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CN102117701B - 染料敏化太阳能电池电极制造设备及太阳能电池制造方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池电极制造设备及太阳能电池制造方法 Download PDF

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Abstract

一种染料敏化太阳能电池电极制造设备，其包括一可容置多块透明基板的柱状体；一能够在该柱状体内转动的柱状旋转机构，在该柱状旋转机构上设置装盛不同浆料的容置腔及喷嘴，通过旋转该柱状旋转机构对容置于该柱状本体内的基板进行加工，通过这种方式来制造染料敏化太阳能电池的工作电极。

Description

染料敏化太阳能电池电极制造设备及太阳能电池制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池电极制造设备及太阳能电池制造方法，尤其是一种染料敏化太阳能电池电极制造设备及太阳能电池制造方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池具有类似三明治的结构，将纳米二氧化钛附着在基板上，再将光敏染料镶嵌在纳米二氧化钛表面形成工作电极，在工作电极和对电极(通常为担载了催化量铂或者碳的导电玻璃)之间是含有氧化还原物质对(常用I2和I-)的液体电解质，它浸入纳米二氧化钛的孔穴与光敏染料接触。在入射光的照射下，镶嵌在纳米二氧化钛表面的光敏染料吸收光子，跃迁到激发态，然后向二氧化钛的导带注入电子，染料成为氧化态的正离子，电子通过外电路形成电流到对电极，染料正离子接受电解质溶液中还原剂的电子，还原为最初染料，而电解质中的氧化剂扩散到对电极得到电子而使还原剂得到再生，形成一个完整的循环，在整个过程中，表观上化学物质没有发生变化，而光能转化成了电能。
传统的染料敏化太阳能电池的工作电极一般都是分工站进行，首先在基板上涂敷纳米二氧化钛，然后将该涂敷有纳米二氧化钛的基板输送到下一个工站进行光敏染料的镶嵌动作。然而，在这一过程中，分工站作业不但使得生产线拉长而增加制造成本，而且还会增加工作电极在制造过程中被污染的风险。
发明内容
有鉴于此，提供一种能够连续生产并且有效减少外来污染的染料敏化太阳能电池电极制造设备及太阳能电池制造方法实为必要。
一种染料敏化太阳能电池电极制造设备，其包括：一柱状体，该柱状体具有一一端开口的工作腔，在该工作腔的内壁上设置有用来收容电极基板的容置槽；一柱状旋转机构，该柱状旋转机构配合在该工作腔内，并能够在该工作腔内转动，该柱状旋转机构上设置有至少一个第一喷嘴、至少一个第二喷嘴、以及同轴的第一容置腔及第二容置腔，该第一容置腔设置在第二容置腔内且与该第二容置腔不相连通，该第一容置腔与该至少一个第一喷嘴相连通，该第二容置腔与该至少一个第二喷嘴相连通；第一进料管，该第一进料管与该第一容置腔相连通用来向该第一容置腔内输送浆料以对该电极基板进行涂敷；第二进料管，该第二进料管与该第二容置腔相连通用来向该第二容置腔内输送另一种浆料以对该电极基板进行涂敷；及出料管，该出料管与该工作腔相连通用来将该工作腔内的物料输送到外部。
一种染料敏化太阳能电池电极制造设备，其包括：一柱状体，该柱状体具有一一端开口的工作腔，在该工作腔的内壁上设置有用来收容电极基板的容置槽；一柱状旋转机构，该柱状旋转机构配合在该工作腔内，并能够在该工作腔内转动，该柱状旋转机构上设置有一容置腔以及至少一个喷嘴，该容置腔与该至少一个喷嘴相连通以通过该至少一个喷嘴对该电极基板进行浆料喷涂；进料管，该进料管与该容置腔相连通以用来向该容置腔内输送不同的物料；及出料管，该出料管与该工作腔相连通用来将该工作腔内的物料输送到外部。
一种染料敏化太阳能电池制造方法，其包括如下步骤：提供一工作电极；提供一对电；提供一电解质溶液，将该电解质溶液封装在该工作电极与对电极之间，其中该工作电极的制造方法包括如下步骤：提供一个如上所述的任意一种染料敏化太阳能电池电极制造设备；将若干电极基板分别放置于该染料敏化太阳能电池电极制造设备中柱状体的工作腔的容置槽内；向该柱状旋转机构内通入二氧化钛浆料，启动该柱状旋转机构对收容于该容置槽内的电极基板进行二氧化钛浆料的喷涂；向该柱状体工作腔内通入光敏染料，使涂敷有二氧化钛浆料的电极基板完全浸置于该光敏染料中以对该电极基板进行光敏染料的掺杂。
与现有技术相比，本发明所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备通过将整个制造备设置成旋转机构与腔体相配合的结构，有效的减少了太阳能电池电极制造设备的体积，并且能够很好的降低环境对太阳能电池电极制造过程的污染。
附图说明
