專利名稱：基于染料敏化太陽能電池的光電一體化建筑材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于綠色可再生能源技術(shù)領(lǐng)域及建筑材料領(lǐng)域，涉及一種利用染料敏化太陽能電 池和建筑材料形成一體化結(jié)合進(jìn)行發(fā)電，并應(yīng)用于建筑的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國人均能源資源相對(duì)匱乏，綠色可再生能源利用率低，溫室效應(yīng)造成環(huán)境破壞和污染 。另外在建筑物的建造和使用過程中對(duì)資源、能源的浪費(fèi)問題突出，建筑能耗嚴(yán)重，建筑節(jié) 能已成為急需解決的重大問題。
為解決上述問題，將光伏發(fā)電與建筑結(jié)合，使建材建筑物自身可以發(fā)電，不僅使建筑材 料增加新功能，達(dá)到建筑美學(xué)的需要，還可降低光伏發(fā)電的成本。同時(shí)還具有調(diào)峰和環(huán)保的 功能。但是迄今為止的太陽能電池由于成本高和不透明性及不易設(shè)計(jì)性，大大限制了建筑一 體化光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
太陽能與建筑相結(jié)合的技術(shù)專利有一些相關(guān)報(bào)道。例如專利 一種高效太陽能建筑一體 化外墻，公開號(hào)CN101037877，其主要的技術(shù)方案是采用的是太陽能集熱裝置包括金屬集 熱板和金屬集熱管。專利 一種太陽能建筑一體化建筑墻板，公開號(hào)CN201033911，其主 要的技術(shù)方案是提供的是將建筑保溫技術(shù)與太陽能利用技術(shù)結(jié)合構(gòu)成的新型建筑材料。
以上的專利多為一些建筑一體化太陽能熱水器和建筑保溫技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，只是將太陽 能轉(zhuǎn)換為熱能，不能用來發(fā)電。
另外有與光伏發(fā)電相關(guān)報(bào)道，例如專利內(nèi)置光伏百葉中空玻璃，公開號(hào)CN176627; 專利非晶硅光伏建筑一體化，公開號(hào)CN201043332及專利光伏發(fā)電幕墻，公開號(hào) CN2703068，等等，雖然可利用其進(jìn)行發(fā)電，但是由于硅太陽能電池制備工藝復(fù)雜，價(jià)格又 特別昂貴，并且是把硅電池夾在建筑材料中，既增加了建筑材料的成本也增加了硅電池的成 本。同時(shí)還存在著建筑一體化裝置透光性差，色彩單一，無法自由設(shè)計(jì)，不美觀，占地面積 大，沉重等缺點(diǎn)，阻礙了太陽能電池光伏建筑一體化的發(fā)展。
最近一種新型的染料敏化太陽能電池被發(fā)表(自然，353巻，737頁，1991年(Nature, Vol. 353， 737， 1991))。自發(fā)表以來由于該太陽能電池理論光電轉(zhuǎn)換效率高，制備工藝簡 單，成本低，因此受到全世界的關(guān)注，被認(rèn)為是能夠取代硅太陽能電池的新一代太陽能電池
3。利用染料敏化太陽能電池的特點(diǎn)可以期待能夠廣泛地應(yīng)用于建筑一體化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問題是提供一種制備工藝簡單，成本低，又可節(jié)省建筑材料和光電材 料，利用染料敏化太陽能電池的光電一體化建筑材料。
利用染料敏化太陽能電池的兩個(gè)電極都可以是玻璃基板的特點(diǎn)直接在建筑用的鋼化玻璃 、半鋼化玻璃上或普通玻璃門窗上，設(shè)計(jì)制作透明或半透明光電材料及各種顏色、各種圖案 的光電建筑材料，從而開發(fā)出價(jià)格低廉環(huán)保型多樣的建筑一體化光電材料，實(shí)現(xiàn)在發(fā)電的同 時(shí)節(jié)省建筑材料，在美化建筑物的同時(shí)降低太陽電池成本及建筑物成本的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
