专利名称：聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路灯，尤其是涉及聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光 互补路灯。
背景技术：
随着传统能源资源的日益紧张和人们环保意识的增强，太阳能路灯由于其节能、 环保等优点受到国内外的广泛重视。太阳能路灯白天撷取太阳能，并转化成电能存于蓄电 池中，供夜间照明使用。使用太阳能路灯，能够大大降低用电单位的电费开支。然而，受实 际蓄电池蓄电能力的限制，再加上天气有时忽晴忽阴，有时连续阴雨，这样的话，太阳能路 灯就会由于撷取不到足够的太阳能，而丧失照明功能。采用太阳能、风能互补的联合照明方 式，可大大改善照明的不稳定性，但是风力发电受到有风无风、风大风小的影响，如果遇到 像2009年2月上海地区连续近一个月的阴雨和微风天气，太阳能路灯由于得不到足够的电 力也同样会造成照明的不稳定性。很多太阳能路灯采用普通照明电力作为备用电源，这在 电网铺设发达的地区是比较实惠的，然而在荒郊野外、山区、海岛等人烟稀少的地区，铺设 电缆的成本是非常高的，如果仅仅是为了补充路灯照明电力不足是极不合算的。现有的多 晶硅太阳能电池技术却面临着来自发电成本和“绿色”生产制造方式两方面的重大挑战。一 方面，晶体硅太阳能电池的发电成本居高不下，是传统的火电、水电成本的5倍以上，与传 统电力相比，在价格上缺乏竞争力；另一方面，晶体硅太阳能电池板在制造过程中产生的污 染和能耗跟天然气或煤发电相当，这使得太阳能电池技术本身所固有的无污染、可再生、绿 色环保的发电过程给环境带来的好处被制造过程中的高污染和高能耗所抵消。如果不解决 高成本和“绿色”制造问题，太阳能电池的大规模发展和应用的前景堪忧。铅酸蓄电池，严重 污染环境，且铅酸蓄电池蓄电能力有限，寿命短。近几年兴起的染料敏化太阳能电池技术， 可有效解决多晶硅太阳能电池的弊端。染料敏化太阳电池(DSSC)是1991年由瑞士洛桑高等工业学校M. Graetzel教授 领导的研究小组利用大自然光合作用原理，发明的第三代太阳能电池技术。该技术采用了 和硅电池完全不同的结构和光电转化原理，其原料成本和制备工艺成本大大下降，仅为硅 电池的十分之一或更低；而且该技术采用的制作工艺相对简单、能耗低、污染小，对环境友 好；此外，染料敏化电池还有其他方面的优势，如对光照条件要求不高，即便在阳光不太充 足的室内也可使用；如果用塑料、金属板等柔性基板替代玻璃，即制成可弯曲的柔性电池； 将它做成显示器，则可一边发电，一边发光，实现能源自给自足。以上这些特点使得染料敏 化太阳电池表现出强大的商业应用价值和潜在的竞争力，成为太阳能电池技术领域研究的热点之一。其原材料极其丰富、工艺技术相对简单、生产成本低，在大规模产业化生产中占 绝对优势，并且原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，可回收再利用，对节能环保具有重 要的现实意义。DSSC的光电染料敏化太阳电池(DSSC =Dye Sensitized Solar Cell)以其 低成本、绿色制造和高转换效率等特点成为新一代太阳能电池技术的主要候选者之一。未 来的发展集中在如何进一步提高转换效率、可靠性，开发可大面积集成制造方面。
染料敏化太阳能电池(DSSC)结构主要由导电玻璃(玻璃基底和透明导电膜)、纳 米半导体薄膜电极、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极等几部分组成。DSSC具体的发电 工作原理为染料分子吸收太阳光后从基态跃迁到激发态；激发态染料的电子迅速注入到 纳米半导体的导带中；随后扩散至导电基底；经外回路转移至对电极，处于氧化态的染料 被还原态的电解质还原再生；氧化态的电解质在对电极接受电子被还原，从而完成了电子 输运的一个循环过程。在这些过程中，伴随着两个背反应注入到TiO2导带中的电子和氧 化态染料或电解质中的电子受体的复合反应。与传统pn结太阳能电池相比，DSSC的最大特 点是其光吸收和电荷分离传输是分别由不同的物质完成的，光吸收是靠吸附在纳米半导体 表面的染料来完成，纳米半导体薄膜起电荷分离和传输载体的作用。