包壳表面上的多层光电装置制造方法及图纸

一种光电装置，包括光电元件和包壳，所述光电元件包括多层，所述包壳的至少一部分具有曲线轮廓。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜光电装置和传感器以及用于电连接这些装置的材料和方法，特别涉及用于制造这些装置的材料和方法。更具体而言，本专利技术涉及包括传感器和光电电池的纳米颗粒光电化学(PEC)装置。纳米颗粒PEC装置的实例被公开在以下专利和申请中US4927721，Photoelectrochemical cell；Michael Graetzel and PaulLiska，1990。US5525440，Method of manufacture of photo-electrochemical celland a cell made by this method；Andreas Kay，Michael Graetzel and BrianO’Regan，1996。US6297900，Electrophotochromic smart window；Gavin Tulloch andIgor Skryabin，2001。PCT/AU01/01354，UV sensors and arrays and methods tomanufacture thereof，George Phani and Igor Skryabin。本专利技术还涉及将这些装置用于为也被称为微尘或智能尘埃的小型无线传感器供电的应用。
技术介绍
如在上述专利中所公开的类型的PEC电池属于广义类别的薄膜多层光电(PV)装置。这些装置被制造成布置在两个大面积基片之间或单个基片上的平面叠片。一种典型的布置包括两个玻璃基片，各个玻璃基片利用其内表面上的导电覆层。另一种典型的布置包括玻璃或聚合物的第一基片和聚合物的第二基片，其中第一基片利用其内表面上的导电覆层。在一些布置中，上述第二聚合物基片的内表面覆有导电覆层，而在其它布置中，上述第二聚合物基片包括利用相邻的诸如碳的导电材料的聚合物箔叠片。此外，在一些布置中，外表面可为叠片金属膜，而在其它布置中，外表面可覆上金属。上述第一和第二基片中的至少一个对可见光是大体透明的，附着的透明导电(TEC)覆层同样如此。PEC电池包含光电阳极和阴极，其中光电阳极典型地包括附着在一个导电覆层上的染料敏化纳米多孔半导体氧化物(例如，二氧化钛或氧化钛)层，阴极典型地包括附着在其它导电覆层或导电材料上的氧化还原电催化剂层。包含氧化还原介质的电解质位于光电阳极和阴极之间；电解质被密封以和外界隔绝。通常包括金属氧化物的TEC覆层，与普通金属导体相比具有高电阻系数，导致在高照度条件下工作的大面积PEC电池的高电阻损耗。制造PEC模块的一个实例包括使用两个具有已被分成电绝缘区域的TEC覆层的玻璃基片。将二氧化钛(或类似半导体)网印在一个基片的TEC覆层的所选区域上，并将催化剂网印在另一基片的TEC覆层的所选区域上。通过将覆有氧化钛的基片浸入染料溶液中，使二氧化钛覆上一薄层染料。将带状密封剂和互连材料沉积在其中一个基片上，然后将两个基片粘合在一起。通过其中一个基片中的穿露孔(accessaperture)将电解质加入电池，然后将这些孔密封。制造PEC模块方法的另一个实例包括使用具有已被分成电绝缘区域的TEC覆层的一个基片。例如，通过网印法将氧化钛、绝缘陶瓷氧化物和导电催化材料(例如，碳基导电催化材料)逐层沉积在覆有TEC覆层的基片的所选区域上，该催化层也可用作互连材料层。通过将多覆层基片浸入染料溶液中，使氧化钛覆上一薄层染料。将电解质加入多孔的氧化钛-绝缘体-催化剂层内的间隙中。将密封剂/聚合物和/或金属箔叠片的密封剂表面密封到基片上。上述PEC装置的一个优点是在角度性能方面比通常销售的装置要好。已经证明这些装置即使在漫射光的情况下或在太阳光入射角不同于法线时也表现良好。这个优点归因于感光层的纳米颗粒结构提供了大面积的感光表面。每一个覆有染料薄层的纳米颗粒吸收从所有方向入射的光，从而增强了整个电池的角度性能。然而，PEC的这些优点在平面基片上没有被充分利用。平面基片和空气之间的界面反射相当部分的太阳能，特别是在大入射角的情况下。抗反射覆层仅能部分克服这个问题；它们的抗反射特性典型地与波长相关，从而仅对小部分太阳光谱来说是最优的。此外，上述PEC装置，特别是大尺寸的PEC装置需要有高导电性和高光学透明性的覆层。透明导电体的电阻通常是大于5-10mm的装置的性能的限制因素。而且，很难将平面薄膜PV装置用于为微型无线传感器(微尘)供电。可以认识到的是，微尘将提供物理环境和因特网之间的广泛连接。尽管最初为了国防、情报和安全用途而被开发，却期望将微尘用于各种领域，包括存货和仓库控制、建筑物和桥梁的结构完整性评估、建筑自动化、测量、家庭网络、工业自动化和农业监测。微尘包括以下元件1.传感器2.数据处理器3.发送器4.接收器和5.电源能量存储器+PV元件尽管元件1)至4)的技术为小型化和独立的无线作业提供了实用上不受限制的性能，持久的和可再生的独立电源才是微尘的市场接受度和成功的关键。现有的微尘为大约3cm宽、5cm长，且小型化与就地产生微功率的有效性相关。此外，现有微尘具有不便使用的形状，不能交付给典型防御战区使用。存在有基于电化学能量存储器(电池)和用于持续为电池充电的光电元件的微功率源的实例。能量需求是小型微尘设计中的主要限制。另外，微尘和它们的光电元件当前是以大体平面的结构实现的。这影响了这些装置的空气动力性能和它们的可视性，并限制了可用功率。小尺寸的平面PV装置不能捕获足够量的光，特别是在有雾的、有烟尘的、多云的或室内光线的情况下。本专利技术的目的因此，本专利技术的一个目标是提供一种薄膜PV装置，更具体而言，提供一种特别是在漫射光的情况下具有增强性能的PEC装置，这种漫射光的情况对微尘工作而言是典型的。本专利技术的另一个目标是提供一种适合于为微尘供电和可与微尘集成在一个刚性模块内的光电装置。
