CN111769164A - 一种混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,具体是在硅太阳能电池片的上表面覆盖一层透明致密的聚合物介电薄膜,并利用物理沉积技术形成图案化的金属银电极构成能够捕获雨滴水动能的混合能量采集太阳能电池。本发明以硅太阳能电池片的背电极和顶部的银电极作为纳米发电机的两个电极,使电池的内建电场成为摩擦层的一部分,可以大幅度增加纳米发电机电极之间的电势差,增加雨滴水动能的转换效率;同时,由于聚合物介电层的减反效应,太阳能电池的光电转换效率也得到进一步提升。混合能量采集太阳能电池的制备方法简单、成本低廉、效率提升空间大,是一种可同时捕获太阳能和雨滴水动能的新型能量转换装置。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术以及新能源技术领域,具体涉及一种混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的能量转换器件,具有光电转换效率高、清洁无污染、无地域限制等优点。然而,目前已开发的常规太阳能电池的发电功率严重依赖于光照条件,在阴天、雨天以及夜晚等暗光环境下的发电功率较低甚至无法正常发电,这极大限制了太阳能电池发电能力的最大化。因此,开发可在多种天气环境工作的多能采集太阳能电池具有十分重要的理论意义和实用价值。
摩擦纳米发电机是一种捕获低频机械能的新型能量转换器件,它的工作原理是通过摩擦起电现象使两种材料分别带上等量的异种电荷,再通过静电感应原理使背面的感应电极产生感应电荷,并在电势的驱动下使感应电极上的电荷输出至外电路,从而实现将机械能转化为电能。将透明摩擦纳米发电机与太阳能电池集成,不仅保持了太阳能电池在光照时的光电转换性能又可以利用雨滴与摩擦纳米发电机的摩擦起点现象捕获雨滴的水动能,延长了太阳能电池的发电时间并实现应用环境多元化,具有重要的应用价值。常规方法制备的混合能量采集太阳能电池仅是将摩擦纳米发电机与太阳能电池物理叠加,电池器件的输出电压和短路电流较低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法和应用,本发明可以获得成本低、稳定性好、光电转换效率高以及可以高效转换雨滴水动能的混合能量采集硅太阳能电池,极大延长太阳能电池的发电时间并提高发电功率,实现太阳能电池的应用环境多元化,具有重要的发展前景和应用价值。
为实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)、组装硅太阳能电池;将二甲基硅氧烷预聚体与固化剂混合均匀,得到聚二甲基硅氧烷的前驱体溶液;
(2)、将聚二甲基硅氧烷的前驱体溶液旋涂在硅太阳能电池的上表面,形成膜,固化;
(3)、在膜表面溅射一层图案化的银电极,与硅太阳能电池的银栅电极组装成混合能量采集硅太阳能电池。
进一步的,所述步骤(1)中硅太阳能电池为PERC单晶硅太阳能电池。
进一步的,所述步骤(1)中硅太阳能电池的基本结构为Al/p+-Si/Si/n+-Si/SiN/Ag1。
进一步的,所述步骤(1)中二甲基硅氧烷预聚体与固化剂的质量比为15:1~5:1。
进一步的,所述步骤(2)中旋涂的条件为:转速2000转/分~2300转/分,旋涂时间为30秒~50秒。
进一步的,所述步骤(2)中固化的温度为60℃ ~250℃,时间为1小时~3小时。
进一步的,所述步骤(3)中银电极的图案与硅太阳能电池的银栅电极平行排列。
本发明还提供了所述的制备方法制备得到的混合能量采集硅太阳能电池,所述硅太阳能电池的两个电极分别为铝背电极与银顶电极。
进一步的,所述硅太阳能电池在光照下的开路电压为0.5 V~0.7 V、短路电流为35mA·cm-2~45mA·cm-2、填充因子为0.7~0.85、光电转换效率为20%~24%;采集雨滴水动能的开路电压为20 V/滴~40 V/滴、短路电流为4μA/滴~8 μA/滴,输出功率为140μW/滴~200μW/滴。
本发明还提供了所述的混合能量采集硅太阳能电池在光伏电站中的应用。
进一步的,所述步骤(1)中硅太阳能电池的光电转换效率为20%以上。
进一步的,所述固化剂为硅酮弹性体硫化剂。
与现有技术相比,本发明的优点和技术效果是:
1、本发明通过在硅太阳能电池表面涂覆PDMS介电薄膜以及表面银电极,实现电池器件对雨滴水动能的高效采集。由于雨滴与PDMS表面相互摩擦,使PDMS和雨滴表面分别带有负电荷和正电荷,进而诱导铝电极上产生相应的电荷,从而实现水动能向电能的转换。同时PDMS的引入,可以减少硅太阳能电池表面的光反射率,提高了太阳能电池的光电转换效率。
