專利名稱：一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于太陽能電池利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種立體高效吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池。
背景技術(shù)：
能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。伴隨著經(jīng)濟與科技的快速發(fā)展，人類社會對能源的需求大幅度增加，導致傳統(tǒng)能源(煤、石油、天燃氣)的儲量不斷減少，能源危機日益凸現(xiàn)，地球環(huán)境日益惡化。從長遠來看，可再生能源的開發(fā)和利用是能源危機和環(huán)境問題的重要措施。太陽能作為資源最豐富的可再生能源，具有獨特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力。太陽能電池作為太陽能利用的一種方式，隨著光伏技術(shù)的快速發(fā)展，正在從根本上改變能源的生產(chǎn)、供應和消費方式。目前的太陽能電池以單晶硅、多晶硅及非晶硅薄膜的研究和應用最為廣泛。雖然硅系太陽能電池已進入實用化階段，但由于制造成本高、生產(chǎn)工藝復雜、原料缺乏以及生產(chǎn)過程造成的環(huán)境污染能源消耗等問題制約了其開發(fā)應用。相比于硅系太陽能電池，染料敏化太陽能電池(dye sensitized solar cell,DSSC)由于其生產(chǎn)成本低、制作工藝簡單、應用范圍廣、轉(zhuǎn)換效率高(與非晶硅太陽電池相近)等特點有望取代傳統(tǒng)的硅太陽能電池，成為未來太陽能電池研究開發(fā)的重點。自發(fā)明太陽能電池以來，幾乎所有的太陽能電池都采用平板結(jié)構(gòu)。但是，平板結(jié)構(gòu)太陽能電池占地面積大，即使按單晶硅太陽能電池最高的理論效率計算，一幢別墅屋頂全部面積的太陽能電池也難以滿足該家庭的全部用電需求。因此，如何解決平板太陽能電池占地面積大是利用太陽能緩解能源危機需要面臨的關(guān)鍵問題。此外，平板太陽能電池對太陽光的入射角度比較敏感，受采光方向的限制，各個角度的太陽光不能被有效合理的利用， 而植物樹木采用分形生長的立體空間吸光結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對太陽能的最合理利用。盡管太陽能電池對太陽能的利用率遠遠高于植物葉綠素的光合作用對太陽能的利用率，但平板太陽能電池不能多角度全方位有效地利用太陽能，進而影響了太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程。目前的染料敏化太陽能電池主要以液態(tài)電解質(zhì)為大宗，由光陽極、對電極、染料及電解液構(gòu)成。在光照條件下，染料分子吸收太陽光后由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，躍遷過程產(chǎn)生的電子迅速注入到半導體的導帶中，電子通過彌散傳遞到導電基板，經(jīng)由外線路傳至對電極， 最后進入電解液。失去電子后的氧化態(tài)的染料從電解液中獲得電子而被還原，實現(xiàn)染料分子的再生，氧化后的電解質(zhì)接受對電極的電子而被還原成基態(tài)，完成電子的整個傳輸過程， 形成電子回路，產(chǎn)生光電流。半導體光陽極是染料分子吸附的載體，也是光產(chǎn)生電子傳輸?shù)耐ǖ馈Ｒ虼?，只有較高的比表面積才能吸附較多的染料分子，才能吸收較多的太陽光，而半導體納米陣列為電子的傳輸和收集提供了直接的通路。高比表面積的納米陣列光陽極有助于提高電池的性能。由于染料敏化太陽能電池所用的電極襯底多用透明導電玻璃，這使得光從玻璃襯底一側(cè)入射后，被吸附在半導體光陽極上的染料分子部分吸收，另有一部分入射光并沒有被吸收利用，造成了入射光的損失，降低了入射光的利用率。專利(申請?zhí)?200910046904. 7)通過在鉬化的導電玻璃對電極外側(cè)濺射光反射金屬(鋁或銀)層，以此來減少入射光的損失。專利(申請?zhí)?00920245966.6)通過在電池中置入一多孔金屬(銀、 鋁、鈦、鐵、鎳、金或銦)背接觸層來減少入射光的損失。但這些措施都是在原有電池基礎(chǔ)上增加了額外的金屬層，這無疑增加了電池的制造成本和復雜性。與立體空間結(jié)構(gòu)相比，平板結(jié)構(gòu)染料敏化太陽能電池較低的比表面積限制了染料的荷載能力，也限制了遠程操控的機動性和適應性。