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TW201316542A - 染料敏化太陽能電池模組及其製造方法 - Google Patents

染料敏化太陽能電池模組及其製造方法 Download PDF

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TW201316542A
TW201316542A TW101127594A TW101127594A TW201316542A TW 201316542 A TW201316542 A TW 201316542A TW 101127594 A TW101127594 A TW 101127594A TW 101127594 A TW101127594 A TW 101127594A TW 201316542 A TW201316542 A TW 201316542A
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TW
Taiwan
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solar cell
sensitized solar
substrate
cell module
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Application number
TW101127594A
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English (en)
Inventor
Hoe-Taek Yang
Dong-Joo Seo
Ho-Gi Bae
Original Assignee
Dongjin Semichem Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種為了防止於注入染料敏化太陽能電池模組的電解液時電解液之漏液，而於電解液注入口形成有凹凸圖案形狀之染料敏化太陽能電池模組及其製造方法。一種含有電解液注入口之染料敏化太陽能電池模組之製造方法，其特徵在於包含為了防止電解液自電解液注入口流出，而於電解液注入口的通路部分形成凹凸圖案形狀之步驟。該染料敏化太陽能電池模組之製造方法，係包含下述步驟：於透明基板上形成由吸附有染料之多孔性膜所構成之工作電極，而製造第1基板之步驟；於透明基板上形成觸媒電極，而製造第2電極之步驟；於由第1基板與第2基板所構成的染料敏化太陽能電池模組之外周面形成隔壁之步驟；於染料敏化太陽能電池模組的兩側端部之被前述隔壁所包圍之空間形成電解液注入口，且於前述電解液注入口的通路部分形成前述凹凸圖案形狀之步驟；用密封材將第1基板與第2基板貼合於染料敏化太陽能電池模組之步驟；藉由前述電解液注入口將電解液注入於經貼合之模組內之步驟；及電解液注入結束後，於電解液注入口的表面附著蓋體並密封之步驟。

Description

染料敏化太陽能電池模組及其製造方法 發明領域
本發明係有關於一種染料敏化太陽能電池模組及其製造方法，且特別係有關於一種經改善用於染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSC)之電解液注入方法之染料敏化太陽能電池模組及其製造方法。
發明背景
於1991年度，瑞士國立洛桑聯邦理工學院(EPFL)邁克爾‧格蘭澤爾(Michael Gratzel)研究團隊開發出染料敏化奈米粒子氧化鈦太陽能電池以後，就持續地進行許多關於該領域之研究。因為相較於現有的矽系太陽能電池，染料敏化太陽能電池具有很低的製造單價，故可取代現有非晶質矽太陽能電池；又，染料敏化太陽能電池與矽太陽能電池不同，其係以吸收可見光而可產生電子-電洞(hole)對之染料分子、及用以傳送所產生的電子之過渡金屬氧化物為主要構成材料之光電化學太陽能電池。
一般的染料敏化太陽能電池之單位電池單元構造係以透明基板、及各別形成於該透明基板表面之導電性透明電極為基本，而於相當於第1電極之其中一側的導電性透明電極上形成其表面已吸附有染料之過渡金屬氧化物多孔質層，且於相當於第2電極之另一側的導電性透明電極上形成觸媒薄膜電極，其中前述過渡金屬氧化物具有例如於 TiO2、多孔質電極與觸媒薄膜電極之間充填有電解質之構造。即，染料敏化太陽能電池係將電解質作為正孔傳達介質，所述之染料敏化太陽能電池的電解質依賴性係依賴電解質的擴散速度，而擴散速度則係相較於半固體型或固體型，液體狀態的有機溶媒或離子液體電解質的擴散速度更大，故具有優異的光電轉換效率性能。
