薄膜太阳能电池板及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜太阳能电池板及其制备方法。

背景技术：

随着资源短缺和环境污染问题的日益突出，太阳能作为一种清洁可再生能源越来越受到世人的关注。当前，通过太阳能电池进行光电转换是人类利用太阳能的主要途径之一。在太阳能电池中，硅太阳能电池因其转换率高和技术成熟占据了太阳能电池90％的份额，然而硅系太阳能电池因其工艺复杂，价格昂贵，材料要求苛刻而难以普及。如何提高太阳能电池的光电转换效率并有效的降低其制造成本，成为诸多太阳能电池工作者不断追求的目标。

染料敏化太阳电池(DSSC)是模仿光合作用研制出来的新型太阳能电池，具有低成本，易于制造和高效率等优点，极有可能取代传统固态光伏器件，如硅太阳能电池、锑化镉薄膜电池和铜铟镓硒薄膜电池等，成为未来太阳能电池的主导。小尺寸的染料敏化太阳能电池通常是由透明导电玻璃、TiO2多孔纳米膜、敏化染料、电解质溶液以及镀Pt对电极构成的“三明治”式结构电池，其性能己接近非晶硅太阳电池；但在研制大面积DSSC中发现，在同样结构下，如果把小面积DSSC简单放大为大面积电池时，电池具有很大的内阻，使电池的填充因子迅速减小，电池的光电转换效率也大幅度降低，从而影响了DSSC的电池性能，达不到实用化要求。为得到较高光电转换效率的大面积DSSC，通常将大尺寸染料敏化太阳能电池分隔成一定数量的条状子电池模块，并每个条状子电池模块边缘制作一条直线型的栅电极，以缩短电子的传输距离，但在电池面积增大的情况下，条状子单元电池模组宽度也变大，简单的制作一条栅电极不能够完全解决电子传输路径长导致效率降低的问题。

由于DSC内部复杂的物理和化学环境，电子在电解液的传递过程中伴随着复杂的反应过程，这些都对密封材料的提出了更高要求，而且要有足够的强度以防止电解液的泄露和挥发，目前采用Surlyn1702热封薄膜的、存在稳定性和耐溶剂性差、难自动化、成本高等缺点；采用用玻璃浆料的、存在难以保证封装的均一性，部分上下封装点不能良好接触等缺点，从而导致电解液泄露，采用特制粘合剂存在封装时易短路的缺点，因为粘合剂在高温和压力下易变形，从而使粘合层变薄，导致光阳极和对电极上的导电电极有接触点，从而导致短路。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种薄膜太阳能电池板及其制备方法，以解决具有较高的电导率和电化学稳定性，能够高效收集电池内部各区域电子，提高电池封装的稳定性，封装的均一性等问题。

本发明采用的技术方案如下：一种薄膜太阳能电池板，包括对合封装的光阳极组件和对电极组件，所述光阳极组件包括至少两个光阳极单元，所述对电极组件包括至少两个对电极单元，相邻的光阳极单元和相邻的对电极单元之间分别设有间隔层，所述光阳极单元与所述对电极单元一一对应形成电池单元，所述电池单元中填充有凝胶电解质，所述光阳极组件和所述对电极组件分别上设有主导电极，所述主导电极的长度方向与所述光阳极组件和所述对电极组件的长度方向一致，所述主导电极上梳状分布有多个副导电极；

所述凝胶电解质包括双离子液体电解质、凝胶剂、TiO2纳米粒子；所述双离子液体电解质包括摩尔比为1：(0.5～1.5)的锍阳离子液体和二乙基甲基锍碘离子液体、碘化锂、碘、4-叔丁基吡啶和碳酸丙二酯。

优选的，所述锍阳离子液体中的阳离子为[(CH3)2SC4H9]⁺，阴离子为[N(SO2CF3)2]^-、[C(SO2CF3)3]^-，[PF6]^-、[(C2F5)3PF3]^-中的一种或两种以上。