例如，目前的平板結(jié)構(gòu)染料敏化太陽能電池都是在太陽的直接照射下使用，但如果將電池置于暗室、地下、深水或遠離太陽光的條件下使用，現(xiàn)有的太陽能電池將面臨光線遠程操控下使用的技術(shù)難題?？傊?，目前的料敏化太陽能電池在結(jié)構(gòu)設計、電極制備、襯底選擇、大面積制作、應用拓展等方面仍存在許多技術(shù)上的不足與缺陷，亟待進一步的克服與改進。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，本實用新型提供一種立體雙側(cè)高效吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，以增加太陽能電池立體空間結(jié)構(gòu)的有效吸光面積，減少太陽光的損失，節(jié)省太陽能電池的占地面積，實現(xiàn)對太陽能的最合理利用。光纖遠程輸送太陽光，實現(xiàn)太陽能電池在暗室、地下及深水作業(yè)中使用。為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，該電池為底面或截面呈圓形或多邊形的柱形結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)至外分布的柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底，所述柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底以電池中心為對稱；在柱形光纖與電池襯底之間構(gòu)建有呈層間分布的樹枝狀半導體納米線簇，染料分子附著在樹枝狀半導體納米線簇上；在柱形光纖與電池襯底之間填充有電解液，金屬膜對電極與柱形光纖上的導電薄膜相互連通構(gòu)成太陽能電池的輸出電極。本實用新型進一步的特征在于所述電池為雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，該電池由內(nèi)、外兩個電池并聯(lián)套裝組合而成；所述內(nèi)電池包括外表面包覆有光纖表面涂層的柱形光纖、附著有染料分子的樹枝狀半導體納米線簇和多孔金屬膜對電極；所述外電池包括多孔金屬膜對電極、附著有染料分子的樹枝狀半導體納米線簇和電池襯底；內(nèi)、外電池共用一個多孔金屬膜對電極；在內(nèi)電池柱形光纖和外電池的電池襯底上分別依次構(gòu)建有導電薄膜、半導體氧化物種層及樹枝狀半導體納米線簇；內(nèi)電池、外電池分別通過其構(gòu)建的導電薄膜與中間設置的多孔金屬膜對電極相互連通， 電解液通過多孔金屬膜對電極上所設微孔在內(nèi)、外電池之間進行擴散滲透。所述雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)入射光線沿柱形光纖軸向從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部，外側(cè)入射光線通過外電池襯底從外側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部。所述的光纖表面涂層僅僅包覆光線入射端電池外光纖表面。所述雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)內(nèi)電池柱形光纖、外電池的電池襯底保持相同的結(jié)構(gòu)特征，為圓柱形、六邊形、五邊形、正方形或三角形；所述內(nèi)電池圓柱形柱形光纖對應于外電池管式電池襯底，管式電池襯底側(cè)面為無縫管式結(jié)構(gòu)，襯底采取柔性透明聚合物襯底材料制成；所述內(nèi)電池棱柱形柱形光纖對應于外電池矩形電池襯底，襯底采取剛性透明玻璃材料制成；側(cè)面外電池矩形電池襯底及樹枝狀半導體納米線簇與多孔金屬膜對電極組成一片電池，多片電池之間通過并聯(lián)連接組成外電池。所述雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池采取串聯(lián)組合或并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)。本實用新型還給出了另一種結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池所述電池為單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，該電池包括外表面包覆有光纖表面涂層的柱形光纖、 附著有染料分子的樹枝狀半導體納米線簇、金屬膜對電極和電池襯底，所述單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)電池襯底為對電極襯底；金屬膜對電極附著在對電極襯底上，在柱形光纖與附著有金屬膜對電極的對電極襯底之間填充有電解液。