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    一種染料吸附系統包含繞軸線轉動的高速旋轉裝置，及環圍該高速旋轉裝置設置、且供固設工作電極半成品的基材裝載裝置，高速旋轉裝置包括供染料溶液沿軸向注入的染料容槽，及圍繞染料容槽外側設置的液體破碎單元，液體破碎單元具有多數規則或不規則排列且不成直線連通的空隙，當高速旋轉裝置轉動時，染料容槽中的染料溶液沿徑向離開染料容槽並在通過液體破碎單元後成為直徑更小並繼續行進的液滴，噴擊設置於基材裝載裝置的工作電極半成品使其吸附且吸附效率快，而能製作得到染料敏化太陽能電池的工作電極。
    公开号:TW201315545A
    申请号:TW100136488
    申请日:2011-10-07
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Hsiu-Po Kuo；Chun-Te Wu；Chia-Chang Lin
    申请人:Univ Chang Gung；
    IPC主号:H01G9-00
    专利说明:
    染料吸附系統
    本發明是有關於一種吸附系統，特別是指一種製作染料敏化太陽能電池的工作電極的染料吸附系統。
    目前的太陽能電池類型大致上分為兩大類，第一類是使用矽、III-V族或II-VI族化合物所構成的固態半導體太陽能電池，第二類是染料結合半導體及電解質的染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell；簡稱DSSC)；其中，染料敏化太陽能電池因具有容易製造、低成本及大面積等優點，近年來備受矚目。
    現有的染料敏化太陽能電池的工作電極的製備，是先將金屬半導體氧化物燒結於導電基板上形成工作電極半成品，再將工作電極半成品浸泡在染料溶液中浸浴20~24小時，經由染料分子本身的自擴散、布朗運動而吸附於工作電極半成品後，製得工作電極。
    由於工作電極的良率主要取決於染料吸附的多寡，因此，為了增加工作電極半成品上染料的吸附量，目前已提出例如採用多孔性材料、或奈米管狀結構等技術手段以擴大工作電極半成品上的染料吸收面積，或改善工作電極半成品的染料吸收性等，進而達到提昇染料敏化太陽能電池的光電轉換效率的目的。
    但，總括而言，雖然採用例如多孔性材料、或奈米管狀結構等技術手段，確實可以提昇工作電極半成品的染料吸收面積，或改善工作電極半成品的染料吸收性，然而，目前將工作電極半成品採用浸浴以吸附染料的製備方式，除了極度浪費材料成本極為昂貴的染料原料之外，其實，長時間的浸泡也並未能成比例地增加染料吸附量，反而出現製程時間過長，以及使得金屬半導體氧化物於浸泡過程中脫落導致最後工作電極對光電轉換效能衰減的問題，另外，大量剩餘染料的回收、處理也是一大問題。
    因此，本發明之目的，即在提供一種用於製作染料敏化太陽能電池的工作電極的染料吸附系統，而能縮短染料吸附製程時間及節省染料使用成本。
    於是，本發明染料吸附系統，用以將染料溶液噴佈於染料敏化太陽能電池的工作電極半成品上使其吸附，包含一高速旋轉裝置，及一環圍該高速旋轉裝置而設置的基材裝載裝置。
    該高速旋轉裝置繞一軸線轉動，並包括一供染料溶液沿軸向注入其中且於轉動中沿徑向離開的染料容槽，及一圍繞該染料容槽外側設置的液體破碎單元，該液體破碎單元具有多數排列且不成直線連通的空隙，而使沿徑向離開該染料容槽的染料溶液通過該液體破碎單元後，成為直徑更小並繼續徑向行進的染料溶液液滴。
    而該基材裝載裝置供固設該工作電極半成品使其承接染料溶液液滴，並將該些染料溶液液滴吸附以製得可感光並進行光電轉換之工作電極。
    本發明的目的及解決其技術問題還可採用於下技術措施進一步實現。