但是染料敏化电池其 技术本身尚存在一些关键的技术问题没有很好地解决，主要包括1)电池单元的光电转换 效率低，最高的转换效率约为11%，远低于晶体硅太阳能电池；2)大面积电池单元的转换 效率显著降低，目前国际上报道的大面积DSSC的转换效率都低于8%，不利于实现大规模 量产；3)DSSC单元的性能还不够稳定，器件的可靠性和寿命距离晶体硅太阳能电池尚有较 大的差距。解决这些关键技术问题的途径，一方面需要在基础研究的基础上，优化DSSC器 件的结构和材料，包括电极、染料、电解质材料及其组合；另一方面，需要优化DSSC单元和 模块的组装、封装和集成制造工艺。染料敏化太阳能电池技术所具有的低成本、低能耗、低 污染，对环境友好，且应用范围广泛等特点，使得其表现出强大的商业应用价值和潜在的竞 争力。相对其它类型电池而言，聚合物锂离子电池，比能量高、无污染、安全性高、无记忆 性、寿命长、形状可任意化，是蓄电池的理想选择。染料敏化太阳能电池、聚合物锂离子电池 用于太阳能风能路灯，既实现绿色环保的目的，又为路灯提供持续供电，达到长期稳定照明 效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全性能好、蓄 电能力强的聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其特征在于，该互补路 灯包括风叶轮、染料敏化太阳能电池组、电池箱、路灯支架及LED路灯、灯杆，所述的风叶轮 设在灯杆的顶端，所述的染料敏化太阳能电池组固定在风叶轮下方，所述的电池箱设在染 料敏化太阳能电池组下方，所述的路灯支架及LED路灯固定在灯杆的一侧。所述的染料敏化太阳能电池组由透明导电基片、多孔纳米晶二氧化钛薄膜、染料 光敏化剂、电解质溶液和透明对电极组成。所述的透明导电基片为透明导电玻璃，所述的染料光敏化剂包括菁染料或多甲川 染料，所述的电解质溶液包括TiCl4溶液，所述的透明对电极为镀钼的导电玻璃，在透明导 电玻璃导电面的玻璃面上滴加纳米TiO2胶体，然后用玻璃棒滚动直至成均勻膜，晾干后在 马福炉中烧结，再将TiCl4溶液滴加在烧结好的TiO2膜表面，浸润涂膜部位，然后用二次蒸 馏水和无水乙醇冲洗TiO2膜，再吹干并置于马福炉中烧结，待冷却后，将涂有1102膜的导电 玻璃分别浸泡在菁染料和多甲川染料溶液中，最后与镀钼的导电玻璃组装染料敏化太阳能电池并封装。所述的电池箱内设有控制器及聚合物锂离子电池。所述的风叶轮的发电机和染料敏化太阳能电池通过控制器连接到聚合物锂离子 电池中，聚合物锂离子电池通过控制器与LED路灯相连。与现有技术相比，本发明采用染料敏化太阳能电池技术和聚合物锂离子电池，达 到绿色环保和稳定照明的目的。聚合物锂离子电池可进行高达上千次循环充放电，大大提 高电池寿命，安全性能极好，蓄电能力大大增强。
图1为该路灯的结构示意图。图中1为风叶轮、2为染料敏化太阳能电池组、3为电池箱、4为路灯支架及LED路 灯、5为灯杆。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其结构如图1所示，该互 补路灯包括风叶轮1、染料敏化太阳能电池组2、电池箱3、路灯支架及LED路灯4、灯杆5，风 叶轮1设在灯杆5的顶端，染料敏化太阳能电池组2固定在风叶轮1的下方，，在在染料敏 化太阳能电池组2下方，灯杆5的4/7-5/7处开有一个窗口，电池箱3设在该窗口内，达到 防水防潮防盗的目的，电池箱3内设有控制器及聚合物锂离子电池，路灯支架及LED路灯5 固定在灯杆的一侧。其中染料敏化太阳能电池组2由透明导电基片、多孔纳米晶二氧化钛薄膜、染料 光敏化剂、电解质溶液和透明对电极组成，透明导电基片及为透明导电玻璃，染料光敏化剂 包括菁染料或多甲川染料，电解质溶液包括TiCl4溶液，透明对电极为镀钼的导电玻璃，在 透明导电玻璃导电面的玻璃面上滴加纳米TiO2胶体，然后用玻璃棒滚动直至成均勻膜，晾 干后在马福炉中烧结，马福炉的温度控制在150°c，再将浓度为0. 5mol/L的TiCl4溶液滴加 在烧结好的TiO2膜表面，浸润涂膜部位，然后用二次蒸馏水和无水乙醇冲洗TiO2膜，再吹 干并置于150°C的马福炉中烧结，待冷却后，将涂有TiO2膜的导电玻璃分别浸泡在0. Imol/ L菁染料和0. 