图1是本发明第一实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备的立体示意图。
图2是本发明第一实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备的分解示意图。
图3是本发明第一实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备的剖面图。
图4是本发明第一实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备的另一剖面图。
图5是本发明第二实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备的分解示意图。
元件符号说明
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请一并参见图1至图4，本发明第一实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备100，其包括柱状体10、柱状旋转机构20及盖板30。
该柱状体10具有一端开口的工作腔11，在该工作腔11的各侧边上分别设置有容置槽12，该容置槽12用来收容基板。在本实施例中，该工作腔11是正六棱柱，在本发明中，该基板上覆盖有一层导电氧化物薄膜。
可以理解的，该工作腔11还可以是其它类型的直棱柱。
为了更好地对收容在该容置槽12内的基板进行固定，本实施例在该柱状体10的内壁上对应每一个容置槽12分别设置有一个抽气孔13，该抽气孔13与其所在侧边的容置槽12相连通。当基板放入该容置槽12内后，在该基板与该柱状体10的内壁之间会形成一个空气间隙，利用抽气装置(图未示)通过该抽气孔13对该空气间隙进行抽真空的方式来对收容于该容置槽12内的基板进行固定。
可以理解的，收容于该容置槽12内的基板也可以通过其它的方式进行固定或者不采取固定方式。
更进一步，在该容置槽12内还可以设置一个热源装置(图未示)，该热源装置可以在基板涂敷制程完毕后对其进行加热以使基板上残留的溶剂挥发。
该柱状旋转机构20装配在该工作腔11内并能够在该工作腔11内转动。该柱状旋转机构20包括主体部21及传动部22，该主体部21能够在该传动部22的带动下在该工作腔11内转动，在本实施例中，该柱状旋转机构20的主体部21为正六棱柱结构。
可以理解的，该柱状旋转机构20的主体部21还可以是其它类型的直棱柱，并且其侧边的数量可以大于、等于或者小于该工作腔11的侧边数，优选的，该柱状旋转机构20的主体部21的侧边数与该工作腔11的侧边数相等。
主体部21设置有同轴的第一容置腔23及第二容置腔24，该第一容置腔23设置在第二容置腔24内且与该第二容置腔24不相连通。该第一容置腔23及第二容置腔24分别用来装盛不同的浆料。在本实施例中，该第一容置腔23用来装盛光敏染料，该第二容置腔24用来装盛二氧化钛浆料。当然，该第一容置腔23也可以用来装盛二氧化钛浆料，该第二容置腔24用来装盛光敏染料。
在该主体部21的外壁，还设置有至少一个第一喷嘴231、至少一个第二喷嘴241及至少一个滚筒机构25。
该第一喷嘴231与该第一容置腔23相连通以使该第一容置腔23内的浆料由该第一喷嘴231喷向收容于该容置槽12内的基板。
该第二喷嘴241与该第二容置腔24相连通以使该第二容置腔24内的浆料由该第二喷嘴241喷向收容于该容置槽12内的基板。
该滚筒机构25用来对喷涂有浆料的基板进行滚压作业以使涂敷于基板表面的浆料均匀平整，可以理解的，本发明所提供的该染料敏化太阳能电池电极制造设备100也可以不设置该滚筒机构25。
在本发明所提供的该染料敏化太阳能电池电极制造设备100中，还包括第一驱动装置251，该第一驱动装置251设置在该滚筒机构25上，其用来驱动该滚筒机构25进行转动。
在本发明所提供的该染料敏化太阳能电池电极制造设备100中，还包括一第二驱动装置(图未示)，该第二驱动装置用来驱动该柱状旋转机构20在该工作腔11内转动。
在本发明所提供的该染料敏化太阳能电池电极制造设备100中，进一步包括一控制系统(图未示)，该控制系统按照预设的控制程序来控制该第一驱动装置251以及第二驱动装置的运行。
在本实施例中，该控制系统控制该第一驱动装置251以及第二驱动装置的运行是通过一红外线装置的感应信号来发送命令的。
具体的，在该柱状旋转机构20的主体部21上，对应于每一个滚筒机构25设置有一个红外线发射装置26，其用来发射红外线信号。
与该红外线发射装置26相对应的，在该工作腔11的每一个侧边上都设置有一个红外线接收装置14，其用来接收该红外线发射装置26所发射出来的红外光。