所述單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，入射光線通過柱形光纖傳輸沿軸向從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部。所述的光纖表面涂層僅僅包覆光線入射端電池外光纖表面。所述單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)柱形光纖與對電極襯底保持相同的結(jié)構(gòu)特征，為圓柱形、六邊形、五邊形、正方形或三角形；所述圓柱形柱形光纖對應于管式對電極襯底；所述棱柱形柱形光纖對應于矩形對電極襯底，對電極襯底(201)采取不透光對電極襯底；側(cè)面矩形對電極襯底及樹枝狀半導體納米線簇與金屬膜對電極組成一片電池，多片電池之間通過并聯(lián)連接組成外電池。所述金屬膜對電極為具有催化活性的透明或半透明的光反射層；所述多孔金屬對電極的透射率大于85%。本實用新型電池具有立體空間吸光結(jié)構(gòu)，樹枝狀半導體納米線簇為分形生長光陽極。本實用新型雙側(cè)采取了吸光結(jié)構(gòu)柱形染料敏化太陽能電池，內(nèi)側(cè)使用光纖傳輸光線進入內(nèi)電池，外側(cè)使用透明聚合物或透明玻璃全天候全方位吸光，內(nèi)外兩側(cè)立體空間吸光結(jié)構(gòu)使入射光與染料分子反復作用，能夠增加電池的有效吸光面積，減少入射太陽光的損失，實現(xiàn)對太陽能的高效利用。本實用新型采用光纖遠程輸送太陽光，實現(xiàn)太陽能電池在暗室、地下、深水或遠離太陽光的條件下使用。這種立體雙側(cè)高效吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池可以根據(jù)實際的需要進行任意的串聯(lián)、并聯(lián)組合，提高光電流的同時也提高光電壓，進而提高整體太陽能電池的輸出功率，實現(xiàn)大面積染料敏化太陽能電池的推廣應用。與傳統(tǒng)平板結(jié)構(gòu)的DSSC相比，本發(fā)明所帶來的技術(shù)效果是1)柱形太陽能電池每個側(cè)面都是有效的受光面積，立體空間結(jié)構(gòu)不受采光方向的限制，各個角度入射的太陽光都能被有效合理的利用，實現(xiàn)大面積吸收太陽光。2)光陽極半導體氧化物采用與植物樹木相似的分形生長，形成樹枝狀納米線簇， 無數(shù)的樹枝狀納米線簇集成在柱體的內(nèi)外側(cè)表面上，形成立體空間吸光結(jié)構(gòu)，有效地增加了半導體光陽極的比表面積。3)立體空間柱形結(jié)構(gòu)采用雙側(cè)吸光，允許入射光與染料分子反復作用，增加了太陽能電池的吸光面積；內(nèi)、外電池并聯(lián)套裝組合，共用一個對電極，且多孔金屬對電極具有光反射層的作用，能夠?qū)⑷玖戏肿記]有吸收的太陽光反射回來被染料分子再次吸收，減少了入射太陽光的損失。4)入射光沿光纖軸向射入，在光纖內(nèi)多次反射，每次反射光都能夠穿過界面進入電池內(nèi)部被染料分子吸收，增加了光與染料分子作用的有效面積，增加了染料分子吸收入射光的機會，減少了入射光的損失。5)采用光纖遠程輸送太陽光，實現(xiàn)太陽能電池在暗室、地下、深水或遠離太陽光的條件下使用。6)立體空間柱形結(jié)構(gòu)染料分子敏化太陽能電池占地面積小，外形設計靈活，應用范圍廣。根據(jù)用戶需求也可設計成單側(cè)吸光，也可以使用聚合物光纖。7)柱式結(jié)構(gòu)的太陽能電池可以根據(jù)實際的需要進行任意的串聯(lián)、并聯(lián)組合，且可以得到較高的光電轉(zhuǎn)換效率，以滿足不同用戶的需求，實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的大面積制作和應用。

