復合式薄膜風光電池及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合式薄膜風光電池，包括：兩塊薄膜太陽能電池和壓電薄膜，所述兩塊薄膜太陽能電池分別位于所述壓電薄膜的上、下表面，所述壓電薄膜的厚度范圍是9～90μm，該壓電薄膜的材料為：偏聚氟乙烯、氮化鋁、氧化鋅、硫化鎘或壓電陶瓷；其制作方法為：在壓電薄膜上、下表面依序制作包括：金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。本發明提供的復合式薄膜風光電池及其制作方法，可部分緩解當前的能源危機，可以同時把低能量密度、低品位的太陽能和風能利用起來；提高了土地資源的利用率；提高了取之不盡、用之不絕的新型能源的利用率；綠色低碳環保，本發明沒有涉及危害環境的環節。
【專利說明】復合式薄膜風光電池及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及清潔能源【技術領域】，特別涉及一種復合式薄膜風光電池及其制作方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會工業化的加深，經濟的持續增長，人們生活水平的提高，能源的供需矛盾日益尖銳。在過去的20年里，全球能源消耗量增加了 40%，所消耗的能源中有85%以上是礦物燃料。而按照目前的消耗速度及探明的儲量計算，全球化石能源中石油可用年限約為40年，天然氣約為60年，煤炭約為200年。同時，這些化石能源的開采、運輸和使用都會帶來環境的污染，長期發展下去，則會導致氣候變化繼而給人類帶來災難性的后果。因此，尋求和開發可再生的、清潔的能源已成為能源可持續發展的唯一選擇。
[0003]太陽能作為一種分布廣泛總量巨大的清潔新型能源在當今倍受人們的青睞。據估算，我國各地太陽能輻射總量每年達17000億噸標準煤。由于我國地處北半球，太陽能資源非常豐富，大多數地區年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上。因此，針對我國能源情況，充分利用太陽能是發展經濟和提高人民生活水平的有效途徑之一。另外，近年來，風力資源也受到了人們高度的重視。據2009年我國氣象局公布的數據表明，我國陸地50m高度層年平均風功率密度大于等于300瓦每平方米以上，風能資源潛在的開發量約為23.8億千瓦；我國近海50m高度層風能資源的可裝機容量約為2億千瓦。而在2010年，我國風能總裝機容量突破4400萬千瓦，成 為了世界風能大國之一。
[0004]雖然當前人們對 太陽能和風能的開發非常重視，其捕獲和利用技術也已經相對成熟。但是目前大多數太陽能和風能的開采是分開進行的，而太陽能電場和風電場的占地面積都非常巨大，因此這將導致土地資源的大量浪費。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發明要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種復合式薄膜風光電池及其制作方法，可以在捕獲太陽能的同時收集當地的風能，在利用太陽能和風能的同時提高土地資源的利用率。
[0007](二)技術方案
[0008]一種復合式薄膜風光電池，包括:兩塊薄膜太陽能電池和壓電薄膜，所述兩塊薄膜太陽能電池分別位于所述壓電薄膜的上、下表面，所述壓電薄膜的厚度范圍是9~90 y m，該壓電薄膜的材料為:偏聚氟乙烯、氮化鋁、氧化鋅、硫化鎘或壓電陶瓷。
[0009]其中，所述壓電陶瓷為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉀鈉或偏鈮酸鍶鋇。
[0010]其中，所述薄膜太陽能電池包括:依序形成的金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。