    較佳地，該基材裝載裝置包含多數環圍該高速旋轉裝置設置而供固設至少一工作電極半成品的承載座，及一設置於該等承載座下方而可收集未被該工作電極半成品吸收的染料溶液液滴的回收槽。
    較佳地，該液體破碎單元具有多數彼此堆疊排列而配合形成有該等空隙的填充物，及一將該等填充物環圍箍束於該染料容槽外壁面的束箍件。
    較佳地，該等填充物是用選自下列所構成的群組為材料所製成：金屬、合金、有機高分子、無機材料，及此等之一組合。
    較佳地，該等填充物分別是鋼絲絨或是陶瓷球其中之一。
    較佳地，該束箍件具有一環圍該染料容槽地與該染料容槽連接而共同界定出一供該等填充物塞置的管狀空間的箍壁。
    較佳地，該箍壁具有多數孔洞。
    較佳地，該染料容槽具有一包括多數穿孔的槽壁。
    較佳地，該染料吸附系統還包含一染料溶液輸送裝置，包括一容儲該染料溶液的容納槽、一連通該容納槽與該染料容槽並將該容納槽中的染料溶液以預定壓力輸送至該染料容槽的輸送管單元。
    較佳地，該染料溶液輸送裝置還包括一連通該容納槽與該回收槽並將該回收槽收集的染料溶液液滴抽吸至該容納槽的回收管路單元。
    本發明之功效在於：提出一種包含有該高速旋轉裝置的染料吸附系統，利用該高速旋轉裝置轉動，使容置於其中的染料因離心力而實質徑向地穿過該液體破碎單元成直徑小的微小液滴後供工作電極半成品吸附，從而在節省染料材料成本、提昇吸附速率，及大幅提升生產效率的前提下製作得到染料敏化太陽能電池的工作電極。
    有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
    參閱圖1，本發明染料吸附系統之一較佳實施例包含一支撐裝置4、一設於該支撐裝置4上的高速旋轉裝置1、一設於該支撐裝置4上的且環圍該高速旋轉裝置1設置的基材裝載裝置2、一輸送染料的染料溶液輸送裝置3，使用本發明染料吸附系統以將染料溶液噴佈於染料敏化太陽能電池的工作電極半成品5上使其吸附而成可感光並能進行光電轉換之工作電極。
    該支撐裝置4用以架設該高速旋轉裝置1與該基材裝載裝置2並提供動力驅動該高速旋轉裝置1，包括一支撐座41，及一動力源42，而在本例中，該動力源42是馬達。
    配合參閱圖2，該高速旋轉裝置1包括一與該動力源42連接而可被該動力源42帶動繞一軸線轉動的底盤11，一以該軸線為中心地設置於該底盤11上的染料容槽12，及一圍繞設置於該染料容槽12外側的液體破碎單元13。
    該染料容槽12具有一包括多數穿孔120的槽壁121，及一由該槽壁121界定出以供容放染料溶液的槽室122，當該動力源42帶動該底盤11轉動時，可使得自該染料溶液輸送裝置3沿軸向注入染料容槽12的槽室122中的染料溶液因為離心力而沿徑向自該些穿孔120離開該染料容槽12而進入該液體破碎單元13。
    該液體破碎單元13具有多數彼此堆疊排列在該染料容槽12外的填充物131、多數由該等填充物131相配合形成的不規則排列且不成直線連通的空隙132，及一環圍箍束該等填充物131的束箍件133。補充說明的是，該等填充物131是以例如金屬、有機高分子、無機材質，或其他不會與該染料溶液產生化學反應的材料所構成的網狀、塊狀、針狀或球型的物體，交錯勾纏、堆疊後即形成該等空隙132，該等空隙132可成規則排列、或不規則排列，例如鐵絲網、或是鋼絲絨、陶瓷球等，而在本例中，是以鋼絲絨作說明。
    該束箍件133具有一固接於在該底盤11上並具有多數孔洞135的箍壁134，且該箍壁134環圍於該染料容槽12外側並與該染料容槽12共同界定出用以容納放置該等填充物131的管狀空間130。而上述因離心力沿徑向離開該染料容槽12並進入該液體破碎單元13的染料溶液，在通過該液體破碎單元13時，即被該等填充物131及該等填充物131形成的間隙132限制而被破碎成直徑更小的液滴，且因旋轉的離心力繼續沿徑向行進而穿出該液體破碎單元13。