优选的，所述凝胶剂采用以下方法获得：依次将摩尔比为1：1.16的乙烯基苄氯和二乙烯基苯，三氟化硼和正庚万投入反应器中，在25℃下，边搅拌边进行阳离子聚合反应，反应时间15min，之后加入乙醇中止反应，将反应物过滤，所得沉淀用乙醇冲洗，然后在60℃下真空干燥24h，得到所述凝胶剂。

优选的，所述TiO2纳米粒子采用以下方法获得：将质量比为1:1的甲基咪唑和TiO2投入DMF中，超声5min，然后在25℃下，剧烈搅拌24h，所得产物离心分离，将分离的粗产物用乙醇清洗，最后在60℃下真空干燥24h，得到所述TiO2纳米粒子。

优选的，所述光阳极单元包括第一基底，所述第一基底上等距平行开设有多个第一条形凹槽，所述第一基底上涂覆有第一导电层，所述第一条形凹槽中设有副导电极，多个所述副导电极上连接有同一个主导电极，所述主导电极上覆盖有硬质绝缘层，所述第一导电层上设有光电转换层。

优选的，所述对电极单元包括第二基底，所述第二基底上开设有与所述第一条形凹槽相对应的第二条形凹槽，所述第二基底上涂覆有第一导电层(1c)，所述第二条形凹槽中设有副导电极，多个所述副导电极上连接有同一个主导电极，所述主导电极上覆盖有硬质绝缘层，所述第一导电层上设有第二导电层。

优选的，所述第一条形凹槽的长度方向与第一基底的宽度方向一致，所述第二条形凹槽的长度方向与所述第二基底的宽度方向一致，设置在所述第一基底上的副导电极与光电转换层之间设有电极保护层，设置在所述第二基底上的副导电极与第二导电层之间设有电极保护层。

优选的，所述主导电极和副导电极的电阻率小于第一导电层和第二导电层的电阻率。

优选的，所述第一基底和所述第二基底均为透明玻璃衬底，所述第一导电层为FTO膜，所述第二导电层为Pt膜，所述主导电极和所述副导电极均为银电极，硬质绝缘层和电极保护层均为耐腐蚀玻璃，所述间隔层为热性粘结剂或UV固化胶，所述光电转换层为吸附N719染料的TiO2层。

一种薄膜太阳能电池板的制备方法，关键在于包括以下步骤：

步骤一、制备光电极组件：将开设有多个第一条形凹槽的第一基底上覆盖第一导电层，通过激光将第一导电层刻蚀成多个条状第一导电层，将把银浆料印刷至第一条形凹槽中并干燥，形成副导电极，所述副导电极的厚度大于所述第一条形凹槽的高度，接着在所述副导电极上印刷银浆料，形成主导电极，然后并在副导电极上方印刷电极保护层后干燥，副导电极除与主导电极连通端外都需被电极保护层覆盖，电极保护层厚度为5～12μm，接着在主导电电极上方印刷硬质绝缘层，硬质绝缘层厚度为8～15μm；采用丝网印刷的方式将TiO2浆料TiO2-18NR-T涂覆到第一导电层上方，厚度为8～15μm，将已完成结构物加工的第一基底放入烧结炉进行烧结，烧结温度为450-500度，保温15-30min，并将第一基底放入被乙腈和叔丁醇稀释的N719溶液中浸泡，从而得到光电转换层；最后将热性粘结剂或UV固化胶印刷至各个条状光电转换层四周，形成间隔层，所述间隔层将光电极组件分隔成多个光阳极单元；

步骤二、制备对电极组件：将开设有多个第二条形凹槽的第二基底上覆盖第一导电层，通过激光将第一导电层刻蚀成条状第一导电层，将把银浆料印刷至第二条形凹槽中并干燥，形成副导电极，所述副导电极的厚度大于所述第二条形凹槽的高度，接着在所述副导电极上印刷银浆料，形成主导电极，然后并在副导电极上方印刷电极保护层后干燥，副导电极除与主导电极连通端外都需被电极保护层覆盖，电极保护层厚度为5～12μm，接着在主导电电极上方印刷硬质绝缘层，硬质绝缘层厚度为8～15μm；采用丝网印刷的方式将铂浆料OPV-Pt-5涂覆到第一导电层上方，形成第二导电层，厚度为0.05～0.2μm，最后将将热性粘结剂或UV固化胶印刷至各个条状第二导电层四周，形成间隔层，所述间隔层将对电极组件分隔成多个对电极单元；

