电解质密封在光电电池内；外密封构件，与内密封构件分隔开并围绕内密封构件；流体，填充在内密封构件和外密封构件之间。在一个实施例中，流体用于向内密封构件施加压力，并且施加的压力大于内密封构件的内部压力。在一个实施例中，流体为气体。在一个实施例中，流体为液体。这里，流体的材料浓度可等于电解质的材料浓度。在一个实施例中，流体为硅油。在一个实施例中，流体为电解质。在一个实施例中，流体为电解质溶剂。在一个实施例中，外密封构件和内密封构件在所有的方向上分开相同的距离。在一个实施例中，内密封构件具有用于容纳光电电池的空间。
在一个实施例中，光电电池为多个光电电池，所述多个光电电池被布置为沿彼此平行的方向延伸。在一个实施例中，光电电池包括第一电极和第二电极，分别在第一基底和第二基底上；半导体层，在第一电极上，电解质在半导体层和第二电极之间。根据本发明的一个或多个实施例，一种染料敏化太阳能电池包括第一基底；第二基底，面对第一基底；第一电极，在第一基底上；第二电极，在第二基底上并面对第一电极；半导体层，在第一电极上；电解质，在半导体层和第二电极之间；内密封构件，在第一基底和第二基底之间并密封由内密封构件限定的空间内的电解质；外密封构件，与内密封构件分隔开并围绕内密封构件；流体，在内密封构件和外密封构件之间。
附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图1是示出根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池的结构的平面图；图2是示出图1中示出的内密封构件和外密封构件的结构的平面图；图3是沿图1的线III-III’获得的剖视图；图4是示出内密封构件和外密封构件的布置的透视图；图5是图4中示出的结构的分解透视图。
具体实施例方式现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。 然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应解释为局限于在此阐述的实施例；相反， 提供这些实施例将使得本公开是彻底的和完全的，并将把本发明的构思充分地传达给本领域普通技术人员。这里使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如在这里使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应理解的是，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表示存在所述的特征、整体、 步骤、操作、元件和/或组件，而不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、 元件、组件和/或它们的组。应该理解的是，虽然这里使用术语第一和第二来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。图1是示出根据本发明实施例的染料敏化太阳能电池100的结构的平面图，图2 是示出内密封构件130和外密封构件150的结构的平面图。染料敏化太阳能电池100包括一个或多个光电电池S，在包括多个光电电池S的情况下，利用内密封构件130来限定多个光电电池S。多个光电电池S可被布置为沿特定方向彼此平行。限定的多个光电电池S通过连接构件彼此串联连接或并联连接。可通过将多个光电电池S物理地支撑在第一基底110和第二基底120之间来调整多个光电电池S。多个光电电池S中的每个填充有电解质170。电解质170被内密封构件130密封， 密封构件130完全围绕多个光电电池S中的每个并布置在相邻的光电电池(S)之间。换言之，内密封构件130被布置为围绕电解质170以防止(或阻止)电解质170泄漏出去。另外，内密封构件130包括至少一个空间182，以容纳光电电池S。在具有多个光电电池S的情况下，通过内密封构件130来限定多个光电电池S。标号181表示用于容纳连接构件180的容纳空间，这将在下面参照图2进行描述。外密封构件150布置在由内密封构件130包围或限定的区域的外侧，并被构造为与内密封构件130分隔开设定的或预定的距离。外密封构件150用作填充在内密封构件 130中的电解质170的二次密封件并确保将要填充有流体140的空间。形成在外密封构件150和内密封构件130之间的空间填充有流体140。使用流体 140来防止或阻止通过内密封构件130密封的电解质170泄漏出去。流体140可以是气体和/或液体。在使用气体作为流体140的情况下，可使用任何各种气体。根据本发明的实施例，考虑到染料敏化太阳能电池100的制造成本，可使用空气作为构成流体140的气体。在使用液体作为流体140的情况下，可通过降低内密封构件130的内侧和外侧的材料浓度梯度来防止电解质140泄漏(或保护电解质140不泄漏)。液体的示例可包括硅油、电解质或电解质溶剂等。