[0011]其中，所述的金屬背電極的厚度范圍為0.5~1.5i!m，其所用的材料為:鑰；所述的光吸收層的厚度范圍是1.5?2.0 ii m，其所用的材料為:銅銦鎵硒、銅銦硒或銅鎵硒；所述的過濾層的厚度范圍是0.03?0.05 ii m,其所用的材料為:硫化鎘、硫化鋅、硒化鋅或三硫化二銦；所述的窗口層的厚度范圍是0.5?1.5 ym，其所用的材料為:氧化鋅；所述的減反射層的厚度范圍是0.1y m，其是通過熱蒸發法在窗口層上形成的二氟化鎂薄膜；所述的金屬柵電極層的厚度范圍是0.05?3.0 y m,其是通過電子束蒸發的方法在減放射層上形成的鋁電極。
[0012]其中，所述薄膜太陽能電池還包括:基底層，所述基底層的材料為陶瓷、玻璃、塑料或金屬，所述的金屬背電極制作在所述的基底層上。
[0013]其中，所述復合式薄膜風光電池還包括:粘接層，所述粘接層為:粘接薄膜太陽能電池基底層的粘合劑，該粘合劑是有機硅高溫膠。
[0014]其中，所述有機硅高溫膠為:酚醛樹脂膠、脲醛樹脂膠、耐溫環氧膠、聚酰亞胺膠或耐高溫無機納米復合粘結劑即高溫膠。
[0015]本發明還提供一種復合式薄膜風光電池的制作方法，在壓電薄膜上、下表面依序制作包括:金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。
[0016]其中，所述金屬背電極通過直流濺射制作在所述壓電薄膜上。
[0017]其中，在所述壓電薄膜上形成粘接層；在所述粘接層上粘貼基底層；在所述基底層上制作金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。
[0018](三)有益效果
[0019]本發明提供的復合式薄膜風光電池及其制作方法，可部分緩解當前的能源危機，可以同時把低能量密度、低品位的太陽能和風能利用起來；提高了土地資源的利用率；提高了取之不盡、用之不絕的新型能源的利用率；綠色低碳環保，本發明沒有涉及危害環境的環節。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例1復合式薄膜風光電池的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明實施例2復合式薄膜風光電池的結構示意圖；
[0022]圖3為本發明復合式薄膜風光電池工作原理圖；
[0023]圖4為圖3中轉子結構示意圖；
[0024]圖5為圖3中定子結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0026]實施例1
[0027]圖1為本發明實施例1復合式薄膜風光電池的結構示意圖，如圖1所示，本發明提供一種復合式薄膜風光電池，包括:兩塊薄膜太陽能電池I和壓電薄膜2，所述兩塊薄膜太陽能電池I分別位于所述壓電薄膜2的上下表面，所述壓電薄膜2的厚度范圍是9?90 u m,該壓電薄膜2是可以將機械能轉換為電能的薄膜材料，作用是用于收集風能，其材料具體為為:偏聚氟乙烯、氮化鋁、氧化鋅、硫化鎘或壓電陶瓷。所述壓電陶瓷為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉀鈉或偏鈮酸鍶鋇。
[0028]薄膜太陽能電池I包括:依序疊合的金屬背電極11、光吸收層12、過濾層13、窗口層14、減反射層15和金屬柵電極層16。
[0029]所述的金屬背電極11的厚度范圍為0.5?1.5 ym，其所用的材料為:鑰；所述的光吸收層12的厚度范圍是1.5?2.0ii m，其所用的材料為:銅銦鎵硒(CIGS(CuGalnSe))、銅銦硒(CuInSe2)或銅鎵硒(CuGaSe2);所述的過濾層13的厚度范圍是0.03?0.05 u m,其所用的材料為:硫化鎘、硫化鋅、硒化鋅或三硫化二銦；所述的窗口層14的厚度范圍是0.5?1.5 iim，其所用的材料為:氧化鋅；所述的減反射層15的厚度范圍是0.1ii m，其是通過熱蒸發法在窗口層上形成的二氟化鎂薄膜；所述的金屬柵電極層16的厚度范圍是