圖1是雙側(cè)吸光柱形染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖(縱向剖視)；圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (c)、圖2 (d)、圖2 (e)是雙側(cè)吸光柱形染料敏化太陽能電池不同結(jié)構(gòu)A-A剖視圖(橫向剖視)；圖3是單側(cè)吸光柱形染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖(縱向剖視)。圖中，101-電池襯底；102，202-導電薄膜；103，203-半導體氧化物種層；104-多孔金屬膜對電極；105，205-柱形光纖；106，206-光纖表面涂層；107，207-樹枝狀半導體納米線簇；108，208-染料分子；109，209-電解液；110-微孔；201-對電極襯底；204-金屬膜對電極。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型技術(shù)內(nèi)容及特征作進一步的詳細的說明。具體以雙側(cè)吸光和單側(cè)吸光為例來說明本設計，但并不局限于下面的實施例。本實用新型的立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池為底面或截面呈圓形或多邊形的柱形結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)至外分布的柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底，所述柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底以電池中心為對稱；在柱形光纖與電池襯底之間構(gòu)建有呈層間分布的樹枝狀半導體納米線簇，染料分子附著在樹枝狀半導體納米線簇上；在柱形光纖與電池襯底之間填充有電解液，金屬膜對電極與柱形光纖上的導電薄膜相互連通構(gòu)成太陽電池的輸出電極。實施例1 如圖1所示，電池為雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，該電池由內(nèi)、外兩個電池并聯(lián)套裝組合而成；其中，電池底面與側(cè)面連為一體，側(cè)面為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)電池包括外表面包覆有光纖表面涂層106的柱形光纖105、附著有染料分子108的樹枝狀半導體納米線簇107和多孔金屬膜對電極104 ；外電池包括多孔金屬膜對電極104、附著有染料分子108的樹枝狀半導體納米線簇107和電池襯底101 ；內(nèi)、外電池共用一個多孔金屬膜對電極104 ；在內(nèi)電池柱形光纖105和外電池的電池襯底101上分別依次構(gòu)建有導電薄膜102、半導體氧化物種層103 及樹枝狀半導體納米線簇107;內(nèi)電池、外電池分別通過其構(gòu)建的導電薄膜102與中間設置的多孔金屬膜對電極104相互連通，電解液109通過多孔金屬膜對電極104上所設微孔110 在內(nèi)、外電池之間進行擴散滲透。本實施例中的雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)入射光線沿柱形光纖105軸向從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部，外側(cè)入射光線通過外電池襯底101從外側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部。如圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (c)、圖2 (d)、圖2 (e)所示，本實施例的雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，內(nèi)電池柱形光纖105、外電池的電池襯底101保持相同的結(jié)構(gòu)特征，為圓柱形、六邊形、五邊形、正方形或三角形；如圖2(a)所示，內(nèi)電池圓柱形柱形光纖105對應于外電池管式電池襯底101，管式電池襯底101側(cè)面為無縫管式結(jié)構(gòu)，襯底采取柔性透明聚合物材料制成；內(nèi)電池棱柱形柱形光纖105對應于外電池外電池矩形電池襯底101，襯底采取剛性透明玻璃材料制成；如圖2(b)-圖2(e)所示，內(nèi)、外電池的底面或截面為正多邊形；內(nèi)電池棱柱形柱形光纖105對應于外電池矩形板式結(jié)構(gòu)的電池襯底101，側(cè)面矩形襯底及樹枝狀半導體納米線簇107與多孔金屬膜對電極104組成一片電池，多片電池之間通過并聯(lián)連接組成外電池。本實施例的雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，柱形染料敏化太陽能電池采取串聯(lián)組合或并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)。本實施例中，內(nèi)、外電池透明導電薄膜102及中間的多孔金屬膜對電極104作為太陽能電池的輸出電極。