下面将参照图3至图5更详细地描述外密封构件150的布置以及随着外密封构件 150的布置而形成的流体140。图3是沿图1的线III-III’获得的剖视图。参照图3，染料敏化太阳能电池100 包括布置为彼此面对的第一基底110和第二基底120，以及布置在第一基底110和第二基底120之间的内密封构件130和外密封构件150。此外，染料敏化太阳能电池100包括一个或多个光电电池S，由内密封构件130限定；流体140，填充内密封构件130和外密封构件 150之间的空间。用于执行光电转换的功能层115和125分别形成在第一基底110和第二基底120上。第一基底110的功能层115包括光电极111和半导体层113，而第二基底120 的功能层125包括对电极121和催化剂层123。第一基底110和第二基底120可形成为具有矩形形状。第一基底110设置在染料敏化太阳能电池100的上部，而第二基底120设置在染料敏化太阳能电池100的下部。第一基底110是光接收基底，并且可由具有高透光度的材料形成。例如，第一基底 110可由玻璃基底和/或树脂膜形成。由于树脂膜是柔性的，所以当柔性是第一基底110的必要特性或期望特性时，第一基底110可由树脂膜形成。第二基底120是对基底并被布置为面对作为光接收基底的第一基底110。虽然对基底不需要是透明的，但是第二基底120可由透明材料形成，从而可沿相反的方向接收(和 /或传出)光VL，以提高光电转换效率。在一个实施例中，第二基底120由与第一基底110 的材料相同的材料形成。例如，在染料敏化太阳能电池100用作安装在构筑物(例如，窗框)中的建筑集成光伏(BIPV)的情况下，第一基底110和第二基底120均可由透明材料形成，从而基本不阻挡从外部进入的光VL。第一基底110和第二基底120结合在一起，在第一基底110和第二基底120之间设置设定的或预定的空间(间隙)，其中，可布置内密封构件130和外密封构件150。光电极111和对电极121分别形成在第一基底110和第二基底120上。吸收将被光VL激发的光敏染料的半导体层113形成在光电极111上，电解质170设置在半导体层113和对电极 121之间。光电极111用作染料敏化太阳能电池100的负极，并接收通过光电转换产生的电子，并且提供电流路径。通过光电极111入射的光VL激发由半导体层113吸收的光敏染料。光电极111可由具有导电性和透光性的透明导电氧化物(TCO)形成，例如IT0、FT0(掺氟二氧化锡)、ATO (氧化锡锑)等。光电极111还可包括由具有高导电性的金属(例如金(Au)、 银(Ag)、铝(Al)等)形成的金属电极。使用这种金属电极来降低光电极111的电阻，并且这种金属电极可被布置为条形图案或网格图案。半导体层113可由适于在染料敏化太阳能电池100中使用的半导体材料形成。可选地，半导体层113可由金属氧化物形成。半导体层113可包含Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、 Ti、Ag、Mn、Sn、&、Sr、(ia、Si或Cr等。光敏染料可附着到半导体层113以提高光电转换效率。可以这样形成半导体层113，即，将分散有直径为大约5nm至大约IOOOnm的半导体颗粒的浆料涂覆在其上形成有光电极111的第一基底110上，并对其施加设定的或预定的热和 /或压力。由半导体层113吸收的光敏染料吸收透射穿过第一基底110的光VL，光敏染料的电子从基态被激发至激发态。被激发的电子通过光敏染料和半导体层113之间的电连接转移到半导体层113的导带，在被转移之后穿过半导体层113并到达光电极111，并通过光电极111输出到外部，从而形成用于驱动外部电路的驱动电流。光敏染料可包括吸收可见光的分子，并使由于光而呈激发态的电子快速移动至半导体层113。光敏染料可以是液态、部分固态的凝胶、半固态或完全固态的形式。例如，光敏染料可以是钌基光敏染料。填充光电电池S的电解质170可以是包含氧化还原对的电解质。电解质170可以是固态电解质、凝胶电解质和/或液态电解质。对电极121用作染料敏化太阳能电池100的正极。由半导体层113吸收的光敏染料吸收光VL并被光VL激发，并且被激发的电子通过光电极111而引出到外部。另外，失去电子的光敏染料被还原，从而能够接收随着电解质170被氧化而提供的电子。被氧化的电解质170由通过外部电路到达对电极121的电子还原，因而完成光电转换。与光电极111 一样，对电极121也可由同时具有导电性和透光性的TCO形成。此外，对电极121还可包括由具有高导电性的金属(例如Ag、Au或Al等)形成的金属电极。催化剂层123可形成在对电极121上。催化剂层123可由能够用作还原催化剂以有助于提供电子的材料形成。例如，催化剂层123可由金属(例如钼(Pt)、Au、Ag或Al 等)、金属氧化物(例如氧化锡)和/或碳基材料(例如石墨)形成。多个光电电池S通过连接构件180彼此电连接。连接构件180可被布置在由图2 所示的内密封构件130限定的容纳空间181内。容纳空间181可被形成为贯穿内密封构件 130。