专利名称：一种储能光电cigs太阳能电池及制备方法
技术领域：
本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
随着能源和环境危机日益严重，寻找新的可再生的能源正在成为ー项亟待解决的问题。太阳能取之不尽用之不竭，而且緑色可再生。其中薄膜太阳能技术近几年开始兴起，因为其具有重量轻、成本低，易安装等优点。铜铟镓硒(CIGS)是薄膜太阳能电池中效率最高的，但是现有的太阳能电池仅仅是光能转换器，将太阳能转化为电能输出，目前对太阳能的研究也仅仅只是如何提高转化率，对于电能的储存仅仅是在外部附加ー个单一功能的储能器件，由于外加器件不易携帯，直接限制了太阳能电池小型化的发展。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处提供一种同时具有光电转换和能量储存两种功能于一体的储能光电CIGS太阳能电池及制备方法，以期获得储能光电CIGS太阳能电池可以在将光能转化为电能的同时，可以将一部分电能储存起来，另外一部分电能用于输出。本发明为解决技术问题采用如下技术方案本发明储能光电CIGS太阳能电池的结构特点是设置所述储能光电CIGS太阳能电池的结构层自上而下依次为顶面导电玻璃衬底、CIGS储电层、第一电解液层、隔膜、第ニ电解液层、储电层和底面导电玻璃衬底，以所述顶面导电玻璃衬底和底面导电玻璃衬底作为对电极。本发明储能光电CIGS太阳能电池的特点也在于用于制备所述CIGS储电层的储能材料为碳材料或聚苯胺类材料，用于制备所述储电层的储能材料为金属氧化物或聚苯胺类材料。所述碳材料是通过炭气凝胶制备的纳米球形碳材料；所述金属氧化物为Mn02、Ni0或Ni2O3 ;所述聚苯胺类材料为聚苯胺。所述CIGS储电层的厚度为500-2000 μ m。所述第一电解液层和第二电解液层中的电解质为液态电解质，所述液态电解质是碳酸ニ甲酷、碳酸ニこ酷、碳酸丙烯酯、碳酸こ烯酯和碳酸甲こ酯其中ー种与一甲基三こ基四氟硼酸铵和四こ基四氟硼酸铵中ー种的混合物，所述混合物按摩尔比的比例为I : I。所述隔膜具有离子透过性。本发明储能光电CIGS太阳能电池的制备方法的特点是按如下步骤进行a、通过混合溅射法，将铜、铟、镓以及储能材料溅射在顶面导电玻璃衬底的导电面上，硒化后形成CIGS储电层；b、在底面导电玻璃衬底的导电面上，用储能材料以喷涂或沉积的方式形成储电层；
C、在CIGS储电层与储电层之间插入隔膜，压合后注入电解质，分别在CIGS储电层与隔膜之间形成第一电解液层，在储电层与隔膜之间形成第二电解液层；将由所述顶面导电玻璃衬底、CIGS储电层、第一电解液层、隔膜、第二电解液层、储电层和底面导电玻璃衬底构成的层结构在外周进行密封形成储能光电CIGS太阳能电池。本发明储能光电CIGS太阳能电池的制备方法的特点也在于所述步骤a中的混合溅射法的温度为200-500°C。与已有技术相比，本发明有益效果体现在
I、本发明通过混合溅射法制备的储能材料CIGS层，其中储能材料和CIGS产生了特殊的结构，同时增加了储能材料本身的导电性，同时在太阳能电池中加入了电解液和隔膜，解决了储能过程中电子传导的问题，基于以上结构，本发明的储能光电CIGS太阳能电池可以在将光能转化为电能的同时，可以将一部分电能储存起来，另外一部分电能用于输 出。2、以本发明方法所制备的完整的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射下1-4个小时，其开路电压为O. 5 O. 7V，和只具有光电转换的CIGS太阳能电池相比，储能光电CIGS太阳能电池的开路电压并没有降低，将太阳光模拟器照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置200-400小时，其开路电压为O. 2 O. 3V。
图I为本发明储能光电CIGS太阳能电池的结构示意图；图中标号1顶面导电玻璃衬底；2为CIGS储电层；3第一电解液层；4隔膜；5第ニ电解液层；6储电层；7底面导电玻璃衬底。
具体实施例方式实施例I :在200°C下通过混合溅射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及Ig碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为500 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 20 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂金属氧化物NiO，以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入四こ基四氟硼酸铵和碳酸ニ甲酷，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射2个小时后，其开路电压为O. 67V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置400小时，其开路电压为O. 23V。太阳光模拟器照射下快速模拟充放电5000次后衰减了 9. 6%，测量其开路电压为
O.60V。实施例2 在200°C下通过混合溅射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及I. 2g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为700 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 24 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂聚苯胺，以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入一甲基三こ基四氟硼酸铵和碳酸ニ甲酷，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射2个小时后，其开路电压为O. 70V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置380小时，其开路电压为 O. 26V。实施例3 在300°C下通过混合派射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及I. 4g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为900 μ m 的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 28 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂金属氧化物MnO2,以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入四こ基四氟硼酸铵和碳酸ニこ酷，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射2. 5个小时后，其开路电压为O. 69V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置350小时，其开路电压为O. 22V。实施例4 在300°C下通过混合派射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及I. 6g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为1100 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 32 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂金属氧化物Ni2O3,以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入一甲基三こ基四氟硼酸铵和碳酸ニこ酷，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射2. 