2mol/L多甲川染料溶液中，最后与镀钼的导电玻璃组装染料敏化太阳能电池 并封装。使用聚合物锂离子电池时先制作正极浆料、负极材料浆料、隔膜材料浆料和网格 预处理材料浆料，然后将正极材料料浆、负极材料料浆、隔膜材料料浆分别涂布在载体上， 将铜网格、铝网格材料分别冲压成型，用预处理材料进行网格预处理，将电极材料冲压成 型，隔膜材料裁切成一定的形状，将铜网格和负极材料、铝网格和正极材料摆放在一起，利 用热复合机将铜网格和负极材料、铝网格和正极材料粘到一起，将正极、负极和隔膜摆放到 一起滚压复合成电池单元，将电极的外电路即正极的铝网格、负极的铜网格分别焊接到一 块，将焊接好的电池放在萃取液中进行萃取处理，包覆铝塑复合膜，将电解液灌注到电池内 部，真空封装制成产品，把液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到不同的电压，可在单颗内做成多层组合来达到不同电压。 风叶轮发电机1和染料敏化太阳能电池组2通过电缆接到控制器，这样太阳能电 池2和风力发电机1所发出的电通过控制器存蓄到聚合物锂离子电池中，在控制器的作用 下，太阳能源和风能源对聚合物锂离子电池进行充电，聚合物锂离子电池通过控制器与照 明电路的LED路灯4相连，在控制器的调节下，实现路灯的控制。
权利要求
1.聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其特征在于，该互补路灯 包括风叶轮、染料敏化太阳能电池组、电池箱、路灯支架及LED路灯、灯杆，所述的风叶轮设 在灯杆的顶端，所述的染料敏化太阳能电池组固定在风叶轮下方，所述的电池箱设在染料 敏化太阳能电池组下方，所述的路灯支架及LED路灯固定在灯杆的一侧。
2.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其 特征在于，所述的染料敏化太阳能电池组由透明导电基片、多孔纳米晶二氧化钛薄膜、染料 光敏化剂、电解质溶液和透明对电极组成。
3.根据权利要求2所述的聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其 特征在于，所述的透明导电基片为透明导电玻璃，所述的染料光敏化剂包括菁染料或多甲 川染料，所述的电解质溶液包括TiCl4溶液，所述的透明对电极为镀钼的导电玻璃，在透明 导电玻璃导电面的玻璃面上滴加纳米TiO2胶体，然后用玻璃棒滚动直至成均勻膜，晾干后 在马福炉中烧结，再将TiCl4溶液滴加在烧结好的TiO2膜表面，浸润涂膜部位，然后用二次 蒸馏水和无水乙醇冲洗TiO2膜，再吹干并置于马福炉中烧结，待冷却后，将涂有TiO2膜的导 电玻璃分别浸泡在菁染料和多甲川染料溶液中，最后与镀钼的导电玻璃组装染料敏化太阳 能电池并封装。
4.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其 特征在于，所述的电池箱内设有控制器及聚合物锂离子电池。
5.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，其 特征在于，所述的风叶轮的发电机和染料敏化太阳能电池通过控制器连接到聚合物锂离子 电池中，聚合物锂离子电池通过控制器与LED路灯相连。
全文摘要
本发明涉及聚合物锂离子电池/染料敏化太阳能电池风光互补路灯，该互补路灯包括风叶轮、染料敏化太阳能电池组、电池箱、路灯支架及LED路灯、灯杆，风叶轮设在灯杆的顶端，染料敏化太阳能电池组固定在风叶轮下方，电池箱设在染料敏化太阳能电池组下方，路灯支架及LED路灯固定在灯杆的一侧。与现有技术相比，本发明采用染料敏化太阳能电池技术和聚合物锂离子电池，达到绿色环保和稳定照明的目的。聚合物锂离子电池可进行高达上千次循环充放电，大大提高电池寿命，安全性能极好，蓄电能力大大增强。
文档编号F03D9/00GK101994974SQ20091019469
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者丁列平, 严伟 申请人:上海泰莱钢结构工程有限公司