該光電一體化建筑材料主要是由半導(dǎo)體光陽極、對(duì)電極及位于兩電極之間的電解質(zhì)組成 。半導(dǎo)體光陽極主要由光陽極基板、導(dǎo)電膜、半導(dǎo)體薄膜和染料組成。對(duì)電極主要由對(duì)電極 基板、導(dǎo)電膜和對(duì)電極上的催化劑層組成。電解質(zhì)中包括起氧化還原作用的化合物和電解液 或熔融鹽及離子液體等擬固態(tài)或固體電解液。
將納米晶半導(dǎo)體漿料直接涂敷到建筑用帶有導(dǎo)電性的基板上制作半導(dǎo)體薄膜，之后吸附 染料，制成半導(dǎo)體光陽極；對(duì)電極的催化劑層由白金或碳等具有對(duì)電解質(zhì)的氧化還原起催化
作用的材料組成。將半導(dǎo)體光陽極與對(duì)電極組合，然后中間注入電解質(zhì)并固化粘結(jié)，從兩電 極引出導(dǎo)線進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)相結(jié)合拼制成大面積，制成光電建筑材料。
以上所述的光電建筑材料結(jié)構(gòu)上可采用單層或多層；采用多層結(jié)構(gòu)時(shí)，所用的光電材料 的結(jié)構(gòu)相同或不同；結(jié)構(gòu)不同是指所用的電極材料、電解質(zhì)、基板材料、電極、染料或建筑 材料的不同。
除了以上將染料敏化太陽能電池直接制作在建筑材料上，也可以將制作的光電材料夾在 建筑材料中或與建筑材料相結(jié)合使用。制作的光電材料可作為建筑物的外采光屋頂或建筑物 的玻璃幕墻或直接用于門窗，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。產(chǎn)生的直流電流經(jīng)匯集后，經(jīng)過線路保 護(hù)，輸入到逆變器，通過軟件控制，調(diào)整自身的輸出電壓頻率和相位，經(jīng)過開關(guān)控制輸出， 供建筑物內(nèi)部自身使用，也可進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸送到公共電網(wǎng)上。
本發(fā)明的效果益處是光伏建筑一體化染料敏化太陽能電池，具有制備工藝簡單，價(jià) 格低廉，并可根據(jù)需要，吸附不同顏色的染料，即起到遮陽、透光的作用，又可以起到裝飾 作用；同時(shí)該光伏建筑一體化染料敏化太陽能電池將太陽能電池與建筑材料及建筑物有機(jī)結(jié)
4合在一起，起到了建筑節(jié)能的作用。又可原地發(fā)電、原地使用，減少電流運(yùn)輸過程的費(fèi)用和 能耗，同時(shí)還可美觀建筑物。具有發(fā)電這項(xiàng)主要功能外，同時(shí)也還具有明顯的隔熱、隔音、 安全、裝飾和減小光污染等功能，特別是利用太陽能電池板發(fā)電不會(huì)排放C02或產(chǎn)生造成溫 室效應(yīng)的有害氣體，是一種潔凈能源。另外利用該發(fā)明的光電材料不但晴天可以發(fā)電，陰雨 天也可以發(fā)電。并且由于其成本只有硅光伏材料的約十分之一，因此可大大提高光伏建筑一 體化的普及率及應(yīng)用范疇。
附圖是單條染料敏化太陽能電池光電建筑材料的示意圖。
圖中l(wèi)為光陽極基板；2為導(dǎo)電膜，3為半導(dǎo)體薄膜，4為光敏化染料，
5為電解質(zhì)；6為對(duì)電極上的催化劑層；7對(duì)電極基板。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。 本實(shí)施例以制作染料敏化光電玻璃幕墻材料為例，在鋼化玻璃板l上涂上一層氧化銦錫
的導(dǎo)電膜2，之后將其用激光或鋅粉和鹽酸把導(dǎo)電膜腐蝕溝痕，分成8條，并在每一條間涂上 細(xì)細(xì)的銀漿料，并加以保護(hù)，作為收集電流用。在沒有銀漿料的地方將用水或有機(jī)溶劑配合 增粘劑調(diào)制好的二氧化鈦半導(dǎo)體漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)涂布在上面。經(jīng)過450度燒結(jié)30分鐘 后形成15微米的薄膜。之后浸在增感染料釕雙吡啶N719中。染料溶液濃度為5 x 10—4摩爾濃 度，吸附上染料4用來吸收可見光，將制作成的二氧化鈦半導(dǎo)體光陽極與對(duì)電極及位于兩電 極之間的電解質(zhì)5組成電池。