因此，於製作單位電池單元或製造子模組時係必須有電解質之注入步驟，該步驟主要係以一般的吸管注入電解液，或使用如液晶注入裝備將電池單元整體放入真空腔室，並將電池單元內部維持在真空狀態並注入之方法。
染料敏化太陽能電池模組若係使用在製作時維持在真空狀態注入電解液的話，因在操作結束後內部的電解液會流到外部而有難以蓋起電解液注入孔之問題點。
發明概要
為解決所述之問題點，本發明係以提供一種已於電解液注入口形成有凹凸之染料敏化太陽能電池模組及其製造方法為目的，以防止注入染料敏化太陽能電池之電解液時電解液漏液。
前述染料敏化太陽能電池模組之製造方法包含下述步驟：於透明基板上形成由吸附有染料之多孔性膜所構成之工作電極，而製造第1基板之步驟； 於透明基板上形成觸媒電極，而製造第2電極之步驟；於由前述第1基板與前述第2基板所構成的前述染料敏化太陽能電池模組間之外周面形成隔壁之步驟；於前述染料敏化太陽能電池模組的兩側端部之被前述隔壁所包圍之空間形成電解液注入口，且於前述電解液注入口的通路部分形成前述凹凸圖案形狀之步驟；用密封材將前述第1基板與前述第2機板貼合於前述染料敏化太陽能電池模組之步驟；藉由前述電解液注入口將電解液注入於前述經貼合之模組內之步驟；及前述電解液注入結束後，於前述電解液注入口的表面附著蓋體並密封之步驟。
本發明係以前述構成於染料敏化太陽能電池模組之電解液注入口的通路部分形成凹凸，以防止密封作業時電解液的流出，藉此而有安定染料敏化太陽能電池之密封的效果。
本發明因可於在染料敏化太陽能電池模組之電解液注入口的通路部分形成凹凸時，使用網版印刷同時形成電池單元間隔壁，故而有可不新增其他目的的步驟之效果。
圖式簡單說明
第1圖係顯示本發明實施形態之染料敏化太陽能電池模組的概略構造之垂直截面圖。
第2圖係顯示本發明實施形態之於電解液注入口形成有凹凸部之染料敏化太陽能電池模組之水平截面圖。
第3圖係顯示本發明實施形態之於電解液注入口形成有凹凸部之染料敏化太陽能電池模組的一部份之一例。
第4圖係概略地顯示本發明實施形態之電解液注入口構造之截面圖。
第5圖係概略地顯示本發明其他實施形態之電解液注入口構造之截面圖。
發明之詳細說明
以下，將參考所附之圖式，就本發明實施形態以所屬本發明技術領域之具有通常技術者可容易實施的方式予以詳細說明。但，本發明可以各種不同的形態來實現，故並布線於在此說明之實施形態。並且，誤了明確的說明本發明而於圖示中省略說明上不必要的部分，並於說明書整體就類似部分附上類似的圖示符號。
於說明書整體中，當為「含有」具有某部分之構成要素時，其只要無特別會成反對之記載，即為不排除其他構成要素而可更含有其他構成要素之意。
第1圖係顯示本發明實施形態之染料敏化太陽能電池模組的概略構造之垂直截面圖。
本發明實施形態之染料敏化太陽能電池模組係由下述構造所構成：藉由密封材180貼合工作電極(光電極)基板100及與其相對向配置之相對電極基板200，並於工作電極基板 100及相對電極基板200之間注入電解液186。
工作電極基板100係由下述構造所構成：於第1透明基板110上形成第1透明電極120，並於其上將使表面覆有染料152之多孔質氧化物半導體層151作為光吸收層而形成，且與第1透明電極120連接之第1萃取電極170係露出於密封材180的外部。吸附有染料152之多孔性膜151係藉由入射光而生成電子，而可發揮使所述之電子移動到第1透明電極120的功能。
相對電極基板200係由下述構造所構成：於第2透明基板210上形成第2透明電極220與觸媒電極230，與第2電極220連接之第2萃取電極270係露出於密封材180的外部。
可發揮支撐第1透明電極120之支撐體功能的第1透明基板110，係必須形成成透明以使外部光可入射，例如：可由透明的玻璃或塑膠構成。塑膠的具體例可舉：聚對苯二甲酸乙二酯(Poly Ethylene Terephthalate：PET)、聚萘二甲酸乙二酯(Poly Ethylene Naphthalate：PEN)、聚碳酸酯(Poly-Carbonate：PC)、聚丙烯(Poly-Propylene：PP)、聚醯亞胺(Poly-lmide：PI)、三醋酸纖維素(Tri Acetyl Cellulose：TAC)等。