步骤三、对合封接：将光电极组件和对电极组件的间隔层上下对准后，在热压机或UV固化机中进行封装，光阳极单元与对电极单元一一对应形成电池单元，利用真空或挤压注入的方式将电解质注入电池单元中，并密封注入孔，各电池单元进行串并联接，得到薄膜太阳能电池板。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种薄膜太阳能电池板及其制备方法，通过设置主、副导电极可以在薄膜太阳能电池板中的条状电池模块宽度增大时，缩短电子在高电阻的第一、二导电层上的运动距离，从而更加高效的收集和传导电池中的电子，进而提升电池效率，通过在主导电极上设置硬质绝缘层以及粘结剂作为间隔层封装，避免粘结剂在高温和压力下易变形变薄，导致光阳极和对电极上的导电电极有接触点而导致短路，提高电池的使用寿命和稳定性；凝胶电解质引入的锍阳离子液体和二乙基甲基锍碘离子液体混合组成的双离子液体电解质，能显著提高电池的短路电流和开路电压；引入的的凝胶剂与离子液体之间具有好的兼容性，在极低的含量即可形成凝胶，降低总体系的粘度和具有便于离子传输的网状离子立体通道，从而加快锂离子的传输速率，提高电池的光电转换效率；引入咪唑阳离子表面修饰过的TiO2纳米粒子后，电解质中形成离子传输网络，通过高斯机理增加了自由离子有序的移动，降低了TiO2纳米粒子的表面能，防止其在电解质中聚集。因此，本发明提供的薄膜太阳能电池板工艺简单，而且电池稳定可靠，使用寿命长，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中光阳极组件1的结构示意图；

图3为图1中对电极组件2的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

实施例1薄膜太阳能电池板I

如图1-3所示，一种薄膜太阳能电池板，包括对合封装的光阳极组件1和对电极组件2，所述光阳极组件1包括四个光阳极单元，所述对电极组件2包括四个对电极单元，相邻的光阳极单元和相邻的对电极单元之间分别设有间隔层7，所述间隔层7为热性粘结剂，所述光阳极单元与所述对电极单元一一对应形成电池单元，所述光阳极组件1和所述对电极组件2之间填充有凝胶电解质I 3，所述光阳极组件1和所述对电极组件2分别上设有主导电极4，所述主导电极4的长度方向与所述光阳极组件1和所述对电极组件2的长度方向一致，所述主导电极4上梳状分布有多个副导电极5，所述主导电极4和所述副导电极5均为银电极；

所述光阳极单元包括第一基底1a，所述第一基底1a为透明玻璃衬底，所述第一基底1a上等距平行开设有多个第一条形凹槽1b，所述第一条形凹槽1b的长度方向与第一基底1a的宽度方向一致，所述第一基底1a上涂覆有FTO膜，所述第一条形凹槽1b中设有副导电极5，多个所述副导电极5上连接有同一个主导电极4，所述主导电极4上覆盖有耐腐蚀玻璃，所述第一导电层1c上设有光电转换层1e，所述光电转换层1e为吸附N719染料的TiO2层，设置在所述第一基底1a上的副导电极5与光电转换层1e之间设有耐腐蚀玻璃；

所述对电极单元包括第二基底2a，所述第二基底2a为透明玻璃衬底，所述第二基底2a上开设有与所述第一条形凹槽1b相对应的第二条形凹槽2b，所述第二条形凹槽2b的长度方向与所述第二基底2a的宽度方向一致，所述第二基底2a上涂覆有第一导电层1c，所述第二条形凹槽2b中设有副导电极5，多个所述副导电极5上连接有同一个主导电极4，所述主导电极4上覆盖有耐腐蚀玻璃，所述第一导电层1c上设有第二导电层2c，所示第二导电层2c为Pt膜，设置在所述第二基底2a上的副导电极5与第二导电层2c之间设有耐腐蚀玻璃；