光陽極為具有立體空間吸光結(jié)構(gòu)分形生長的樹枝狀半導體納米線簇107，樹枝狀半導體納米線簇107的生長采用簡單的水熱合成，所用半導體氧化物為&10、 TiO2或SnO2,本實施例首選aiO。ITO或FTO導電薄膜102及半導體氧化物種層103通過噴涂法或磁控濺射沉積在電池襯底101上；多孔金屬膜對電極104為具有催化活性及光反射作用的透明或半透明多孔金屬膜(Ni或Pt)，其透射率大于85%。本實施例中，內(nèi)側(cè)入射光通過光纖105從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部；光線入射端電池外光纖表面包覆光纖表面涂層防止漏光；外側(cè)入射光通過透明襯底 101從電池外側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部全天候全方位吸光。從內(nèi)側(cè)與外側(cè)射入立體空間柱形結(jié)構(gòu)太陽能電池內(nèi)部的入射光部分被吸附在半導體納米線簇107上的染料分子 108吸收，沒有被吸收的入射光被具有光反射作用的多孔金屬對電極膜104反射回來，再次被染料分子108吸收。半導體納米線簇107較高的比表面積也有助于吸附更多的染料分子， 以吸收更多的入射光，減少入射光的損失，實現(xiàn)對太陽能的高效利用。內(nèi)側(cè)入射光沿光纖105軸向射入，部分入射光從內(nèi)側(cè)穿過界面射入內(nèi)電池，沒有從內(nèi)側(cè)射入內(nèi)電池的入射光在光纖內(nèi)多次反射，每次反射光都能夠穿過界面進入電池內(nèi)部被染料分子108吸收，入射光與染料分子108反復作用，增加了染料分子108的有效吸光面積，減少了入射光的損失。柱體每個側(cè)面都是有效的受光面積，不受采光方向的限制，各個角度入射的太陽光都能被全天候有效合理的利用，實現(xiàn)大面積吸收太陽光。內(nèi)、外兩側(cè)立體空間高效吸光結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對太陽能的高效利用，增加了電池的輸出功率。實施例2 如圖3所示，電池為單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，該電池由外表面包覆有光纖表面涂層206的柱形光纖205、附著有染料分子208的樹枝狀半導體納米線簇207、金屬膜對電極 204和電池襯底構(gòu)成，該單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)電池襯底為對電極襯底201 ；電池底面與側(cè)面連為一體；其中，光纖表面涂層僅僅包覆光線入射端電池外光纖表面；金屬膜對電極204附著在對電極襯底201上，在柱形光纖205與附著有金屬膜對電極204的對電極襯底201之間填充有電解液209。本實施例的單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，入射光線通過柱形光纖205傳輸沿軸向從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部。[0049]本實施例的單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，柱形光纖205與對電極襯底201保持相同的結(jié)構(gòu)特征， 為圓柱形、六邊形、五邊形、正方形或三角形；參見圖2(a)-圖2(e)所示，圓柱形柱形光纖 205對應于外電池管式電池襯底201，管式電池襯底201側(cè)面為無縫管式結(jié)構(gòu)，管式對電極襯底201采用不透光對電極襯底；棱柱形柱形光纖205對應于矩形對電極襯底201，則對電極襯底201為多個剛性透明玻璃矩形連接而成的板式結(jié)構(gòu)。側(cè)面矩形對電極襯底201及樹枝狀半導體納米線簇207與金屬膜對電極204組成一片電池，多片電池之間通過并聯(lián)連接組成外電池。本實用新型電池具有立體空間吸光結(jié)構(gòu)，樹枝狀半導體納米線簇207為分形生長的光陽極。金屬膜對電極204為具有催化活性的透明或半透明的透明金屬膜(Ni或Pt)光反射層。透明導電薄膜202和鉬化金屬膜對電極204作為太陽能電池的輸出電極。光陽極為具有立體空間吸光結(jié)構(gòu)分形生長的樹枝狀半導體納米線簇207，樹枝狀半導體納米線簇207的生長采用簡單的水熱合成，所用半導體氧化物為&ι0、TiO2或SnO2,本實施例首選 ZnO0 ITO或FTO導電薄膜202及種層203通過噴涂法或磁控濺射沉積在襯底上。含碘離子或者鈦離子的電解液209采用毛細吸附原理通過金屬膜對電極襯底201上的小孔(圖中未標出)擴散滲透進入電池內(nèi)部。