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染料敏化 太阳能 电池的串/并联混合模块及其制造方法

阅读：908发布：2020-05-22

专利汇可以提供染料敏化太阳能电池的串/并联混合模块及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了染料敏化太阳能电池的串/并联混合模块及其制造方法。一种染料敏化太阳能电池 (DSSC)模块包括在相同衬底上彼此并联连接的子模块。每个子模块包括：具有相同的上部结构和下部结构并且通过导电网格彼此串联连接的多个电池。该导电网格将上部衬底和下部衬底彼此连接。，下面是染料敏化太阳能电池的串/并联混合模块及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种染料敏化太阳能电池(DSSC)模块，包括：
在相同衬底上彼此并联连接的子模块，每个所述子模块包括多个电池，所述多个电池具有相同的上部结构和下部结构并且通过导电网格彼此串联连接，所述导电网格将所述燃料敏化太阳能电池的上部衬底和下部衬底彼此连接。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述子模块中的每个所述电池具有相同的上部结构和下部结构。
3.根据权利要求1所述的模块，其中，连接两个以上相邻子模块的部分包括：在所述染料敏化太阳能电池模块的上侧设置的光电极或者在所述染料敏化太阳能电池模块的下侧设置的对电极上的所述导电网格，并且还包括分离地设置在所述染料敏化太阳能电池模块的剩余一侧上的透明电极。
4.根据权利要求3所述的模块，其中，连接所述两个以上相邻子模块的所述部分包括：
所述上部衬底和所述下部衬底中的任一个上的所述导电网格。
5.根据权利要求1所述的模块，其中，与相邻的染料敏化太阳能电池模块连接的所述染料敏化太阳能电池模块的端部包括所述上部衬底和所述下部衬底中的任一个上的所述导电网格。
6.根据权利要求3所述的模块，其中，通过切割在所述上部衬底和所述下部衬底中的没有形成导电网格的部分上设置的透明电极来使连接所述两个以上相邻子模块的所述部分分离且绝缘。
7.根据权利要求2所述的模块，其中，通过烧结金属膏或者通过插入导电织带或电线来形成所述导电网格。
8.根据权利要求1所述的模块，进一步包括：
用于使所述电池彼此分离的绝缘体隔板，所述绝缘体隔板包括选自由以下各项组成的组中的至少一个：光固化环氧树脂、热固化环氧树脂、光固化硅、热固化硅、及热塑料聚合物。
9.根据权利要求2所述的模块，其中，两个所述子模块通过与所述导电网格集成或连接的导线和在所述染料敏化太阳能电池模块的外部耦接至相对电极的外部电线来彼此并联连接。
10.根据权利要求1所述的模块，其中，所述染料敏化太阳能电池模块的所述上部衬底和所述下部衬底具有相同的长度，并且设置于两端上的阴极不突出到所述染料敏化太阳能电池模块的外面。
11.根据权利要求3所述的模块，其中，按照装置的次序进行所述子模块的连接。
12.根据权利要求11所述的模块，其中，所述装置包括所述光电极和所述对电极。
13.一种制造染料敏化太阳能电池(DSSC)模块的方法，所述方法包括以下步骤：
将导电网格施加在所述染料敏化太阳能电池模块的上部衬底和下部衬底的每一个中，其中，所述导电网格与连接子模块的部分的阳极侧或阴极侧分离；
将所述上部衬底和所述下部衬底连接在一起，其中，除了所述子模块的连接部分以外的上部导电网格和下部导电网格彼此重叠，以将所述子模块中的电池彼此串联连接，其中，两个以上相邻子模块彼此连接的部分具有在所述染料敏化太阳能电池模块的上侧设置的光电极或者在所述染料敏化太阳能电池模块的下侧设置的对电极上的所述导电网格，并且透明电极的分离结构形成在剩余一侧上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过使用激光束的划片或通过化学蚀刻来执行所述透明电极的分离。

说明书全文

染料敏化太阳能 电池的串/并联混合模块及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过串联和/或并联单元电池形成的染料敏化太阳能电池的模块及其制造方法。

背景技术

[0002] 开发提供以下许多优点的一种染料敏化太阳能电池(DSSC)，例如与现有硅太阳能电池相比制造成本低、高能量转化效率以及电池透明且柔性，从而DSSC可以用于各种应用领域中。

[0003] DSSC包括光电极，该光电极具有生成电子空穴对的染料分子以及传输所生成的电子的半导体层。电解质使用电子再次补给染料分子。对电极涂有用作电解质溶液的氧化还原反应的催化剂的铂层。如果光照射在DSSC上，那么吸收光的染料处于激发状态，使得电子移动到半导体层的导带中，并且所传导的电子沿着电极流动到外部电路中，从而以低能状态传输电能。在这种状态下，电子移动到对电极中。然后，染料从电解质溶液中接收与传输给半导体层的电子的数量对应的电子，从而染料恢复到其原始状态。电解质用于通过氧化还原反应从对电极中接收电子，然后，将电子传输给染料。