5个小时后，其开路电压为O. 67V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置400小时，其开路电压为O. 23V。实施例5 在400 V下通过混合派射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及I. 8g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为1300 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 36 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂金属氧化物NiO，以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入四こ基四氟硼酸铵和碳酸丙烯酯，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射3个小时后，其开路电压为O. 70V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置370小时，其开路电压为 O. 21V。实施例6 在200°C下通过混合溅射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及2g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为1500 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为 9 3 7 15 40 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂金属氧化物Ni2O3,以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入一甲基三こ基四氟硼酸铵和碳酸丙烯酯，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射3个小时后，其开路电压为O. 67V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置360小时，其开路电压为 O. 25V。实施例7 在500°C下通过混合溅射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及2. 2g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为1700 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 44 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂金属氧化物NiO，以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入四こ基四氟硼酸铵和碳酸こ烯酯，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射3. 5个小时后，其开路电压为O. 68V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置370小时，其开路电压为O. 23V。实施例8 在500 V下通过混合派射法，将O. 45g铜、O. 15g铟、O. 35g镓以及2. 4g碳微球溅射到顶面导电玻璃衬底I的导电面上，然后在硒气氛下进行硒化形成厚度为500 μ m的CIGS储电层2，在混合溅射和硒化的过程中，按质量比取铜铟镓硒碳微球为9 3 7 15 48 ；在底面导电玻璃衬底7上喷涂聚苯胺，以300°C烧结形成储电层6，在CIGS储电层2和储电层6之间插入隔膜4后进行压合，再向压合的器件中按体积比为I : I注入一甲基三こ基四氟硼酸铵和碳酸こ烯酯，分别形成第一电解液层3和第二电解液层5，然后在器件的外围进行密封，形成储能光电CIGS太阳能电池。
本实施例所制备的储能光电CIGS太阳能电池在太阳光模拟器照射4个小时后，其开路电压为O. 70V ;将照射后的储能光电CIGS太阳能电池暗处放置350小时，其开路电压 为 O. 25V。
权利要求
1.一种储能光电CIGS太阳能电池，其特征是设置所述储能光电CIGS太阳能电池的结构层自上而下依次为顶面导电玻璃衬底(1)、CIGS储电层(2)、第一电解液层(3)、隔膜(4)、第二电解液层(5)、储电层(6)和底面导电玻璃衬底(7)，以所述顶面导电玻璃衬底(I) 和底面导电玻璃衬底(7)作为对电极。
2.根据权利要求I所述的储能光电CIGS太阳能电池，其特征在于，用于制备所述CIGS 储电层(2)的储能材料为碳材料或聚苯胺类材料，用于制备所述储电层￠)的储能材料为金属氧化物或聚苯胺类材料。
3.根据权利要求I所述的储能光电CIGS太阳能电池，其特征在于，所述碳材料是通过炭气凝胶制备的纳米球形碳材料；所述金属氧化物为Mn02、NiO或Ni203 ;所述聚苯胺类材料为聚苯胺。
4.根据权利要求I、2或3所述的储能光电CIGS太阳能电池，其特征在于，所述CIGS储电层(2)的厚度为500-2000 μ m。
5.根据权利要求I所述的储能光电CIGS太阳能电池，其特征在于，所述第一电解液层(3)和第二电解液层(5)中的电解质为液态电解质，所述液态电解质是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯其中一种与一甲基三乙基四氟硼酸铵和四乙基四氟硼酸铵中一种的混合物，所述混合物按摩尔比的比例为I : I。
6.根据权利要求I所述的储能光电CIGS太阳能电池，其特征在于，所述隔膜(4)具有离子透过性。
7.根据权利要求I所述的储能光电CIGS太阳能电池的制备方法，其特征是按如下步骤进行a、通过混合溅射法，将铜、铟、镓以及储能材料溅射在顶面导电玻璃衬底(I)的导电面上，硒化后形成CIGS储电层⑵；b、在底面导电玻璃衬底(7)的导电面上，用储能材料以喷涂或沉积的方式形成储电层(6)；C、在CIGS储电层(2)与储电层(6)之间插入隔膜(4)，压合后注入电解质，分别在CIGS 储电层⑵与隔膜⑷之间形成第一电解液层(3)，在储电层(6)与隔膜(4)之间形成第二电解液层(5);将由所述顶面导电玻璃衬底(I)、CIGS储电层(2)、第一电解液层(3)、隔膜(4)、第二电解液层(5)、储电层(6)和底面导电玻璃衬底(7)构成的层结构在外周进行密封形成储能光电CIGS太阳能电池。
8.根据权利要求7所述的储能光电CIGS太阳能电池的制备方法，其特征是所述步骤a 中的混合溅射法的温度为200-500°C。
全文摘要
本发明公开了一种储能光电CIGS太阳能电池，其特征是设置储能光电CIGS太阳能电池的结构层自上而下依次为顶面导电玻璃衬底、CIGS储电层、第一电解液层、隔膜、第二电解液层、储电层和底面导电玻璃衬底，以顶面导电玻璃衬底和底面导电玻璃衬底作为对电极。本发明无需外加储电器件的、集光能转化电能和电能储存双功能于同一结构中，具有非光能的充电功能。
文档编号H01L31/058GK102694047SQ20121019073
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者张波, 李学良, 罗梅, 肖正辉, 陈洁洁, 陈飞 申请人:合肥工业大学