內(nèi)側(cè)入射光通過柱形光纖205從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部，光線入射端電池外光纖表面包覆光纖表面涂層防止漏光。從內(nèi)側(cè)射入立體空間柱形結(jié)構(gòu)太陽能電池內(nèi)部的入射光部分被吸附在半導體納米線簇207上的染料分子208吸收，沒有被吸收的入射光被具有光反射作用的金屬膜對電極204反射回來，再次被染料分子208吸收。半導體納米線簇207較高的比表面積也有助于吸附更多的染料分子，以吸收更多的入射光，減少入射光的損失。內(nèi)側(cè)入射光沿柱形光纖205軸向射入，部分入射光從內(nèi)側(cè)穿過界面射入內(nèi)電池，沒有從內(nèi)側(cè)射入內(nèi)電池的入射光在光纖內(nèi)多次反射，每次反射光都能夠穿過界面進入電池內(nèi)部被染料分子208吸收，入射光與染料分子208反復作用，增加了染料分子208 的有效吸光面積，減少了入射光的損失。由于單側(cè)吸光相對于雙側(cè)吸光其有效的受光面積和采光方向受到限制，因此，立體單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)柱形染料敏化太陽能電池主要用于暗室、地下、深水或遠離太陽光的條件下使用。在這種條件下使用，沿光纖軸向射入電池的入射光，其強度需要遠遠高于1個太陽的強度。上述實施例1和2中的立體空間高效吸光柱形結(jié)構(gòu)染料分子敏化太陽能電池占地面積小，外形設計靈活，應用范圍廣。可以根據(jù)實際的需要進行任意的串聯(lián)、并聯(lián)組合，提高光電流的同時也提高光電壓，進而提高太陽能電池的的輸出功率及整體性能，以滿足不同用戶的需求，實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的大面積制作和應用。此外，采用玻璃或聚合物光纖遠程輸送太陽光，柱體外側(cè)面采用透明導電襯底，雙側(cè)吸光(如示例1)，使太陽能電池不受采光方向的限制，各個角度入射的太陽光都能被有效合理的利用，實現(xiàn)大面積吸收入射光， 高效利用太陽能的效果；柱體外側(cè)面采用不透明導電襯底，單側(cè)吸光(如示例2)，實現(xiàn)太陽能電池在暗室、地下、深水或遠離太陽光的條件下使用。以上所述僅是結(jié)合具體的優(yōu)選實施例對本實用新型所作的進一步詳細說明，上述實施例1和2并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)方案所給出的范圍和對以上實施例所做的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于，該電池為底面或截面呈圓形或多邊形的柱形結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)至外分布的柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底，所述柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底以電池中心為對稱；在柱形光纖與電池襯底之間構(gòu)建有呈層間分布的樹枝狀半導體納米線簇，染料分子附著在樹枝狀半導體納米線簇上；在柱形光纖與電池襯底之間填充有電解液，金屬膜對電極與柱形光纖上的導電薄膜相互連通構(gòu)成太陽能電池的輸出電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述電池為雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，該電池由內(nèi)、外兩個電池并聯(lián)套裝組合而成；所述內(nèi)電池包括外表面包覆有光纖表面涂層(106)的柱形光纖(105)、附著有染料分子(108)的樹枝狀半導體納米線簇(107)和多孔金屬膜對電極(104)；所述外電池包括多孔金屬膜對電極 (104)、附著有染料分子(108)的樹枝狀半導體納米線簇(107)和電池襯底(101)；內(nèi)、外電池共用一個多孔金屬膜對電極(104)；在內(nèi)電池柱形光纖(10 和外電池的電池襯底(101) 上分別依次構(gòu)建有導電薄膜(102)、半導體氧化物種層(103)及樹枝狀半導體納米線簇 (107)；內(nèi)電池、外電池分別通過其構(gòu)建的導電薄膜(102)與中間設置的多孔金屬膜對電極 (104)相互連通，電解液(109)通過多孔金屬膜對電極(104)上所設微孔(110)在內(nèi)、外電池之間進行擴散滲透。