连接构件180竖直地延伸(例如，沿光电转换模块100的厚度方向延伸)以与分别设置在连接构件180的上方和下方的光电极111和对电极121接触，并将相邻的光电电池S 之间的光电极111和对电极121电连接。图3示出了连接构件180使光电电池S串联连接的状态。连接构件180可由具有高导电性的金属性材料(例如，导电浆料)形成。虽然在上述的本实施例中形成了多个光电电池S，但是本发明不限于此。例如，可将具有单个光电电池S的染料敏化太阳能电池100用作独立的装置。图4是示出内密封构件130和外密封构件150的布置的透视图，图5是图4中示出的结构的分解透视图。如图4和图5所示，内密封构件130和外密封构件150布置在第一基底110和第二基底120之间。
内密封构件130保持第一基底110和第二基底120之间的间距并同时限定沿特定方向布置以彼此平行的光电电池S。此外，内密封构件130围绕并密封电解质170。热硬化树脂(例如，环氧树脂)、热塑性树脂(例如，离聚物)和/或光聚合物(例如，UV硬化环氧树脂)可被用作内密封构件130。外密封构件150也保持第一基底110和第二基底120之间的间距。热硬化树脂 (例如，环氧树脂)、热塑性树脂(例如，离聚物)和/或光聚合物(例如，UV硬化环氧树脂) 也可被用作外密封构件150。另外，外密封构件150在内密封构件130和外密封构件150之间提供(限定)将被流体140填充的空间。为了形成该空间，外密封构件150被布置为与内密封构件130隔开设定的或预定的距离。这里，外密封构件150和内密封构件130之间的距离在所有方向上可以是相同的。换言之，外密封构件150被布置为使得内密封构件130的长度方向的边缘和外密封构件150的长度方向的边缘之间的距离wl以及内密封构件130的宽度方向的边缘和外密封构件150的宽度方向的边缘之间的距离(举例来说)w2相同。因此，由流体 140施加到内密封构件130的外壁的压力是恒定的而与方向无关。由于恒定的压力施加到内密封构件130，所以可稳定地保持染料敏化太阳能电池100的用来防止电解质170泄漏 (或保护电解质170不泄漏)的密封结构。另外，外密封构件150和内密封构件130之间的压力被设置为高于内密封构件130 内部的压力(即，光电电池S的内部压力)。例如，在使用气体作为流体140的情况下，气体被注射以具有高于密封构件130内部的压力的压力。由于内密封构件130外部的流体140 的压力相对较高，所以可防止(或阻止)内密封构件130内部的电解质170泄漏出去。在使用液体作为流体140的情况下，可通过减小流体140的材料浓度与内密封构件130内部的电解质170的材料浓度之差来防止(或阻止)电解质的170泄漏。为了减小流体140和内密封构件130内部的电解质170的材料浓度之差，可将流体140的材料浓度设置为与电解质170的材料浓度相近或相同。液体的示例包括硅油、电解质或电解质溶剂等。特别地，在使用电解质或电解质溶剂的情况下，可使用这样的电解质或电解质溶剂，即， 电解质或电解质溶剂的材料浓度与内密封构件130内部的电解质170的材料浓度相同或基本相同(相等或基本相等)，以减小材料浓度梯度。在使用电解质作为流体140的情况下， 在一个实施例中，用作流体140的电解质与电解质170的离子组分、添加剂和溶剂类似，因此减小了材料浓度梯度或使材料浓度梯度最小化。另一方面，在使用电解质溶剂作为流体 140的情况下，在一个实施例中，有效地防止了电解质170的溶剂分子(溶剂分子是电解质 170的最弱的分子)的扩散，并且电解质溶剂与上述电解质相比相对便宜。另外，由于硅油表现出防水特性和在大约70°C至大约200°C的宽温度范围内较小的材料性质变化的特性， 所以根据一个实施例，通过利用硅油作为流体140，提高了染料敏化太阳能电池100的稳定性。在一个实施例中，硅油也作为防污剂(pollution repellent) 0虽然在本实施例中外密封构件150的总体尺寸小于第一基底110和第二基底120 的总体尺寸，但是本实施例不限于此。例如，外密封构件150的尺寸可与第一基底110和第二基底120的尺寸相同，因此染料敏化太阳能电池100可具有完整的六面体形状。如上所述，根据本发明的一个或多个上述实施例，染料敏化太阳能电池不仅可以包括内密封构件，还可以包括外密封构件，并且可被构造为使得填充在内密封构件和外密封构件之间的空间的流体用于将设定的或预定的压力施加到内密封构件，从而可有效地防止电解质的泄漏。此外，根据本发明的一个或多个上述实施例，染料敏化太阳能电池不仅可以包括内密封构件，还可以包括外密封构件，并可被构造为使得填充在内密封构件和外密封构件之间的空间的流体与内密封构件内部的电解质的材料浓度梯度减小或最小化，从而可有效地防止电解质的泄漏。因此，鉴于以上，可提高染料敏化太阳能电池的耐久性和可靠性。虽然已经结合特定的示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意图覆盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。