    該基材裝載裝置2設置在該支撐座41上且位於該高速旋轉裝置1外側，包括多數環圍該高速旋轉裝置1設置的承載座21，及一設置於該等承載座21下方並與該等承載座21所在空間相連通的回收槽22，該等承載座21分別供固設待吸附染料溶液的工作電極半成品5，該回收槽22則用於收集未被該工作電極半成品5吸附的染料溶液。
    染料溶液在通過該液體破碎單元13後，形成直徑小並繼續沿徑向行進的液滴而直接噴擊至該等工作電極半成品5並被吸附，進而製作得到工作電極，而未被吸附的染料溶液液滴則被收集容納於該回收槽22中。
    該染料溶液輸送裝置3包括一容儲該染料溶液的容納槽31、一連通該容納槽31與該染料容槽12並將該容納槽31中的染料溶液以預定壓力輸送至該染料容槽12的輸送管單元32，及一連通該容納槽31與該回收槽22的回收管路單元33，利用該輸送管單元32將染料溶液徑向地輸入該高速旋轉裝置1的染料容槽12中，並能同步以該回收管路單元33把該回收槽22收集的染料溶液利用如抽吸的方式汲引回收至該容納槽31中，而可再次運用。
    當使用本發明染料吸附系統製作染料敏化太陽能電池的工作電極時，是將待吸附染料溶液的工作電極半成品5分置於該基材裝載裝置2的承載座21上，之後令該動力源42驅動該底盤11並帶動染料容槽12、液體破碎單元13轉動，並同步地由該染料溶液輸送裝置3的輸送管單元32以預定壓力將該容納槽31中的染料溶液沿軸向注入該染料容槽12中，此時，位於該染料容槽12中的染料溶液因為高速旋轉產生的離心力，使得染料溶液在一定的加速度下徑向向外噴射，並經由該槽壁121上的多數穿孔120進入該液體破碎單元13，而在通過該液體破碎單元13時，被該等填充物131及其所構成的空隙132破碎為直徑愈來愈小的液滴，再由該箍壁134上的孔洞135噴射出去而遠離該液體破碎單元13。
    穿出該液體破碎單元13的染料溶液液滴藉著射出的慣性力繼續徑向前進而撞擊上環設於該液體破碎單元13外的工作電極半成品5並被吸附，此時，因為染料溶液已被破碎成直徑極小的液滴，且該等液滴在具有慣性力動量的撞擊輔助下，使得該等工作電極半成品5可以更快速、並更容易將染料吸附；另外，未被吸附的染料液滴則往下流到該回收槽22中，並利用該回收管路單元33輸送至該容納槽31而可再度使用。
    以本發明染料吸附系統製備工作電極，是不同於以往浸泡方式，而是利用該高速旋轉裝置1將染料溶液破碎、且施以離心力加速度使得小直徑的染料溶液液滴碰撞於工作電極半成品5上，當染料溶液接觸到工作電極半成品5時因為直徑小、接觸面積相對大、且又具有一定的動量而使得吸附的速度大大提升，而改善以往浸泡方式需長時間(20~24小時)的吸附過程。
    此外，本發明染料吸附系統是將未被吸附的染料溶液分離收集在該回收槽22中，再以該回收管路單元33送回該容納槽31中，因此染料溶液幾乎不受汙染、可以百分百回收使用，不僅解決以往浸泡方式需使用大量昂貴的染料原料製備染料浴而節省了昂貴的染料成本，亦能避免染料、或工作電極在經過長時間浸泡後受到影響而脫落，使得吸附效率、或光電轉換效益變差。
    綜上所述，本發明染料吸附系統採用染料噴灑、分離回收的方式節省了染料使用量，並搭配上該高速旋轉裝置1的輔助使得工作電極半成品5吸附染料的速度提升，大幅縮短吸附時間而能達到與以往浸泡方式的飽和吸附量，因此，以本發明染料吸附系統可在縮短染料吸附製程時間及節省染料使用成本的前提下製作出染料敏化太陽能電池的工作電極，故確實能達成本發明之目的。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
    1．．．高速旋轉裝置
    11．．．底盤
    12．．．染料容槽
    121．．．槽壁
    122．．．槽室
    120．．．穿孔
    13．．．液體破碎單元
    131．．．填充物
    132．．．空隙
    133．．．束箍件