所述凝胶电解质I采用以下方法制备：

步骤一、制备凝胶剂：依次将摩尔比为1：1.16的乙烯基苄氯和二乙烯基苯，三氟化硼和正庚万投入反应器中，在25℃下，边搅拌边进行阳离子聚合反应，反应时间15min，之后加入乙醇中止反应，将反应物过滤，所得沉淀用乙醇冲洗，然后在60℃下真空干燥24h，得到所述凝胶剂。

制备TiO2纳米粒子：将质量比为1:1的甲基咪唑和TiO2投入DMF中，超声5min，然后在25℃下，剧烈搅拌24h，所得产物离心分离，将分离的粗产物用乙醇清洗，最后在60℃下真空干燥24h，得到所述TiO2纳米粒子。

步骤二、将摩尔比为0.05：0.1：0.1：0.5的碘化锂、碘、4-叔丁基吡啶和溶剂分别加入双离子液体中，在60℃下搅拌8h，得到所述双离子液体电解质，所述双离子液体为摩尔比为1：0.5的[(CH3)2SC4H9]N(SO2CF3)2和二乙基甲基锍碘离子液体；

步骤三、把步骤一中得到的凝胶剂加入步骤二中得到的所述双离子液体电解质中形成聚离子液体凝胶电解质，所述凝胶剂的用量为所述离子液体电解质总质量的0.5％，在60℃下搅拌8h，然后将步骤一中得到的TiO2纳米粒子加入聚离子液体凝胶电解质中，所述TiO2纳米粒子的用量为所述离子液体电解质总质量的1％，继续搅拌8h，冷却至室温得到凝胶电解质I。

性能测试结果：该实施例制得的薄膜太阳能电池板的短路电流为5.82mA/cm²，开路电压为1.87V，转换效率为6.57％，填充因子为0.58。

实施例2薄膜太阳能电池板II

如图1-3所示，一种薄膜太阳能电池板，包括对合封装的光阳极组件1和对电极组件2，所述光阳极组件1包括六个光阳极单元，所述对电极组件2包括六个对电极单元，相邻的光阳极单元之间和相邻的对电极单元之间分别设有间隔层7，所述间隔层7为热性粘结剂，所述光阳极单元与所述对电极单元一一对应形成电池单元，所述光阳极组件1和所述对电极组件2之间填充有凝胶电解质II 3，所述光阳极组件1和所述对电极组件2分别上设有主导电极4，所述主导电极4的长度方向与所述光阳极组件1和所述对电极组件2的长度方向一致，所述主导电极4上梳状分布有多个副导电极5，所述主导电极4和所述副导电极5均为银电极；

所述光阳极单元包括第一基底1a，所述第一基底1a为透明玻璃衬底，所述第一基底1a上等距平行开设有多个第一条形凹槽1b，所述第一条形凹槽1b的长度方向与第一基底1a的宽度方向一致，所述第一基底1a上涂覆有FTO膜，所述第一条形凹槽1b中设有副导电极5，多个所述副导电极5上连接有同一个主导电极4，所述主导电极4上覆盖有耐腐蚀玻璃，所述第一导电层1c上设有光电转换层1e，所述光电转换层1e为吸附N719染料的TiO2层，设置在所述第一基底1a上的副导电极5与光电转换层1e之间设有耐腐蚀玻璃；

所述对电极单元包括第二基底2a，所述第二基底2a为透明玻璃衬底，所述第二基底2a上开设有与所述第一条形凹槽1b相对应的第二条形凹槽2b，所述第二条形凹槽2b的长度方向与所述第二基底2a的宽度方向一致，所述第二基底2a上涂覆有第一导电层1c，所述第二条形凹槽2b中设有副导电极5，多个所述副导电极5上连接有同一个主导电极4，所述主导电极4上覆盖有耐腐蚀玻璃，所述第一导电层1c上设有第二导电层2c，所示第二导电层2c为Pt膜，设置在所述第二基底2a上的副导电极5与第二导电层2c之间设有耐腐蚀玻璃；