[0004] 用作电池的阴极的光电极包括半导体层，例如，二氧化钛TiO2。在光电极的表面上吸附有染料，该染料吸收可见范围的光并且生成电子空穴对。用于将电子提供给染料的电- -解质由氧化还原物种构成，例如，I/I3。LiI、NaI、烷基碘化铵、碘化咪唑等用作I离子的-
源，并且I3离子通过在溶剂中溶解I2产生。对电极由铂等构成，并且用作离子氧化还原反应的催化剂，从而通过在表面上的氧化还原反应，将电子提供给包含在电解质内的离子。

[0005] 染料敏化太阳能电池制造如下；称为单元电池的最小单元彼此电连接，并且经封装后制成模块。然后，将这些模块彼此组合形成阵列。因此，单元电池产生足以在家庭或者工业上使用的电流和电压是不可能的。通过将单元电池彼此连接制成的模块被分成Z串联模块、单块串联模块以及W串联模块。

[0006] 在该技术背景部分中公开的以上信息仅仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，其可能包含未构成在该国家为本领域的技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

[0007] 致力于作出本发明，以解决与现有技术相关的上述问题。

[0008] 一方面，本发明提供了以下一种模块机构，其中，与单个串联模块不同，在一个太阳能模块中的V-I组合是多样化的，并且在连接的电池之间的上部和下部结构彼此相同，从而实现均匀的电池透射率。在本发明的模块结构中不需要导电网格(conductive grid，导电栅极、导电栅体)的额外区域，从而使有效面积最大化并且增加了美学效果。

[0009] 在本发明构思的一个示例性实施方式中，一种染料敏化太阳能电池模块包括在相同衬底中彼此并联连接的子模块。每个子模块包括多个电池，该多个电池具有相同的上部结构和下部结构并且通过导电网格彼此串联连接。所述导电网格将燃料敏化太阳能电池模块的上部衬底和下部衬底彼此连接。

[0010] 构成各个子模块的各个电池可以具有相同的上部结构和下部结构。

[0011] 两个以上相邻的子模块连接的部分可包括：在位于上部位置的光电极或者在位于下部位置的对电极之上的导电网格，并且可包括：在剩余一侧上的透明电极的分离结构。两个以上相邻子模块连接的部分可包括：仅在上部衬底和下部衬底中的任何一个上的导电网格。

[0012] 在本发明构思的另一个示例性实施方式中，一种制造染料敏化太阳能电池模块的方法包括，将导电网格施加于模块的上部和下部衬底的每个上。从连接子模块的部分的阳极侧或阴极侧中消除所述导电网格。将上部衬底和下部衬底连接在一起，除了子模块的连接部分以外的上部导电网格和下部导电网格彼此重叠，以在子模块中呈现彼此串联连接的电池。能够制造该种染料敏化太阳能电池模块，其中，彼此连接两个以上相邻的子模块的部分具有位于上部位置的光电极或者位于下部位置的对电极上的导电网格，以及透明电极的分离结构形成在剩余一侧上。

[0013] 本发明的模块结构具有以下效果：

[0014] 第一，串联连接的相邻电池的上部结构和下部结构彼此相同，使得各个电池具有相同的透射率，从而确保视觉稳定性。

[0015] 第二，可在所有电池彼此串联连接的情况下简单地消除串联模块结构中的导电网格的一部分，从而能够获取并联结构。

[0016] 第三，不需要额外的网格面积，使得能够尽可能增大有效面积。

[0017] 在下文中讨论本发明构思的其他方面和示例性实施方式。附图说明

[0018] 现在，参照在附图中说明的其某些示例性实施方式，详细描述本发明的构思的以上和其他特征，在下文中，附图仅仅通过图示的方式给出，并因此不限制本发明的构思。

[0019] 图1为示出由串联连接的电池构成的多个子模块在相同的衬底上彼此并联连接的一种状态的示意图。

[0020] 图2为示出模块的上部和下部衬底具有相同的长度的情况的示意图。

[0021] 图3示出了子模块彼此并联连接的情况的示意图，其中，阴极在模块内彼此连接，而阳极通过外部的导线彼此连接。

[0022] 应理解的是，附图不一定按比例绘出，而是呈现说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本文所公开的包括诸如特定的尺寸、方向、位置以及形状的本发明的特定设计特征由特定的预期应用和使用环境来确定。

[0023] 在图中，遍及附图的这几幅图，参考标号指代本发明的相同或相当部件。

具体实施方式

[0024] 现在，详细参照本发明的构思的各种实施方式，其示例在附图中示出并且在下面进行描述。虽然结合示例性实施方式描述发明构思，但是要理解的是，本说明并非旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，发明构思旨在不仅包括示例性实施方式，而且还包括可能包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换物、变形、等同物以及其他实施方式。