2、本发明的电池是以硅太阳能电池背电极Al与PDMS表面的银电极为纳米发电机的两个电极,将太阳能电池也作为摩擦层的一部分,与传统的单电极模式相比,由于内建电场的存在,减少了摩擦感应电荷的损耗与耦合,明显提高了纳米发电机的电能输出,获得了38 V和8 μA的开路电压和短路电流,将电池器件的整体发电能力提升了30%以上。
附图说明
图1为本发明所制备的混合能量采集硅太阳能电池,其中,a和c为器件结构,b为电信号对比图,d为内建电场对摩擦电荷的作用机制。
图2为本发明所制备的混合能量采集硅太阳能电池在一个标准太阳下的电池效率曲线。
图3为本发明所制备的混合能量采集硅太阳能电池在雨滴刺激下产生的开路电压和短路电流。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种混合能量采集硅太阳能电池的制备方法包括以下步骤:
1、通过目前商业的制备技术组装结构为Al/p+-Si/Si/n+-Si/SiN/Ag1的单晶硅太阳能电池片,为PERC单晶硅太阳能电池,效率为20%以上。配制聚二甲基硅氧烷(PDMS)的前驱体溶液:将PDMS预聚体与固化剂(硅酮弹性体硫化剂)以质量比10:1混合均匀。
2、将PDMS的前驱体溶液在硅太阳能电池片上表面旋涂成膜,转速为2000转/分,时间为30秒,之后在200 ℃下固化3小时;
3、在PDMS形成的膜表面溅射一层图案化的银电极(Ag2),使之与硅太阳能电池片的银栅电极平行排列,组装成混合能量采集硅太阳能电池。
如图1~3所示,通过上述方法,获得了开路电压为0.5V~0.7V、短路电流为35 mA·cm-2~45 mA·cm-2、填充因子为0.7~0.85、光电转换效率为20%~24%的混合能量采集硅太阳能电池。所述电池采集雨滴水动能的开路电压为20V/滴~40 V/滴、短路电流为4μA/滴~8μA/滴,输出功率为140μW/滴~200μW/滴。本发明所述混合能量采集硅太阳能电池可以在电池组件和光伏电站中应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:
(1)、组装硅太阳能电池;将二甲基硅氧烷预聚体与固化剂混合均匀,得到聚二甲基硅氧烷的前驱体溶液;
(2)、将聚二甲基硅氧烷的前驱体溶液旋涂在硅太阳能电池的上表面,形成膜,固化;
(3)、在膜表面溅射一层图案化的银电极,与硅太阳能电池的银栅电极组装成混合能量采集硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中硅太阳能电池为PERC单晶硅太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中硅太阳能电池的基本结构为Al/p+-Si/Si/n+-Si/SiN/Ag1。
4.根据权利要求1所述的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中二甲基硅氧烷预聚体与固化剂的质量比为15:1~5:1。
5.根据权利要求1所述的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中旋涂的条件为:转速2000转/分~2300转/分,旋涂时间为30秒~50秒。
6.根据权利要求1所述的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中固化的温度为60℃ ~250℃,时间为1小时~3小时。
7.根据权利要求1所述的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中银电极的图案与硅太阳能电池的银栅电极平行排列。
8.权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到的混合能量采集硅太阳能电池,其特征在于:所述硅太阳能电池的两个电极分别为铝背电极与银顶电极。
9.根据权利要求8所述的混合能量采集硅太阳能电池,其特征在于:所述硅太阳能电池在光照下的开路电压为0.5 V~0.7 V、短路电流为35mA·cm-2~45mA·cm-2、填充因子为0.7~0.85、光电转换效率为20%~24%;采集雨滴水动能的开路电压为20V/滴~40V/滴、短路电流为4μA/滴~8μA/滴,输出功率为140μW/滴~200 μW/滴。
10.权利要求9所述的混合能量采集硅太阳能电池在光伏电站中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201013 |
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