一种新型石墨烯光伏电池的制作方法

文档序号:14796478发布日期:2018-06-29 17:34阅读:366来源:国知局

本发明涉及电池领域,具体的涉及一种新型的光伏电池。



背景技术:

由于电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈,而开发太阳能资源成为寻求经济发展的新动力。

在此背景下,由于来源取之不尽,因此通过太阳能发电成为世界研发的新热点,而用于把太阳的光能直接转化为电能的光伏电池已经获得了阶段性的发展。

光伏电池具有以下优点:无枯竭危险、无污染、不受资源分布地域的限制、可在用电处就近发电、能源质量高、供电系统工作相对可靠等。

但现有利用半导体发电的光伏电池仍然没有办法做到真正的全面应用,主要是由于其转换率仍然偏低,约20%左右,且最重要的是成本过高,总体经济效益并不能做到令人满意。



技术实现要素:

为了解决现有光伏电池转换率低却成本高、效益较差的问题,本发明提供一种新型石墨烯光伏电池。

本发明技术方案如下:

一种新型石墨烯光伏电池,其特征在于由至少一个光伏电池单元组成,每个光伏电池单元包括基底、位于基底表面的活性层及位于活性层两端且与所述活性层接触的电极,其中所述活性层包括质量分数2-10%的石墨烯、5-20%的光伏活性物质和导电胶。

优选的所述石墨烯为单层或寡层石墨烯,对阳光透光率为90-98%。

优选的所述基底为透明基底,包括玻璃、硬质塑料薄片或软质塑料薄膜。

进一步优选的所述塑料包括PC、PET、PMMA或聚丙烯酸酯等透明塑料。

优选的所述导电胶为纳米级透明羟甲基纤维素导电胶。

在上述各透明原料的优选条件下,光伏电池优选的由2-10层光伏电池单元层叠而成。

优选的每层光伏电池单元的光伏活性物质不完全相同。

所述光伏活性物质可以是常见的碲化镉、硫化镉、硒化锌、硫化锌、碲镉汞或生物质叶绿素等材料。

所述电极的两极分别为电动势差>2.2V的金属。

优选的所述电极分别为铜、铝。

本发明技术效果:

对于一般的半导体光伏材料来说,其受光照时瞬时产生的电子容易淬灭,并不能轻易的转换成电流。本发明利用了石墨烯具有快速电子迁移率的特性(石墨烯具有200000cm2/Vs的电子迁移率,为硅的100-200倍,且电阻率极低),将石墨烯结合少量光伏材料与导电粘结剂形成活性层涂布于基底表面构成新型的光伏电池,光伏材料用量可以大幅减少,电池结构和原理也发生根本变化,只需在活性层两侧设置金属箔电极,通过其微小的电势差即可将光伏材料受到光照时瞬时产生的电荷迅速高效迁移导出而不至于淬灭,实现了一种新型的结构简单的光伏电池。同时,也实现了成本的大幅度的降低,由于石墨烯和光伏材料通过互相配合使得用量均较少,同等输出功率下,成本仅为现有常用光伏电池的四分之一。

进一步的,通过使用具有一定透明度的石墨烯,特别是透光度可达到98%左右的单层石墨烯结合本发明限定量的光伏材料制成活性层,涂布于透明基材表面形成透明的光伏电池单元,这样能够将多层光伏电池单元叠加使用,阳光穿透多层光伏电池单元同时产生作用,可大幅提升能量转换率。

进一步的,每个光伏电池单元的活性层可使用不同吸收频率的光伏材料,透过上层的光谱能量能由下层具有不同波长吸收特性的光伏材料吸收,使太阳光能谱在广谱条件下被吸收,对日光予以充分的利用,使光伏发电的作用机制开拓更有效的空间。

附图说明

图1为光伏电池单元示意图;

图2为光伏电池单元形成光伏电池的示意图。

图中各标号列示如下:

1-光伏电池单元,2-透明基底,3-活性层,4-电极,5-外壳。

具体实施方式

为了更好的理解本发明,下面结合附图对本发明进行进一步的解释。

实施例1

本实施例的一种新型石墨烯光伏电池,由8层光伏电池单元1组成,如图1所示,每个光伏电池单元1包括透明基底2、位于透明基底2表面的透明活性层3及位于活性层3两端且与所述活性层3接触的电极4。

每个光伏电池单元1的具体制备方法如下:

首先将光伏活性物质ZnS、单层石墨烯水溶液以及透明导电胶纳米CMC溶液混合形成涂布剂,涂布剂中石墨烯质量分数为2%、ZnS质量分数为10%、CMC质量分数为10%,并通过旋涂的方式涂布于透明基底2表面形成活性层3,厚度100-150um左右,透明基底2为PC透明薄膜,然后在活性层3两侧分别附着正极和负极箔片,本实施例采用常见的铝箔和铜箔,形成光伏电池单元1,再将所述光伏电池单元1共8层分片层如图2所示叠放入方形框架中,保证整体光伏电池单元均具有一定的透光性,形成多层发电装置,用导线对每层电极予以连接并装入透明外壳5保护即形成光伏电池整体。当光源入射光伏材料吸收光谱能量后产生电子,形成导电网路的石墨烯顺电动势方向快速移出电子。

本实施例的转换率可达25%左右,成本仅为普通单晶硅光伏电池的四分之一。

实施例2

本实施例制备方法同上,区别在于光伏电池单元为四层,活性层中石墨烯质量分数3%,四层光伏电池单元的光伏材料两两间隔分别采用ZnS和叶绿素,质量分数为别为5%和20%,涂布于平板玻璃上。

实施例3

本实施例制备方法同上,区别在于光伏电池单元为六层,活性层中石墨烯质量分数5%,光伏材料为碲化镉,质量分数为5%,涂布于PET透明薄膜上。

实施例4

本实施例制备方法同上,区别在于光伏电池单元为三层,活性层中石墨烯质量分数4%,每层光伏材料分别为ZnS、碲化镉、叶绿素,质量分数分别为5%、5%和15%,涂布于亚克力玻璃上。

上述实施例中,纳米CMC的含量可视涂覆情况和厚度适当调节,框架和外壳可以为多种形状,例如方形、圆形,多边形、异构形,或可变形、伸缩、折叠等。

此外石墨烯如果不是单层,而是透明度不佳的寡层或者更多层,那么光伏电池单元也可以采取少层或仅一层,其它材料也可不使用透明材质,由于层数减少,转换效率会稍低,约10%左右,但成本仍然具有很大优势,且可以通过增大铺设面积等方式来满足应用需求。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换等,例如层数、电极材料、基底材料、光伏材料、导电胶等的替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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