当该柱状旋转机构20旋转至该滚筒机构25的滚筒与收容在该容置槽12内的基板相平行的位置时，该红外线接收装置14就会接收到该红外线发射装置26所发出的红外线信号，此时该红外线接收装置14会向该控制系统发送一控制信号，该控制系统根据该信号控制该柱状旋转机构20停止旋转同时启动该滚筒机构25，当该红外线接收装置14所要接收的红外线信号消失后，其会向该控制系统发送另一个控制信号，该控制系统根据该信号启动该柱状旋转机构20进行旋转，同时使该滚筒机构25停止转动。
可以理解的，该红外线发射器26与该红外线接收器14所设置的位置可以互换。
可以理解的，该控制系统对该第一驱动装置251以及第二驱动装置的控制动作还可以通过其它的命令方式进行控制，例如通过对该控制系统设定智能程序等方式来命令该控制系统。
本发明所提供的该染料敏化太阳能电池电极制造设备100，还包括一盖板30。该盖板30用来对该工作腔11进行盖合。
在该盖板30上还设置有第一进料管31、第二进料管32及出料管33，其中该第一进料管31与该第一容置腔23相连通用来向该第一容置腔23内输送浆料，该第二进料管32与该第二容置腔24相连通用来向该第二容置腔24内输送浆料，该出料管33与该工作腔11相连通用来将该工作腔11内的浆料输送到外部。可以理解的，该第一进料管31、第二进料管32及出料管33还可以设置在该染料敏化太阳能电池电极制造设备100的其它部位。
对基板进行加工作业时，该柱状旋转机构20在该第二驱动装置的驱动下在该工作腔11内转动，此时通过该第二进料管32向该第二容置腔24内输送二氧化钛浆料，该二氧化钛浆料通过该第二喷嘴241对收容在该容置槽12内的基板进行喷涂，当喷涂结束后，打开该红外线发射装置26及该红外线接收器14，当该红外线接收器14接收到该红外线发射装置26所发射出来的红外线后，该红外线接收器14发送控制信号使该控制系统控制该柱状旋转机构20停止旋转，同时启动该滚筒机构25对涂敷有二氧化钛的基板进行滚压，以使二氧化钛均匀涂敷在该基板上的。设定一定的时间，该红外线发射装置26停止发射红外线信号，此时该红外线接收器14就会发送另一种控制信号使该滚筒机构25来到下一个基板处。这样重复进行多次后，完成对基板涂敷二氧化钛的程序。此时，通过该第一进料管31向第一容置腔23内输送光敏染料，该第一容置腔23内的光敏染料通过该第一喷嘴231向该工作腔11内灌注光敏染料，使之充满整个工作腔11，此目的是让该涂敷有二氧化钛的基板充分的浸置于光敏染料中，数小时之后，打开该出料管33将该工作腔11内的光敏染料以及二氧化钛的混合液体排出。最后，打开设置在基板后方的热源装置对该基板进行加热以使残留在基板上的溶剂完全挥发。最终得到具有二氧化钛以及光敏染料的染料敏化太阳能电池工作电极。
如图5所示，本发明第二实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备200，其与第一实施例所提供的染料敏化太阳能电池电极制造设备100的不同之处在于：该染料敏化太阳能电池电极制造设备200的柱状旋转机构201上设置有一个容置腔202以及与该容置腔相连通的至少一个喷嘴203，一进料管204与该容置腔202相连通以用来向该容置腔202内输送不同的物料。
在对基板进行加工作业时，首先经由该进料管204向该容置腔202内注入二氧化钛浆料，旋转该柱状旋转机构201并由该喷嘴203对基板进行喷涂，喷涂完毕后，再通过该进料管204注入光敏染料对喷涂有二氧化钛浆料的基板进行浸泡以此来完成对基板的光敏染料涂敷。
本发明还提供一种染料敏化太阳能电池制造方法，其包括如下步骤：
(1)提供一工作电极。
该工作电极是由上述任意一种染料敏化太阳能电池电极制造设备制作而成。
(2)提供一对电极。
(3)提供一电解质溶液，将该电解质溶液封装在该工作电极与对电极之间。
可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化等用于本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于包括：
一柱状体，该柱状体具有一一端开口的工作腔，在该工作腔的内壁上设置有用来收容电极基板的容置槽；
一柱状旋转机构，该柱状旋转机构配合在该工作腔内，并能够在该工作腔内转动，该柱状旋转机构上设置有至少一个第一喷嘴、至少一个第二喷嘴、以及同轴的第一容置腔及第二容置腔，该第一容置腔设置在第二容置腔内且与该第二容置腔不相连通，该第一容置腔与该至少一个第一喷嘴相连通，该第二容置腔与该至少一个第二喷嘴相连通；
第一进料管，该第一进料管与该第一容置腔相连通用来向该第一容置腔内输送浆料以对该电极基板进行涂敷；
第二进料管，该第二进料管与该第二容置腔相连通用来向该第二容置腔内输送另一种浆料以对该电极基板进行涂敷；及
出料管，该出料管与该工作腔相连通用来将该工作腔内的物料输送到外部。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该柱状旋转机构上进一步包括至少一个滚筒机构，该滚筒机构能够在驱动力带动下发生自转以对收容在该容置槽内的电极基板进行滚压。