形成於第1透明基板110之第1透明電極120可由下述透明物質構成：銦錫氧化物(Indium Tin Oxide：ITO)、氟錫氧化物(Fluorine Tin Oxide：FTO)、銻錫氧化物(Antimony Tin Oxide：ATO)、銦鎵氧化物(Zinc Oxide)、錫氧化物(Tin Oxide)、ZnOGa2O3、ZnO-Al2O3等。第1透明電極120可由透明物質 的單一膜或積層膜構成。
第1透明電極120上可形成與第1透明電極120電性連接之第1集電電極140。所述之第1集電電極140可由具有電阻較由透明物質所構成之第1透明電極120低之具有優異電傳導性的金屬構成。
第1透明電極120與第1集電電極140雖係電性連接著，但第1集電電極140係物理性地被固定於第1透明電極120上。又，為了保護第1集電電極140，而形成包覆第1集電電極140之絕緣保護層160。絕緣保護層160可防止第1集電電極140直接接觸電解質，而可發揮保護第1集電電極140免於電解質而防止腐蝕之功能。
複數的光吸收層150係位於第1透明電極120上且被第1集電電極140隔離。如同前述，光吸收層150含有多孔性膜151及染料152，而多孔性膜151係含有金屬氧化物粒子。
所述之多孔性膜151，更正確地來說係多孔性膜151之金屬氧化物粒子表面上吸附有會吸收外部光而生成電子的染料152。染料152可由含有下述元素之金屬複合體構成：鋁(Al)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銪(Eu)、鉛(Pb)、銥(Ir)、釕(Ru)等。
於第1透明電極120上，與外部電路(未圖示)連接之第一萃取電極180係形成於密封材180的外側。於此，第1萃取電極170不僅具有與外部電路連接的功能，還同時具有集電電子的功能。
另一方面，對向配置於第1透明基板110上之第2透明基 板210可發揮支撐第2透明電極220及觸媒電極230之支撐體的功能，且如同第1透明基板110可由透明的玻璃或塑膠構成。
形成於第2透明基板210上之第2透明電極220及觸媒電極230係以與第1透明電極120為對向配置的方式而形成。第2透明電極220可由下述透明物質構成：銦錫氧化物、氟錫氧化物、銻錫氧化物、銦鎵氧化物、錫氧化物、ZnOGa2O3、ZnO-Al2O3等；而觸媒電極230可發揮使氧化-還原對(Redox couple)活性化之功能，且可由鉑、釕、鈀、銦、銠(Rh)、鋨(Os)、碳(C)、WO3、TiO2等構成。
於第2透明電極220上形成有與第2透明電極220電性連接之第2集電電極250。
第2透明電極220與第2集電電極250雖係電性連接著，但第2集電電極250係物理性地被固定於第2透明電極220上。又，亦可形成包覆第2集電電極250之第2絕緣保護層260。因第2集電電極250與第2絕緣保護層260與前述第1集電電極140與第1絕緣保護層160為相同或類似者，故省略詳細說明。於第2透明電極220、230上，與外部電路連接之第2萃取電極270係形成於密封材180的外側。
第1透明基板110與第2透明基板210係藉由密封材180而接合。
密封材180可使用熱可塑性高分子薄膜、環氧樹脂系或聚矽氧系之熱硬化性密封劑、紫外線硬化密封劑等。
習知，在注入電解液186後要進行密封作業時，業已注 入的電解液186會流出，而污染密封部分周邊，妨害密封作業。
為了防止所述之電解液186的流出，將參照第2圖至第5圖來詳細說明經改善之電解液注入口的構造。
第2圖係顯示本發明實施形態之於電解液注入口形成有凹凸部之染料敏化太陽能電池模組之水平截面圖；第3圖係顯示本發明實施形態之於電解液注入口形成有凹凸部之染料敏化太陽能電池模組的一部份之一例；第4圖係概略地顯示本發明實施形態之電解液注入口構造之截面圖；第5圖係概略地顯示本發明其他實施形態之電解液注入口構造之截面圖。
如第2及第3圖所示，本發明實施形態之電解液注入口184係在由第1透明基板110與第2透明基板210構成之染料敏化太陽能電池模組間外周面形成隔壁181後，在包圍染料敏化太陽能電池模組兩側端部的隔壁181之空間形成電解液注入口184。
電解液注入口184的通路部分則係形成防止電解液186流出之凹凸部300。