0.05?3.0y m，其是通過電子束蒸發的方法在減放射層上形成的鋁電極。
[0030]本發明還提供一種復合式薄膜風光電池的制作方法，在壓電薄膜上、下表面依序制作包括:金屬背電極11、光吸收層12、過濾層13、窗口層14、減反射層15和金屬柵電極層
16。所述金屬背電極11通過直流濺射制作在所述壓電薄膜2上，其用于導出光吸收層12產生的電能；光電轉換的關鍵材料通過共蒸發的方法制作在金屬背電極11上表面得到光吸收層12，其作用是吸收太陽光并將其轉換為電能。過濾層13是通過水浴法制作在光吸收層12的上表面，其作用是降低帶隙的不連續性緩沖晶格不匹配的問題。在過濾層13上表面是窗口層14，其通過直流濺射的方法得到，其作用是與過渡層形成n區。在窗口層14的上表面通過熱蒸發方法制作有減放射層15，其主要作用是減少入射到電池上的太陽光線的反射。金屬柵電極16通過電子束蒸發的方法制作在減反射層15的上表面,其作為電極輸出薄膜太陽能電池產生的電能。
[0031]實施例2
[0032]圖2為本發明實施例2復合式薄膜風光電池的結構示意圖，如圖2所示，本實施例與實施例1不同之處在于，所述薄膜太陽能電池還包括:基底層17，所述基底層17的材料為陶瓷、玻璃、塑料或金屬，所述的金屬背電極11制作在所述的基底17層上。
[0033]所述復合式薄膜風光電池I還包括:粘接層3，所述粘接層3為:粘接薄膜太陽能電池基底層的粘合劑，該粘合劑是具有耐高溫并在凝固后具有柔性的材料的有機硅高溫膠，所述有機硅高溫膠為:酚醛樹脂膠、脲醛樹脂膠、耐溫環氧膠、聚酰亞胺膠或耐高溫無機納米復合粘結劑即高溫膠(ZS)，高溫膠(ZS)是一種利用無機納米材料經縮聚反應制成的耐高溫無機納米復合粘結劑。
[0034]其制作方法與實施例1不同的是:在所述壓電薄膜2上形成粘接層3 ;在所述粘接層3上粘貼基底層17 ;在所述基底17層上制作金屬背電極11、光吸收層12、過濾層13、窗口層14、減反射層15和金屬柵電極層16，所述金屬背電極11通過直流濺射的方法制作在基底層17上。除此之外，壓電薄膜、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極的制作方法和布置與實施例1中完全相同，在此不再贅述。
[0035]圖3為本發明復合式薄膜風光電池工作原理圖，如圖3所示，復合式薄膜風光電池發電裝置的結構主要由轉子3和定子4組成，其工作原理是當風吹過轉子3時，轉子3開始轉動，轉子3的轉動使得復合式薄膜風光電池轉動,轉動的復合式薄膜風光電池將與定子4發生作用，使得電池發生形變產生電能，從而實現將風能轉換為電能的目的。同時，轉動的復合式薄膜風光電池也在接受太陽光的照射捕獲太陽能。[0036]圖4為圖3中轉子結構示意圖，如圖4所示，轉子3其主要由復合式薄膜風光電池31、轉子軸32、葉片33和轉子支撐桿34組成。其中，轉子支撐桿34是整個轉子3的支撐部件，其將整個轉子3架于高空并與地面平行。在轉子支撐桿34的頂端裝有與地面平行的轉子軸32，使得轉子軸32水平架于高空。在轉子軸32不與轉子支撐桿34接觸的一端裝有三個葉片33。在轉子軸32兩端之間的部分上安裝有四塊復合式薄膜風光電池31，其可以跟隨轉子軸32轉動。因此，轉子3的工作原理是當風吹過轉子3時，葉片33開始轉動，轉動的葉片33帶動轉子軸32隨之轉動，轉子軸32的轉動最終帶動裝在其上的復合式薄膜風光電池轉動31。
[0037]圖5為圖3中定子結構示意圖，如圖5所示，定子4其主要由撥片41、定子輪轂42和定子支撐架43。其中，定子支撐架43是整個定子的支撐部件，其將定子輪轂42支撐并架于高空，在定子輪轂42的內壁面上沿圓周方向固定有八個撥片41，撥片41垂直于其內壁面并沿徑向延伸。請參考圖3所示，轉子軸32與定子輪轂42同心安裝。且在定子4和轉子3裝配好后，定子4上的撥片41與轉子3上的復合式薄膜風光電池31有重疊部分，重疊部分的長度取決于發電裝置的尺寸，一般重合的長度與復合式薄膜風光電池31長度的比為10%?20%之間。