专利名称：一种空心光纤式太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其是一种空心光纤式太阳能电池。
背景技术：
柔性太阳能电池具有成本低、重量轻、应用范围广、携带方便等优点，市 场前景非常广阔。它可以折叠、巻曲，甚至粘贴在其它物体的表面，例如房屋 窗户、汽车天窗、衣服等。由于柔性太阳能电池的这些特点，可以为军用携行 电台、数字化士兵装备和目前最流行的数码科技产品如手机、掌上电脑等提供 完善方便的供电电源。
全世界的科学家们正在从多方面不断努力攻关，以提高柔性太阳能电池的光电转换效率和使用寿命，以使其能够早日实现广泛应用。2002年美国加利福 尼亚大学的科学家借助于聚合物和纳米技术研制出一种三明治结构式柔性薄膜 太阳能电池。两侧的电极之间夹着几百纳米厚的有机薄膜，最关键的是其中的 硒化镉(CdSe)纳米棒，这种纳米棒受到特定波长的光照射之后就能产生电子 空穴对，从而产生了电势差。最近，这种电池将太阳能转化为电能的效率已经 达到10%以上。2003年荷兰、法国和葡萄牙的科学家们联合开发的柔性太阳能 电池的效率达到13%，生产成本仅1欧元/瓦；2004年日本夏普公司开发出一种 薄如纸张的太阳能电池，与两张名片一样大，厚200微米，重约1克，发电能 力为2.6瓦，光电转换效率达到了28.5%。 2005年日本东京佳能公司发明了一种 由树脂包封的非晶硅作为主要光电转换层的柔性太阳能电池。2006年美国Iowa Thin Film公司将半导体层(非晶硅)沉积在很薄的耐用柔性聚合物衬底上，实 现了巻曲制造工艺，生产出PowerFilm光伏系列产品。据介绍，该产品专为空 气和空间飞行器设计，具有高度集成、轻量化和低成本的优势。2006年韩国科 学家也开发出了全球效率最高的柔性太阳能电池原型产品，这种电池的光电转 换效率是传统硅太阳能电池的两倍，而且造价相当低。该机构已经在美国和日 本等六个国家申请了太阳能电池技术专利。多伦多大学的萨金研究小组发明了
一种柔性塑料太阳能电池，该电池能够利用阳光中的红外线，并且可以在布、纸和其他材料表面形成一层柔性膜，将塑料太阳能电池的转化效率由6%提高到 了 30%。就在2007年7月，美国的New Jersey Institute of Technology大学又研 究出新一代廉价高效的柔性太阳能电池。由此可见，柔性太阳能电池技术必将 成为新型太阳能电池技术的主流。低成本并具有高光电转化效率的染料敏化太阳电池是未来光伏发电的另一 种重要方向。染料敏化太阳电池主要使用二氧化钛等高稳定宽带隙半导体材料 为n型电极，借助有机染料来实现光捕获。目前瑞士Gratzd研究小组已经取得 10%以上的转化效率。我国也有很多研究机构及大学科研人员正在加紧研究开发 此类电池。以上柔性太阳能电池都采用平面薄膜式结构，器件的冷却问题难以解决。 特别是对于染料敏化太阳电池，将导致电池材料因热光老化，存在性能逐步下 降，使用寿命短的问题。另外，柔性薄膜电池在安装时只能采用覆盖式，在有 些场合安装使用，不灵活，不美观，也不方便。 实用新型内容本实用新型为解决背景技术中的柔性太阳能电池存在的技术问题，而提供 一种制作工艺自动化、适合规模化生产、使用寿命长、光电转化效率高，应用 广泛且成本低的一种空芯光纤式柔性太阳能电池。本实用新型的技术解决方案是本实用新型是一种空心光纤式柔性太阳能 电池，其特殊之处在于该空心光纤式柔性太阳能电池包括外空心光纤和内空 心光纤，内空心光纤设置在外空心光纤内，外空心光纤内壁上设置有敏感层， 内空心光纤外壁对应敏感层设置有导电层。上述外空心光纤和内空心光纤之间的间隙里填充有电解质。上述敏感层上吸附有染料作为接受太阳能的增敏剂，如羧酸多吡啶钌、聚 甲川染料、酞菁染料、以及天然色素等。上述敏感层是由二氧化钛纳米粒子或其它半导体纳米粒子，如金属硫化物、 金属硒化物、钙钛矿及一些金属的氧化物等，涂覆在外空心光纤内壁上构成。上述阴极导电层的材料为铂金、银或纳米炭黑涂层。
上述电解质为液体电解质(如1371—、 Br2/Br—、 Na2S04/Na2S等溶液)或固态 电解质(如由偏二氟乙烯和六氟丙稀聚合的凝胶电解质、Cul等固体电解质)。