當使用網版印刷法於染料敏化太陽能電池模組間外周面形成隔壁181時，會同時形成凹凸部300的構造物。
因此一來，因隔壁181與凹凸部300的形成會同時進行，故可一邊維持既有的步驟，且可發揮防止電解液186流出外部之機能。
凹凸部300會因電解液注入口184之表面能量增加而增 加表面電阻，且會如箭頭方向般提高凹凸產生之摩擦電阻，而防止已注入內部之電解液186的漏液。
如第2圖所示，電解液的注入係因真空/加壓之力被施加的比凹凸部300的摩擦電阻還高，則如箭頭方向般電解液186會輕易地通過凹凸部300的周邊通路而進入。
凹凸部300的凹凸個數並未特別限制，但交互配置成2列時效果會很好。不過，並不限於此，凹凸部300的凹凸圖案形狀可構成成三角波、四角波、正弦波等多種。
參照第2及3圖，工作電極基板100與相對電極基板200係塗布於隔壁181上而貼合。
參照第4及5圖，電解液注入口184係於外周面形成接著劑層282，且附著蓋玻璃而密封。
又，亦可以丙烯酸類樹脂等之填充材來填充形成有凹凸部300的電解液注入口184而密封。
如第4圖所示，本發明實施型態之凹凸部300係凹凸部300形成於工作電極基板1上。
但，並不限於此，凹凸部300亦可形成於相對電極基板200上，並且如第5圖所示，亦可形成於工作電極基板100與相對電極基板200兩側。
以下，將說明本發明實施型態之染料敏化太陽能電池模組之製造方法。
首先，製造工作電極基板100。於第1透明基板110上形成第1透明電極120，並於其上形成表面覆有染料152之多孔質氧化物半導體層151作為光吸收層150。又，形成與第1 透明電極120連接之第1萃取電極170。又，第1集電電極140係形成於第1透明電極120上。藉此，而可製作工作電極基板100。
接著，製造相對電極基板200。於第2透明基板210上形成第2透明電極220與觸媒電極230，且形成與第2透明電極220連接之第2萃取電極270。又，第2集電電極250係形成於第2透明電極220上。藉此，而可製作相對電極基板220。
如第3圖所示，由工作電極基板100與相對電極基板200所構成之染料敏化太陽能電池模組(單元)係形成複數個，且於所述染料敏化太陽能電池模組(單元)間形成隔壁181。
於包圍染料敏化太陽能電池模組兩側端部的隔壁181之空間形成電解液注入口184。
於所形成之電解液注入口184的通路部分形成凹凸部300的構造物。
若製造了工作電極基板100與相對電極基板200，則以密封材180貼合該等基板100、200即可形成染料敏化太陽能電池模組。
用網版印刷於電解液注入口184的通路部分形成凹凸部300。網版印刷係由用以印刷印刷電機版之形成有開口部的光罩、及將焊錫膏印刷至印刷電路基板上之擠壓器所構成，且於印刷電路基板接觸到光罩之後，擠壓器會一邊使焊錫膏移動一邊使焊錫膏押出至光罩開口間來印刷。
因凹凸部300的形成可於形成單元間隔壁181時，利用網版印刷來同時形成，故可一邊維持既有步驟而又不用追 加其他步驟。
前述第1透明電極120及第2透明電極220可使用濺鍍法、化學氣相沉積法、噴霧熱分解氣相沉積法等來形成；而觸媒電極230可使用物理氣相沉積法(電鍍法、濺鍍法、電子束氣相沉積法等)、或濕式塗布法(旋轉塗布法、浸漬塗布法、流動塗布法等)等來形成。
利用密封材180將工作電極基板100與相對電極基板200貼合到染料敏化太陽能電池模組。當使用熱可塑性高分子薄膜作為密封材180時，可將工作電極基板100與相對電極基板200置於熱可塑性高分子薄膜上後，進行加熱、壓著，來接合工作電極基板100與相對電極基板200。
接著，藉由電解液注入口184，將電解液186注入到經貼合之工作電極基板100與相對電極基板200內。
然後，注入完電解液186後，於電解液注入口184外周面形成接著劑層282，並於其上附著蓋玻璃290來蓋住電解液注入口184而密封。
但，並不限於所述之實施形態，作為本發明之其他實施形態，染料敏化太陽能電池模組之製造方法還可包含下述步驟：於透明基板上形成由吸附有染料之多孔性膜所構成之工作電極，而製造第1基板100之步驟；於透明基板上形成觸媒電極，而製造第2電極200之步驟；直接貫通第1基板100或第2基板200，而形成用以注入電解液之電解液注入口之步驟；用密封材貼合第1基板100與第2基板200之步驟；藉由電解液注入口將電解液注入於經貼合之第1基板 100與第2基板200內之步驟；及注入完電解液後，密封電解液注入口之步驟。