权利要求
1.一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括 光电电池，执行光电转换；第一基底和第二基底，第一基底与第二基底彼此面对； 电解质，在第一基底和第二基底之间；内密封构件，在第一基底和第二基底之间，以限定光电电池并将电解质密封在光电电池内；外密封构件，与内密封构件分隔开并围绕内密封构件； 流体，填充在内密封构件和外密封构件之间。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体用于向内密封构件施加压力， 并且施加的压力大于内密封构件的内部压力。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为气体。
4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为液体。
5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体的材料浓度基本等于电解质的材料浓度。
6.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为硅油。
7.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为电解质。
8.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为电解质溶剂。
9.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，外密封构件和内密封构件在所有的方向上分开相同的距离。
10.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，内密封构件具有用于容纳光电电池的空间。
11.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述光电电池为多个光电电池， 所述多个光电电池被布置为沿彼此平行的方向延伸。
12.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，光电电池包括第一电极、第二电极和半导体层，第一电极在第一基底上，第二电极在第二基底上，半导体层在第一电极上， 电解质在半导体层和第二电极之间。
13.一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括 第一基底；第二基底，面对第一基底；第一电极，在第一基底上；第二电极，在第二基底上并面对第一电极；半导体层，在第一电极上；电解质，在半导体层和第二电极之间；内密封构件，在第一基底和第二基底之间并密封由内密封构件限定的空间内的电解质；外密封构件，与内密封构件分隔开并围绕内密封构件； 流体，在内密封构件和外密封构件之间。
14.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体包括填充在内密封构件和外密封构件之间以将比内密封构件的内部压力大的压力施加到内密封构件的气体。
15.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为液体。
16.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体的材料浓度与电解质的材料浓度基本相同。
17.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为硅油。
18.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为电解质。
19.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，流体为电解质溶剂。
20.如权利要求13所述的染料敏化太阳能电池，其中，外密封构件和内密封构件在所有的方向上分开相同的距离。
全文摘要
本发明公开了一种染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池包括一个或多个光电电池，执行光电转换；第一基底和第二基底，第一基底和第二基底彼此面对；电解质，在第一基底和第二基底之间；内密封构件，在第一基底和第二基底之间，以限定一个或多个光电电池并将电解质密封在所述一个或多个光电电池内；外密封构件，与内密封构件分隔开并围绕内密封构件；流体，填充在内密封构件和外密封构件之间。
文档编号H01G9/08GK102262960SQ201110062378
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月24日
发明者杨南喆 申请人:三星Sdi株式会社