[发明专利]具有串联结构的染料敏化型太阳能电池组件及太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有包括彼此邻近排列并串联连接的至少两个染料敏化型太阳能电池单元的串联结构的染料敏化型太阳能电池组件。本发明也涉及用于制造具有串联结构的染料敏化型太阳能电池的方法。

背景技术

染料敏化型太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSC)已研究了近20年且以类似于光合作用的原理进行工作。不同于硅太阳能电池，这些电池使用丰富的、便宜的且对环境无害的(environmentally unobtrusive)染料从太阳光中获得能量。

传统的夹心型(sandwich type)染料敏化型太阳能电池具有几微米厚的沉积在透明的导电基材上的多孔TiO₂电极层。TiO₂电极包括通过在TiO₂颗粒的表面上吸附染料分子被染色并形成工作电极的连通(interconnected)的TiO₂金属氧化物颗粒。透明的导电基材通常为沉积在玻璃基材上的透明的导电氧化物。透明的导电氧化层提供作为从工作电极中提取光生电子的背接触(back contact)的功能。TiO₂电极与电解液和其它透明的导电基材即对电极接触。

太阳光由染料收集，产生光激发电子，这些电子注射进TiO₂颗粒的导带(conduction band)中并进一步由导电基材收集。同时，氧化还原电解液中的I-离子减少氧化的染料，并将产生的电子受体物种(acceptors species)传输至对电极。两个导电基材在边缘处密封以保护DSC组件抵抗周围环境，并防止电池内DSC组件的蒸发或泄漏。

WO2012/020944公开了一种传统的具有串联结构的夹心型DSC组件。该DSC组件包括多个彼此邻近排列并串联连接的DSC单元。各DSC单元包括工作电极和对电极，该工作电极包括调整为面向太阳并将太阳光传输至包含吸附的染料(adsorbed dye)并涂覆于其上的多孔半导体层的第一透明导电基材，该对电极包括具有涂覆于其上的由碳或金属制成的导电层的第二透明导电基材。DSC组件的串联结构包括多孔纳米颗粒氧化物层和导电层的图案(pattern)，其分别形成在工作电极和对电极中。工作电极的纳米颗粒氧化物层和对电极的导电层每个彼此面对从而形成单元电池。该单元电池通过防护阻隔体(protective barrier)来电绝缘，且电解液填充于工作电极和对电极之间。工作电极的多孔纳米颗粒氧化物层和对电极的导电层彼此相对地纵向设置。

在一侧上的工作电极和在另一侧上的对电极由包括贯穿彼此面对的工作电极和对电极的孔(hole)的串联连接元件电连通(electrically interconnected)，且导电性材料填充该孔。该孔贯穿整个DSC组件且两侧被防护阻隔体围绕，该防护阻隔体防止导电性材料与电解液接触，从而防止导电性材料腐蚀。填充在孔中的导电性材料可以为糊剂(paste)型、粘接剂型或墨型，且可通过印刷、滴落、滴涂(dispensing)、喷射、冲压或溅射的手段填充在孔中。这种类型的DSC组件的问题是难以产生为导电的同时还是透明的层。总在这些需求之间进行折中，其导致DSC组件的电流处理(current-handing)能力的降低，从而降低DSC组件的效率。进一步地，在将各电池单元用导电性材料填充之前钻出贯穿各电池单元的孔是耗时的，其增加制造DSC组件的成本。该DSC组件的另一个缺点是在串联连接元件的各侧上需要防护阻隔体以防止导电性材料与电解液接触。防护阻隔体增加制造成本。