本發明之其他實施形態的凹凸部(未圖示)係形成於貫通第1基板100或第2基板200電解液注入口的通路內側部分。
雖然前述本發明之實施形態中的染料敏化太陽能電池模組係例示為集電柵型，但不限於此，亦可以Z型、W型、單片(Monolithic)型等多樣地來適用。
以上所說明之本發明實施形態並不僅能以裝置及/或方法來實現，亦可以用以實現對應本發明實施形態之構成的機能的程式、以其程式所記錄之記錄媒體等來實現，且所述實現方式係只要為本發明所屬技術領域之專家，即可從前述實施形態之記載來輕易地實現。
以上雖已詳細地說明了本發明實施形態，但本發明的權利範圍並不限於此，當業者利用於其次申請專利範圍中所定義之本發明的基本概念所作之各種變形及改良型態亦屬本發明的權利範圍。
100‧‧‧工作電極基板
110‧‧‧第1透明基板
120‧‧‧第2透明基板
140‧‧‧第1集電電極
150‧‧‧光吸收層(染料+多孔性膜)
151‧‧‧多孔質氧化物半導體層/多孔性膜
152‧‧‧染料
160‧‧‧第1絕緣保護層
170‧‧‧第1萃取電極
180‧‧‧密封材
181‧‧‧隔壁
184‧‧‧電解液注入口
186‧‧‧電解液
200‧‧‧相對電極基板
210‧‧‧第2透明基板
220‧‧‧第2透明電極
230‧‧‧觸媒電極
250‧‧‧第2集電電極
260‧‧‧第2絕緣保護層
270‧‧‧第2萃取電極
282‧‧‧接著劑層
290‧‧‧蓋玻璃
300‧‧‧凹凸部
第1圖係顯示本發明實施形態之染料敏化太陽能電池模組的概略構造之垂直截面圖。
第2圖係顯示本發明實施形態之於電解液注入口形成有凹凸部之染料敏化太陽能電池模組之水平截面圖。
第3圖係顯示本發明實施形態之於電解液注入口形成有凹凸部之染料敏化太陽能電池模組的一部份之一例。
第4圖係概略地顯示本發明實施形態之電解液注入口構造之截面圖。
第5圖係概略地顯示本發明其他實施形態之電解液注入口構造之截面圖。
100‧‧‧工作電極基板
184‧‧‧電解液注入口
186‧‧‧電解液
200‧‧‧相對電極基板
282‧‧‧接著劑層
290‧‧‧蓋玻璃
300‧‧‧凹凸部

Claims (7)

  1. 一種染料敏化太陽能電池模組之製造方法，係製造含有電解液注入口之染料敏化太陽能電池模組者，其特徵在於包含為了防止電解液自前述電解液注入口流出，而於前述電解液注入口的通路部分形成凹凸圖案形狀之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之染料敏化太陽能電池模組之製造方法，其中前述染料敏化太陽能電池模組之製造方法包含下述步驟：於透明基板上形成由吸附有染料之多孔性膜所構成之工作電極，而製造第1基板之步驟；於透明基板上形成觸媒電極，而形成第2電極之步驟；於由前述第1基板與前述第2基板所構成的前述染料敏化太陽能電池模組間之外周面形成隔壁之步驟；於前述染料敏化太陽能電池模組的兩側端部之被前述隔壁所包圍之空間形成電解液注入口，且於前述電解液注入口的通路部分形成前述凹凸圖案形狀之步驟；用密封材將前述第1基板與前述第2基板貼合於前述染料敏化太陽能電池模組之步驟；藉由前述電解液注入口將電解液注入於前述經貼合之模組內之步驟；及前述電解液注入完之後，於前述電解液注入口的表面附著蓋體並密封之步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項之染料敏化太陽能電池模組之製造方法，其包含於前述染料敏化太陽能電池模組間之外周面形成隔壁時，同時形成前述隔壁與前述凹凸圖案形狀之步驟。
  4. 如申請專利範圍第2項之染料敏化太陽能電池模組之製造方法，其中形成前述凹凸圖案形狀之步驟包含於前述第1基板與第2基板形成前述凹凸圖案之步驟。
  5. 如申請專利範圍第2項之染料敏化太陽能電池模組之製造方法，其中形成前述凹凸圖案形狀之步驟包含於前述第1基板與第2基板形成前述凹凸圖案之步驟。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之染料敏化太陽能電池模組之製造方法，其中前述凹凸圖案形狀係形成2列以上並交互配置。
  7. 一種染料敏化太陽能電池模組，係以如申請專利範圍第1至5項中任一項之染料敏化太陽能電池模組之製造方法而製造。
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