本实用新型通过一粗一细的两个空心光纤嵌套在一起构成太阳能电池，粗 的为外空心光纤作为光阳极，细的为内空心光纤作为光阴极，同时在外空心光 纤内壁上用二氧化钛等纳米粒子分散液涂敷构成敏感层，内空心光纤外壁对应 敏感层设置有Pt、 Ag或纳米炭黑粒子构成的导电层，本实用新型与现有的柔性 薄膜型天然色素增敏的太阳能电化学电池的原理完全相同，敏感层上的色素或 染料从太阳光获得能量跃迁到激发态，然后把电子交给二氧化钛等纳米粒子， 传出外电路，色素本身处于氧化态，导电层从外电路接受电子，碘分子或其它 分子得到电子成为络离子，它们又被氧化态色素或染料氧化还原成分子，还原 后的色素或染料又从太阳光获得能量跃迁到激发状态，从而将太阳能转化为电 能。本实用新型的太阳能电池，长度可以从数厘米长度到百米长度，直径可以 从数毫米到数厘米量级。
本实用新型采用空芯光纤式设计，结构新颖，可以使制作工艺自动化，适 合规模化生产；可以兼备光伏光热综合利用，提高太阳能利用总效率。本实用 新型可以根据用户在不同领域、不同自然条件下的各种需要设计光阳极光阴极 直径尺寸与长度。还可以把本实用新型当成丝线，做成编织网结构、平行排列 结构等，其有望制成编织衬衫充电设备，安置在身上，成为便携式电力。把它 编织在一起制成各种形状的帘子可以安装在玻璃窗上、安置在房顶上、悬挂在 建筑的阳面墙壁上等。本实用新型的内空心光纤的空心可以作为冷却器件的循 环水通路，冷却水与外部的水池进行热交换后，循环使用，因为太阳能的利用 率只有少部分，而大部分的太阳能量可以通过循环水与冷却池中水的热交换吸 收，这样不但可以防止色素光疲劳、热光或光热氧化分解的发生，延长电池使 用寿命，而且被太阳能加热的水可以用于其它方面，如生活用热水。本实用新 型的可把10%以上的太阳能转化成电能，同时把40%以上的太阳能转化成热能。 本实用新型有望使太阳能光-电、光-热综合性能效率达70%以上。
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图1为本实用新型的结构示意图； 图2为图1的A向视图。
具体实施方式
参见图1、 2，本实用新型包括外空心光纤2和内空心光纤1，内空心光纤l 设置在外空心光纤2内，外空心光纤2内壁上设置有敏感层3，内空心光纤l外 壁对应敏感层3设置有导电层5。外空心光纤2和内空心光纤1之间的间隙里填 充有电解质4。其中敏感层3是由二氧化钛纳米粒子或其它半导体纳米粒子，如金属硫化物、 金属硒化物、钙钛矿及一些金属的氧化物等涂覆在外空心光纤内壁上构成。敏 感层3上吸附有染料作为接受太阳能的增敏剂，如羧酸多吡啶钌、聚甲川染料、 酞菁染料、以及天然色素等。导电层5的材料为Pt、 Ag或纳米炭黑。电解质4为液体电解质(如1371—、 Br2/Br—、 Na2S04/Na2S等溶液)或固态电 解质(如由偏二氟乙烯和六氟丙稀聚合的凝胶电解质、Cul等固体电解质)。
权利要求1、一种空心光纤式太阳能电池，其特征在于该空心光纤式太阳能电池包括外空心光纤和内空心光纤，所述内空心光纤设置在外空心光纤内，所述外空心光纤内壁上设置有敏感层，所述内空心光纤外壁对应敏感层设置有导电层。
2、 根据权利要求l所述的空心光纤式太阳能电池，其特征在于所述外空 心光纤和内空心光纤之间的间隙里填充有电解质。
3、 根据权利要求1或2所述的空心光纤式太阳能电池，其特征在于所述 敏感层上吸附有增敏剂。
4、 根据权利要求l所述的空心光纤式太阳能电池，其特征在于所述敏感 层是由二氧化钛纳米粒子、金属硫化物纳米粒子、金属硒化物纳米粒子、钙钛 矿纳米粒子及金属氧化物纳米粒子涂覆在外空心光纤内壁上构成。
5、 根据权利要求1所述的空心光纤式太阳能电池，其特征在于所述导电 层的材料为铂金、银或纳米炭黑。
6、 根据权利要求2所述的空心光纤式太阳能电池，其特征在于所述电解 质为液体电解质或固态电解质。
7、 根据权利要求3所述的空心光纤式太阳能电池，其特征在于所述增敏 剂为羧酸多吡啶钌、聚甲川染料、酞菁染料或天然色素。
专利摘要本实用新型涉及一种空心光纤式太阳能电池，该空心光纤式太阳能电池包括外空心光纤和内空心光纤，内空心光纤设置在外空心光纤内，外空心光纤内壁上设置有敏感层，内空心光纤外壁对应敏感层设置有导电层。本实用新型提供了一种制作工艺自动化、适合规模化生产、使用寿命长、光电转化效率高，应用广泛且成本低的一种空芯光纤式柔性太阳能电池。
文档编号H01M10/36GK201213100SQ20082002960
公开日2009年3月25日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者孔德鹏, 杨兴华, 舰 汪, 王丽莉, 郭昭龙 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所