[0025] 本发明提供了一种染料敏化太阳能电池(DSSC)模块，该模块具有相同的上部和下部结构，其中，由串联连接的多个电池构成的子模块在相同的衬底上通过将上部和下部衬底彼此连接的导电网格来彼此并联连接。

[0026] 而且，在根据本发明的DSSC模块中，两个以上相邻的子模块在一部分上彼此连接，在位于该模块的上侧的光电极上或者位于该模块的下侧的对电极上设置有导电网格，并且在提供导电网格的光电极或对电极的相对一侧上形成透明电极的分离结构。

[0027] 此外，本发明提供以下一种模块，其中两个以上子模块在一部分中彼此连接，导电网格仅仅形成在上部和下部衬底中的一个上，并且本发明提供了一种制造模块的方法。

[0028] 通过切割上部和下部衬底中未形成导电网格的任一个上的透明电极，可以分离其中彼此连接两个以上子模块的部分。

[0029] 通过烧结金属膏(例如，银膏)，或者通过插入导电织带或电线，可以形成所述导电网格。

[0030] 用于使电池彼此分离的绝缘体隔板40可包括选自由以下各项组成的组中的一种或多种：光固化环氧树脂、热固化环氧树脂、光固化硅、热固化硅以及热塑料聚合物。

[0031] 通过与导电网格集成或连接(join)的导线或穿过模块的外部耦接到另一电极的外部电线，两个以上子模块可以彼此并联连接。

[0032] 本发明可以包括这两个以上子模块，其中由于该模块的上部和下部衬底具有相同的长度，所以其设置于子模块的两端上的阴极并不突出到外面。

[0033] 根据本发明的DSSC模块的制造方法如下：

[0034] 将导电网格施加于该模块的上部衬底和下部衬底的每个中，从连接两个以上子模块的部分的阳极侧或阴极侧中除去所述导电网格。将上部衬底和下部衬底连接在一起，除了子模块的连接部分以外的上部和下部导电网格彼此重叠以在子模块中显现电池。因此，能够制造染料敏化太阳能电池模块，其中两个以上相邻的子模块彼此连接的部分具有在设置在模块的上侧的光电极或者设置在模块的下侧的对电极上的导电网格。然后，透明电极的分离结构形成在电极的剩余一侧上。通过使用激光光束的划片法(scribing method)或者通过化学蚀刻法(例如，使用盐酸还原导电氧化物的透明电极的方法)，可以执行所述透明电极的分离。

[0035] 本发明的模块结构的效果如下：

[0036] 第一，串联连接的相邻电池的上部结构和下部结构彼此相同，使得各个电池具有相同的透射率，从而确保视觉稳定性。

[0037] 第二，可在所有电池彼此串联连接的情况下通过简单地消除串联模块结构中的导电网格的一部分，从而能够获取并联结构。

[0038] 第三，不需要额外的网格面积，使得能够尽可能增大有效面积。

[0039] 在后文中，将参照附图详细描述本发明。

[0040] 如图1中所示，由彼此串联连接的电池构成的多个子模块90在相同的衬底中彼此并联连接。

[0041] 在彼此串联连接的电池之中，一个电池的光电极10和相邻电池的对电极60通过将上部和下部衬底50彼此连接的导电网格30彼此连接。相邻电池的阴极(+)或阳极(-)通过切割透明电极20彼此分开。可按照以下装置次序进行连接，即从最左边到最右边为第一电池(光电极10-对电极60)、第二电池(光电极10-对电极60)等等，反之亦然。两个以上子模块90可以通过导线(未示出)和穿过模块90的外部耦接至另一电极的外部电线70彼此并联连接，该导线与导电网格集成或连接。

[0042] 每个子模块具有相同数量的电池。子模块通过透明电极20或者阳极之间的集电极彼此并联连接。

[0043] 相对电极(opposite electrode)可以通过与阴极连接的设置在模块的外部的电线连接。

[0044] 而且，可以通过连接至并联连接的阳极的导电网格30的电线连接形成阳极端子(未示出)。

[0045] 如图2中所示，根据本发明的模块结构，模块的上部和下部衬底50具有相同的长度，使得设置于两端的阴极不突出到外面。

[0046] 如图3中所示，根据本发明的模块结构，子模块90并联连接使得阴极在模块内彼此连接。阳极通过设置在模块外面的导线彼此连接。例如，可按照以下装置次序进行连接，即，从最左边到最右边为第一电池(对电极60-光电极10)、第二电池(对电极60-光电极10)等等，反之亦然。

[0047] 参照本发明的示例性实施方式已经详细描述了本发明的构思。然而，本领域的技术人员要理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施方式中作出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

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