技术实现思路
宽泛地说，本专利技术提出使用弯曲的表面来形成薄膜光电元件的各层，特别是形成薄膜PEC元件的各层。术语“弯曲的”在本说明书中用来描述大体为非平面的表面。典型地，该表面在形成光电元件之前是弯曲的。本专利技术中使用的典型的弯曲表面具有曲率半径小于50mm但优选地小于10mm的特征。弯曲元件的尺寸小于30-50mm，但优选地小于5-10mm。弯曲的PV元件考虑到更好地捕获来自所用方向的光，且提供更高的覆盖(footprint)效率(对于元件的覆盖(或横截面)区域计算的效率)。重要的是，弯曲的表面由包壳提供。该包壳保证光电装置的机械完整性，并为光电元件提供封装。该光电元件包括几层。在一个实施例中，该光电元件包括以下各层二氧化钛、钌基染料、具有碘化物基介质(iodide based mediator)的电解质以及碳基或铂基相对电极。光电元件的各层可形成在包壳内或包壳上。当各层形成在包壳内时，包壳必须由光学透明材料制成。本专利技术提出使用透明塑料材料以及玻璃。透明导体的导电覆层被附着在包壳上以保证有效收集电流。本专利技术提出使用透明导电氧化物(铟锡氧化物、掺氟的氧化锡等)或使用由导电纤维制成的网，例如金属网(不锈钢、氧化钛、钨、镍等)。当各层形成在包壳上时，该包壳不必要是透明的。在这种情况下，可使用非透明导电覆层来收集电流。本专利技术提供有宽广范围的包壳形状。在一个实施例中，包壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电装置，包括光电元件和包壳，所述光电元件包括多层，所述包壳的至少一部分具有曲线轮廓。2.如权利要求1所述的光电装置，其特征在于所述光电元件的层是不同的化学成分。3.如权利要求1或权利要求2所述的光电装置，其特征在于所述光电元件的一个或多个层形成在所述包壳内。4.如权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的光电装置，其特征在于所述光电元件的一个或多个层形成在所述包壳上。5.如权利要求1、2、3或4所述的光电装置，其特征在于所述包壳形成包含所述装置的圆顶。6.如权利要求5所述的光电装置，其特征在于所述圆顶大体为半球形。7.如权利要求5或权利要求6所述的光电装置，其特征在于所述圆顶被安装在形成所述圆顶的基底的基片上。8.如权利要求1、2或3所述的光电装置，其特征在于所述包壳大体封装所述装置。9.如权利要求8所述的光电装置，其特征在于所述包壳为球形。10.如权利要求8所述的光电装置，其特征在于所述包壳为多面体形。11.如权利要求10所述的光电装置，其特征在于所述光电元件形成在所述多面体的面上。12.如上述权利要求任一项所述的光电装置，其特征在于还包括安装在所述包壳内并电连接于所述光电元件的电子装置，所述光电元件被布置成向所述电子装置提供电源。13.如权利要求12所述的光电装置，其特征在于所述电子装置包括用于将信号发送到远程位置的发送器。14.如权利要求12所述的光电装置，其特征在于所述电子装置包括用于将信号发送给其它光电装置的发送器。15.如权利要求13或权利要求14所述的光电装置，其特征在于还包括连接到所述发送器的天线，所述天线由所述包壳的导电区域形成。16.如权利要求13或权利要求14所述的光电装置，其特征在于还包括连接到所述发送器的天线，所述天线由与所述光电元件相邻的导电层形成。17.如权利要求12或权利要求13所述的光电装置，其特征在于还包括连接到所述发送器的天线，所述天线包括从所述包壳向外延伸的导电部件。18.如权利要求12至17任一项所述的光电装置，其特征在于还包括能量存储装置。19.如权利要求18所述的光电装置，其特征在于所述能量存储装置为靠近所述光电元件的层形成的薄层的形态。20.如权利要求12至19任一项所述的光电装置，其特征在于还包括传感器。21.如权利要求20所述的光电装置，其特征在于所述传感器延伸到所述包壳外部。22.如权利要求12至21任一项所述的光电装置，其特征在于所述光电装置为单独模块的形态。23.如权利要求22所述的光电装置，其特征在于所述光电装置为布置成提供关于环境的信息的微尘的形态。24.如权利要求23所述的光电装置，其特征在于所述装置被封入弹性外壳内。25.如权利要求23或权利要求24所述的光电装置，其特征在于具有空气动力的外形。26.如权利要求23、24或25所述的光电装置，其特征在于还包括用于为所述装置定向的装置。27.如权利要求26所述的光电装置，其特征在于所述定向装置包括所述装置的预定重心。28.如权利要求26或权利要求27所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·L·斯克里亚宾，G·帕尼，S·M·塔洛克，G·L·埃文斯，B·乔斯尼克，
申请(专利权)人：支撑技术国际有限公司，
类型：发明
国别省市：