同時，為了保證定子輪轂42不遮擋照射到復合式薄膜風光電池上31的太陽光，其寬度應為轉子軸32的15%?20%之間，且其材料應該選用透光性好的材料，比如:聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃)，聚碳酸酯等透光性好的工程塑料也可以是一些具有透光性的合金或者金屬氧化物等材料。因此，定子4的工作原理是當復合式薄膜風光電池31在轉子軸32的帶動下轉動時，固定在定子輪轂上42的撥片41將撥動復合式薄膜風光電池31使其發生彎曲產生形變。而當復合式薄膜風光電池31轉過撥片41所在的位置時，其將恢復形變從而輸出電能。這樣在此發電裝置中轉子軸32旋轉一周，每片復合式薄膜風光電池31將發生八次形變并輸出電能。與此同時，復合式薄膜風光電池31也在吸收太陽光輸出電能，最終實現同時捕獲太陽能和風能的目的。
[0038]以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種復合式薄膜風光電池，其特征在于，包括:兩塊薄膜太陽能電池和壓電薄膜，所述兩塊薄膜太陽能電池分別位于所述壓電薄膜的上、下表面，所述壓電薄膜的厚度范圍是9?90 ym，該壓電薄膜的材料為:偏聚氟乙烯、氮化鋁、氧化鋅、硫化鎘或壓電陶瓷。
2.如權利要求1所述的復合式薄膜風光電池，其特征在于，所述壓電陶瓷為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉀鈉或偏鈮酸鍶鋇。
3.如權利要求1所述的復合式薄膜風光電池，其特征在于，所述薄膜太陽能電池包括:依序形成的金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。
4.如權利要求3所述的復合式薄膜風光電池，其特征在于，所述的金屬背電極的厚度范圍為0.5?1.5iim，其所用的材料為:鑰；所述的光吸收層的厚度范圍是1.5?2.0y m，其所用的材料為:銅銦鎵硒、銅銦硒或銅鎵硒；所述的過濾層的厚度范圍是0.03?0.05 u m,其所用的材料為:硫化鎘、硫化鋅、硒化鋅或三硫化二銦；所述的窗口層的厚度范圍是0.5?1.5 iim，其所用的材料為:氧化鋅；所述的減反射層的厚度范圍是0.1ii m，其是通過熱蒸發法在窗口層上形成的二氟化鎂薄膜；所述的金屬柵電極層的厚度范圍是0.05?3.0y m，其是通過電子束蒸發的方法在減放射層上形成的鋁電極。
5.如權利要求3所述的復合式薄膜風光電池，其特征在于，所述薄膜太陽能電池還包括:基底層，所述基底層的材料為陶瓷、玻璃、塑料或金屬，所述的金屬背電極制作在所述的基底層上。
6.如權利要求5所述的復合式薄膜風光電池，其特征在于，所述復合式薄膜風光電池還包括:粘接層，所述粘接層為:粘接薄膜太陽能電池基底層的粘合劑，該粘合劑是有機硅高溫膠。
7.如權利要求6所述的復合式薄膜風光電池，其特征在于，所述有機硅高溫膠為:酚醛樹脂膠、脲醛樹脂膠、耐溫環氧膠、聚酰亞胺膠或耐高溫無機納米復合粘結劑即高溫膠。
8.一種復合式薄膜風光電池的制作方法，其特征在于，在壓電薄膜上、下表面依序制作包括:金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。
9.如權利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述金屬背電極通過直流濺射制作在所述壓電薄膜上。
10.如權利要求8所述的制作方法，其特征在于，在所述壓電薄膜上形成粘接層；在所述粘接層上粘貼基底層；在所述基底層上制作金屬背電極、光吸收層、過濾層、窗口層、減反射層和金屬柵電極層。
【文檔編號】H02S10/12GK103681906SQ201210362890
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優先權日:2012年9月25日
【發明者】劉靜, 代丹 申請人:中國科學院理化技術研究所