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)入射光線沿柱形光纖(105)軸向從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部，外側(cè)入射光線通過外電池襯底(101)從外側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)內(nèi)電池柱形光纖(105)、外電池的電池襯底(101)保持相同的結(jié)構(gòu)特征，為圓柱形、六邊形、五邊形、正方形或三角形；所述內(nèi)電池圓柱形柱形光纖(10 對應于外電池管式電池襯底(101)，管式電池襯底(101)側(cè)面為無縫管式結(jié)構(gòu)，采取柔性透明聚合物襯底材料制成；所述內(nèi)電池棱柱形柱形光纖(10 對應于外電池矩形電池襯底(101)， 襯底采取剛性透明玻璃材料制成，側(cè)面外電池矩形電池襯底(101)及樹枝狀半導體納米線簇(107)與多孔金屬膜對電極(104)組成一片電池，多片電池之間通過并聯(lián)連接組成外電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于所述雙側(cè)吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池采取串聯(lián)組合或并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于所述電池為單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，該電池包括外表面包覆有光纖表面涂層O06)的柱形光纖 O05)、附著有染料分子(208)的樹枝狀半導體納米線簇(207)、金屬膜對電極(204)和電池襯底，所述單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)電池襯底為對電極襯底O01)；金屬膜對電極(204)附著在對電極襯底O01)上，在柱形光纖O05)與附著有金屬膜對電極O04)的對電極襯底(201)之間填充有電解液(209)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于所述單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)，入射光線通過柱形光纖(205)傳輸沿軸向從電池內(nèi)側(cè)射入太陽能電池立體空間內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于所述單側(cè)吸光結(jié)構(gòu)柱形光纖(205)與對電極襯底(201)保持相同的結(jié)構(gòu)特征，為圓柱形、六邊形、五邊形、正方形或三角形；所述圓柱形柱形光纖(20 對應于管式對電極襯底 (201)；所述棱柱形柱形光纖(20 對應于矩形對電極襯底001)，對電極襯底O01)采取不透光對電極襯底；側(cè)面矩形對電極襯底(201)及樹枝狀半導體納米線簇(207)與金屬膜對電極(204)組成一片電池，多片電池之間通過并聯(lián)連接組成外電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，其特征在于所述金屬膜對電極(204)為具有催化活性的透明或半透明的光反射層；所述多孔金屬對電極(104)的透射率大于85%。
專利摘要本實用新型公開了一種立體吸光結(jié)構(gòu)的柱形染料敏化太陽能電池，包括雙側(cè)或單側(cè)結(jié)構(gòu)，其底面或截面呈圓形或多邊形的柱形，由內(nèi)至外分布的柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底。柱形光纖、金屬膜對電極和電池襯底以電池中心為對稱；在柱形光纖與電池襯底之間構(gòu)建有呈層間分布的樹枝狀半導體納米線簇，染料分子附著在樹枝狀半導體納米線簇上；在柱形光纖與電池襯底之間填充有電解液，金屬膜對電極與柱形光纖上的導電薄膜相互連通構(gòu)成太陽電池的輸出電極。太陽能電池采用內(nèi)、外兩側(cè)或單側(cè)立體空間全天候全方位吸光結(jié)構(gòu)，使入射光與染料分子反復作用，增加了電池的有效吸光面積，實現(xiàn)了對太陽能的高效利用。能夠在暗室、地下、深水或遠離太陽條件下使用。
文檔編號H01G9/26GK202230887SQ201120328759
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者云斯寧 申請人:西安建筑科技大學