    134．．．箍壁
    135．．．孔洞
    130．．．管狀空間
    2．．．基材裝載裝置
    21．．．承載座
    22．．．回收槽
    3．．．染料輸送裝置
    31．．．容納槽
    32．．．輸送管單元
    33．．．回收管路單元
    4．．．支撐裝置
    41．．．支撐座
    42．．．動力源
    5．．．工作電極半成品
    圖1是一剖視示意圖，說明本發明染料吸附系統之一第一較佳實施例；
    圖2是一俯視剖面示意圖，說明該較佳實施例局部構造。
    1．．．高速旋轉裝置
    11．．．底盤
    12．．．染料容槽
    121．．．槽壁
    122．．．槽室
    120．．．穿孔
    13．．．液體破碎單元
    131．．．填充物
    132．．．空隙
    133．．．束箍件
    134．．．箍壁
    135．．．孔洞
    130．．．管狀空間
    2．．．基材裝載裝置
    21．．．承載座
    22．．．回收槽
    3．．．染料輸送裝置
    31．．．容納槽
    32．．．輸送管單元
    33．．．回收管路單元
    4．．．支撐裝置
    41．．．支撐座
    42．．．動力源
    5．．．工作電極半成品
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種染料吸附系統，將染料溶液噴佈於染料敏化太陽能電池的工作電極半成品上使其吸附而製得用以進行光電轉換的工作電極，包含：一高速旋轉裝置，繞一軸線轉動並包括一供該染料溶液沿軸向注入其中且於轉動中沿徑向離開的染料容槽，及一圍繞該染料容槽外側設置的液體破碎單元，該液體破碎單元具有多數不成直線連通的空隙，而使沿徑向離開該染料容槽的染料溶液通過該液體破碎單元後成直徑更小並繼續徑向行進的染料溶液液滴；及一基材裝載裝置，環圍該高速旋轉裝置設置，並供固設該工作電極半成品使其承接染料溶液液滴。
    [2] 根據申請專利範圍第1項所述之染料吸附系統，其中，該基材裝載裝置包含多數環圍該高速旋轉裝置設置而供固設至少一工作電極半成品的承載座，及一設置於該等承載座下方而可收集未被該工作電極半成品吸收的染料溶液液滴的回收槽。
    [3] 根據申請專利範圍第2項所述之染料吸附系統，其中，該液體破碎單元具有多數彼此堆疊排列而配合形成有該等空隙的填充物，及一將該等填充物環圍箍束於該染料容槽外壁面的束箍件。
    [4] 根據申請專利範圍第3項所述之染料吸附系統，其中，該等填充物是用選自下列所構成的群組為材料所製成：金屬、合金、有機高分子、無機材料，及此等之一組合。
    [5] 根據申請專利範圍第4項所述之染料吸附系統，其中，該等填充物是選自於鋼絲絨、陶瓷珠或此等之組合。
    [6] 根據申請專利範圍第5項所述之染料吸附系統，其中，該束箍件具有一環圍該染料容槽地與該染料容槽連接而共同界定出一供該等填充物塞置的管狀空間的箍壁。
    [7] 根據申請專利範圍第6項所述之染料吸附系統，其中，該箍壁具有多數穿孔。
    [8] 根據申請專利範圍第1、6或7項所述之染料吸附系統，其中，該染料容槽具有一包括多數穿孔的槽壁。
    [9] 根據申請專利範圍第8項所述之染料吸附系統，還包含一染料溶液輸送裝置，包括一容儲該染料溶液的容納槽、一連通該容納槽與該染料容槽並將該容納槽中的染料溶液以預定壓力輸送至該染料容槽的輸送管單元。
    [10] 根據申請專利範圍第9項所述之染料吸附系統，其中，該染料溶液輸送裝置還包括一連通該容納槽與該回收槽並將該回收槽收集的染料溶液抽吸至該容納槽的回收管路單元。
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