3.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该柱状体内的工作腔为直棱柱工作腔，该直棱柱工作腔的每一个侧面上都设置有一容置槽。
4.如权利要求3所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该柱状旋转机构为直棱柱旋转机构，该滚筒机构、第一喷嘴及第二喷嘴分别设置在该直棱柱旋转机构不同的侧面上。
5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该工作腔的侧面数等于该柱状旋转机构的侧面数。
6.如权利要求2所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该柱状旋转机构上，对应该滚筒机构设置有一第一驱动装置，该第一驱动装置用来驱动该滚筒机构转动。
7.如权利要求6所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该染料敏化太阳能电池电极制造设备进一步包括一第二驱动装置，该第二驱动装置用来驱动该柱状旋转机构在该工作腔内转动。
8.如权利要求7所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该染料敏化太阳能电池电极制造设备进一步包括一控制系统，该控制系统用来控制该第一驱动装置与第二驱动装置的运行。
9.如权利要求8所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该染料敏化太阳能电池电极制造设备进一步包括一一对应的红外线发射器及红外线接收器，该红外线发射器设置在该工作腔的侧壁上，该红外线接收器设置在该滚筒机构上用于接收该红外线发射器的红外信号，并根据接收到该红外信号来发送控制信号给该控制系统，该控制系统根据该控制信号来控制该第一驱动装置与第二驱动装置的运行。
10.如权利要求8所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该染料敏化太阳能电池电极制造设备进一步包括一一对应的红外线发射器及红外线接收器，该红外线发射器设置在该滚筒机构上，该红外线接收器分别设置在该工作腔的内壁上用以接收该红外线发射器的信号，并根据有无接收到该红外线发射器的信号来发送出不同的控制信号给该控制系统，该控制系统根据该红外线接收器所发出的信号来控制该第一驱动装置与第二驱动装置的运行。
11.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该每一个容置槽的槽底设置有一个热源，该热源用来对电极基板进行加热烘烤。
12.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该柱状体的内壁上对应每个容置槽进一步设置有一个吸气孔，该吸气孔与该容置槽相连通以对该容置槽内放置的电极基板进行吸气固定。
13.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于：该染料敏化太阳能电池电极制造设备进一步包括一盖体，该盖体用来对收容有该柱状旋转机构的工作腔进行盖合。
14.一种染料敏化太阳能电池电极制造设备，其特征在于包括：
一柱状体，该柱状体具有一一端开口的工作腔，在该工作腔的内壁上设置有用来收容电极基板的容置槽；
一柱状旋转机构，该柱状旋转机构配合在该工作腔内，并能够在该工作腔内转动，该柱状旋转机构上设置有一容置腔、滚筒机构以及至少一个喷嘴，该容置腔与该至少一个喷嘴相连通以通过该至少一个喷嘴对该电极基板进行浆料喷涂，该滚筒机构能够在驱动力带动下发生自转以对收容在该容置槽内的电极基板进行滚压；
进料管，该进料管与该容置腔相连通以用来向该容置腔内输送不同的物料；
及出料管，该出料管与该工作腔相连通用来将该工作腔内的物料输送到外部。
15.一种染料敏化太阳能电池制造方法，其包括如下步骤：提供一工作电极；提供一对电极；提供一电解质溶液，将该电解质溶液封装在该工作电极与对电极之间，其特征在于：该工作电极的制造方法包括如下步骤：
提供一个如权利要求14所述的染料敏化太阳能电池电极制造设备；
将若干电极基板分别放置于该染料敏化太阳能电池电极制造设备中柱状体的工作腔的容置槽内；
向该柱状旋转机构的容置腔内通入二氧化钛浆料，启动该柱状旋转机构对收容于该容置槽内的电极基板进行二氧化钛浆料的喷涂；
采用滚筒机构对涂敷有二氧化钛的电极基板进行滚压，以使二氧化钛均匀涂敷在该电极基板上；
向该柱状体工作腔内通入光敏染料，使涂敷有二氧化钛浆料的电极基板完全浸置于该光敏染料中以对该电极基板进行光敏染料的掺杂。
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