其中對(duì)電極由基板7和氧化銦錫的導(dǎo)電膜2及白金催化層薄膜6組 成；電解質(zhì)5包括起氧化還原作用的碘的化合物和乙腈等有機(jī)電解液。兩個(gè)電極之間四周采 用密封膠或低熔點(diǎn)玻璃等密封。即成為基于染料敏化電池原理的建筑用光電材料，應(yīng)用于建 筑。白天經(jīng)太陽光照射，太陽能轉(zhuǎn)換為電能。產(chǎn)生的直流電流經(jīng)收集后，輸入到逆變器，經(jīng) 過控制及調(diào)整自身的輸出電壓頻率和相位，由開關(guān)控制輸出，供建筑物內(nèi)部自身使用，也可 進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸送到公共電網(wǎng)上。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種染料敏化太陽能電池光電一體化建筑材料，其特征在于該光電一體化建筑材料包括半導(dǎo)體光陽極、對(duì)電極及位于兩電極之間的電解質(zhì)。半導(dǎo)體光陽極主要由光陽極基板(1)、導(dǎo)電膜(2)、半導(dǎo)體薄膜(3)和吸附的光敏化染料(4)組成；對(duì)電極主要由對(duì)電極基板(7)、導(dǎo)電膜(2)和對(duì)電極上的催化劑層(6)組成；電解質(zhì)(5)中包括電解液、擬固態(tài)電解液或固體電解液和起氧化還原作用的化合物；將納米晶半導(dǎo)體漿料直接涂敷到建筑用帶有導(dǎo)電性的基板上制作半導(dǎo)體薄膜，之后吸附光敏化染料(4)，制成半導(dǎo)體光陽極(1)；對(duì)電極的催化劑層(6)由具有對(duì)電解質(zhì)的氧化還原起催化作用的材料組成；將半導(dǎo)體光陽極(1)與對(duì)電極組合，然后中間注入電解質(zhì)(5)并固化粘結(jié)，從兩電極引出導(dǎo)線進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)相結(jié)合拼制成大面積，制成光電建筑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池光電建筑材料，其特征 還在于所述的光電建筑材料結(jié)構(gòu)上采用單層或多層；采用多層結(jié)構(gòu)時(shí)，所用的光電材料的 結(jié)構(gòu)相同或不同；結(jié)構(gòu)不同是指所用的電極材料、電解質(zhì)、基板材料、電極、染料或建筑材 料的不同。
3.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池光電建筑材料，其特征 在于，將制作的光電材料與建筑材料相結(jié)合或夾在建筑材料中使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征還在于制作的光電材料作為 建筑物的外采光屋頂或建筑物的玻璃幕墻或直接用于門窗，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于染料敏化太陽能電池的光電一體化建筑材料，屬于綠色建筑材料領(lǐng)域。其特征是將納米晶半導(dǎo)體漿料直接涂敷到建筑用帶有導(dǎo)電性的基板上制作多條半導(dǎo)體薄膜，之后吸附染料，制成半導(dǎo)體光陽極；對(duì)電極的催化劑層由具有對(duì)電解質(zhì)的氧化還原起催化作用的材料組成；將半導(dǎo)體光陽極與對(duì)電極組合，然后中間注入電解質(zhì)并固化粘結(jié)，從兩電極引出導(dǎo)線進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)相結(jié)合拼制成大面積，制成光電建筑材料。本發(fā)明的效果益處是工藝簡單，價(jià)格低廉，遮陽透光且具有裝飾作用。該發(fā)明的光電材料可以全天候使用，不排放有害氣體，節(jié)能環(huán)保。由于成本只有硅伏材料的約十分之一，因此可大大提高普及率及應(yīng)用范疇。
文檔編號(hào)H01G9/20GK101509306SQ200910300998
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者張文明, 馬廷麗 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)