所述凝胶电解质II采用以下方法制备：

步骤一、制备凝胶剂：依次将摩尔比为1：1.16的乙烯基苄氯和二乙烯基苯，三氟化硼和正庚万投入反应器中，在25℃下，边搅拌边进行阳离子聚合反应，反应时间15min，之后加入乙醇中止反应，将反应物过滤，所得沉淀用乙醇冲洗，然后在60℃下真空干燥24h，得到所述凝胶剂。

制备TiO2纳米粒子：将质量比为1:1的甲基咪唑和TiO2投入DMF中，超声5min，然后在25℃下，剧烈搅拌24h，所得产物离心分离，将分离的粗产物用乙醇清洗，最后在60℃下真空干燥24h，得到所述TiO2纳米粒子。

步骤二、将摩尔比为0.15：0.8：0.6：1.0的碘化锂、碘、4-叔丁基吡啶和溶剂分别加入双离子液体中，在60℃下搅拌8h，得到所述双离子液体电解质，所述双离子液体为摩尔比为1：1.5的[(CH3)2SC4H9]C(SO2CF3)3和二乙基甲基锍碘离子液体；

步骤三、把步骤一中得到的凝胶剂加入步骤二中得到的所述双离子液体电解质中形成聚离子液体凝胶电解质，所述凝胶剂的用量为所述离子液体电解质总质量的12％，在60℃下搅拌8h，然后将步骤一中得到的TiO2纳米粒子加入聚离子液体凝胶电解质中，所述TiO2纳米粒子的用量为所述离子液体电解质总质量的8％，继续搅拌8h，冷却至室温得到凝胶电解质II。

性能测试结果：该实施例制得的薄膜太阳能电池板的短路电流为2.65mA/cm²，开路电压为4.97V，转换效率为7.12％，填充因子为0.61。

实施例3薄膜太阳能电池板III

如图1-3所示，一种薄膜太阳能电池板，包括对合封装的光阳极组件1和对电极组件2，所述光阳极组件1包括六个光阳极单元，所述对电极组件2包括六个对电极单元，相邻的光阳极单元和相邻的对电极单元之间分别设有间隔层7，所述间隔层7为热性粘结剂，所述光阳极单元与所述对电极单元一一对应形成电池单元，所述光阳极组件1和所述对电极组件2之间填充有凝胶电解质III 3，所述光阳极组件1和所述对电极组件2分别上设有主导电极4，所述主导电极4的长度方向与所述光阳极组件1和所述对电极组件2的长度方向一致，所述主导电极4上梳状分布有多个副导电极5，所述主导电极4和所述副导电极5均为银电极；

所述光阳极单元包括第一基底1a，所述第一基底1a为透明玻璃衬底，所述第一基底1a上等距平行开设有多个第一条形凹槽1b，所述第一条形凹槽1b的长度方向与第一基底1a的宽度方向一致，所述第一基底1a上涂覆有FTO膜，所述第一条形凹槽1b中设有副导电极5，多个所述副导电极5上连接有同一个主导电极4，所述主导电极4上覆盖有耐腐蚀玻璃，所述第一导电层1c上设有光电转换层1e，所述光电转换层1e为吸附N719染料的TiO2层，设置在所述第一基底1a上的副导电极5与光电转换层1e之间设有耐腐蚀玻璃；

所述对电极单元包括第二基底2a，所述第二基底2a为透明玻璃衬底，所述第二基底2a上开设有与所述第一条形凹槽1b相对应的第二条形凹槽2b，所述第二条形凹槽2b的长度方向与所述第二基底2a的宽度方向一致，所述第二基底2a上涂覆有第一导电层1c，所述第二条形凹槽2b中设有副导电极5，多个所述副导电极5上连接有同一个主导电极4，所述主导电极4上覆盖有耐腐蚀玻璃，所述第一导电层1c上设有第二导电层2c，所示第二导电层2c为Pt膜，设置在所述第二基底2a上的副导电极5与第二导电层2c之间设有耐腐蚀玻璃；

所述凝胶电解质III采用以下方法制备：

步骤一、制备凝胶剂：依次将摩尔比为1：1.16的乙烯基苄氯和二乙烯基苯，三氟化硼和正庚万投入反应器中，在25℃下，边搅拌边进行阳离子聚合反应，反应时间15min，之后加入乙醇中止反应，将反应物过滤，所得沉淀用乙醇冲洗，然后在60℃下真空干燥24h，得到所述凝胶剂。

制备TiO2纳米粒子：将质量比为1:1的甲基咪唑和TiO2投入DMF中，超声5min，然后在25℃下，剧烈搅拌24h，所得产物离心分离，将分离的粗产物用乙醇清洗，最后在60℃下真空干燥24h，得到所述TiO2纳米粒子。

步骤二、将摩尔比为0.1：0.1：0.5：0.8的碘化锂、碘、4-叔丁基吡啶和溶剂分别加入双离子液体中，在60℃下搅拌8h，得到所述双离子液体电解质，所述双离子液体为摩尔比为1：1.2的[(CH3)2SC4H9]P(C2F5)3F3和二乙基甲基锍碘离子液体；

步骤三、把步骤一中得到的凝胶剂加入步骤二中得到的所述双离子液体电解质中形成聚离子液体凝胶电解质，所述凝胶剂的用量为所述离子液体电解质总质量的6％，在60℃下搅拌8h，然后将步骤一中得到的TiO2纳米粒子加入聚离子液体凝胶电解质中，所述TiO2纳米粒子的用量为所述离子液体电解质总质量的2.5％，继续搅拌8h，冷却至室温得到凝胶电解质III。

性能测试结果：该实施例制得的薄膜太阳能电池板的短路电流为2.91mA/cm²，开路电压为5.33V，转换效率为7.54％，填充因子为0.62。

实施例4薄膜太阳能电池板的制备方法

步骤一、制备光电极组件：将开设有多个第一条形凹槽的第一基底上覆盖第一导电层，通过激光将第一导电层刻蚀成多个条状第一导电层，将把银浆料印刷至第一条形凹槽中并干燥，形成副导电极，所述副导电极的厚度大于所述第一条形凹槽的高度，接着在所述副导电极上印刷银浆料，形成主导电极，然后并在副导电极上方印刷电极保护层后干燥，副导电极除与主导电极连通端外都需被电极保护层覆盖，电极保护层厚度为5～12μm，接着在主导电电极上方印刷硬质绝缘层，硬质绝缘层厚度为8～15μm；采用丝网印刷的方式将TiO2浆料TiO2-18NR-T涂覆到第一导电层上方，厚度为8～15μm，将已完成结构物加工的第一基底放入烧结炉进行烧结，烧结温度为450-500度，保温15-30min，并将第一基底放入被乙腈和叔丁醇稀释的N719溶液中浸泡，从而得到光电转换层；最后将热性粘结剂或UV固化胶印刷至各个条状光电转换层四周，形成间隔层，所述间隔层将光电极组件分隔成多个光阳极单元；

步骤二、制备对电极组件：将开设有多个第二条形凹槽的第二基底上覆盖第一导电层，通过激光将第一导电层刻蚀成条状第一导电层，将把银浆料OPV-Ag-past-H印刷至第二条形凹槽中并干燥，形成副导电极，所述副导电极的厚度大于所述第二条形凹槽的高度，接着在所述副导电极上印刷银浆料OPV-Ag-past-H，形成主导电极，然后并在副导电极上方印刷电极保护层后干燥，副导电极除与主导电极连通端外都需被电极保护层覆盖，电极保护层厚度为5～12μm，接着在主导电电极上方印刷硬质绝缘层，硬质绝缘层厚度为8～15μm；采用丝网印刷的方式将铂浆料OPV-Pt-5涂覆到第一导电层上方，形成第二导电层，厚度为0.05～0.2μm，最后将将热性粘结剂或UV固化胶印刷至各个条状第二导电层四周，形成间隔层，所述间隔层将对电极组件分隔成多个对电极单元；步骤三、对合封接：将光电极组件和对电极组件的间隔层上下对准后，在热压机或UV固化机中进行封装，光阳极单元与对电极单元一一对应形成电池单元，利用真空或挤压注入的方式将电解质注入电池单元中，并密封注入孔，各电池单元进行串并联接，得到薄膜太阳能电池板。

最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。