复合式薄膜风光电池及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合式薄膜风光电池，包括：两块薄膜太阳能电池和压电薄膜，所述两块薄膜太阳能电池分别位于所述压电薄膜的上、下表面，所述压电薄膜的厚度范围是9～90μm，该压电薄膜的材料为：偏聚氟乙烯、氮化铝、氧化锌、硫化镉或压电陶瓷；其制作方法为：在压电薄膜上、下表面依序制作包括：金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。本发明提供的复合式薄膜风光电池及其制作方法，可部分缓解当前的能源危机，可以同时把低能量密度、低品位的太阳能和风能利用起来；提高了土地资源的利用率；提高了取之不尽、用之不绝的新型能源的利用率；绿色低碳环保，本发明没有涉及危害环境的环节。
【专利说明】复合式薄膜风光电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及清洁能源【技术领域】，特别涉及一种复合式薄膜风光电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着社会工业化的加深，经济的持续增长，人们生活水平的提高，能源的供需矛盾日益尖锐。在过去的20年里，全球能源消耗量增加了 40%，所消耗的能源中有85%以上是矿物燃料。而按照目前的消耗速度及探明的储量计算，全球化石能源中石油可用年限约为40年，天然气约为60年，煤炭约为200年。同时，这些化石能源的开采、运输和使用都会带来环境的污染，长期发展下去，则会导致气候变化继而给人类带来灾难性的后果。因此，寻求和开发可再生的、清洁的能源已成为能源可持续发展的唯一选择。
[0003]太阳能作为一种分布广泛总量巨大的清洁新型能源在当今倍受人们的青睐。据估算，我国各地太阳能辐射总量每年达17000亿吨标准煤。由于我国地处北半球，太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上。因此，针对我国能源情况，充分利用太阳能是发展经济和提高人民生活水平的有效途径之一。另外，近年来，风力资源也受到了人们高度的重视。据2009年我国气象局公布的数据表明，我国陆地50m高度层年平均风功率密度大于等于300瓦每平方米以上，风能资源潜在的开发量约为23.8亿千瓦；我国近海50m高度层风能资源的可装机容量约为2亿千瓦。而在2010年，我国风能总装机容量突破4400万千瓦，成 为了世界风能大国之一。
[0004]虽然当前人们对 太阳能和风能的开发非常重视，其捕获和利用技术也已经相对成熟。但是目前大多数太阳能和风能的开采是分开进行的，而太阳能电场和风电场的占地面积都非常巨大，因此这将导致土地资源的大量浪费。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种复合式薄膜风光电池及其制作方法，可以在捕获太阳能的同时收集当地的风能，在利用太阳能和风能的同时提高土地资源的利用率。
[0007](二)技术方案
[0008]一种复合式薄膜风光电池，包括:两块薄膜太阳能电池和压电薄膜，所述两块薄膜太阳能电池分别位于所述压电薄膜的上、下表面，所述压电薄膜的厚度范围是9~90 y m，该压电薄膜的材料为:偏聚氟乙烯、氮化铝、氧化锌、硫化镉或压电陶瓷。
[0009]其中，所述压电陶瓷为钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钾钠或偏铌酸锶钡。
[0010]其中，所述薄膜太阳能电池包括:依序形成的金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。
[0011]其中，所述的金属背电极的厚度范围为0.5~1.5i!m，其所用的材料为:钥；所述的光吸收层的厚度范围是1.5?2.0 ii m，其所用的材料为:铜铟镓硒、铜铟硒或铜镓硒；所述的过滤层的厚度范围是0.03?0.05 ii m,其所用的材料为:硫化镉、硫化锌、硒化锌或三硫化二铟；所述的窗口层的厚度范围是0.5?1.5 ym，其所用的材料为:氧化锌；所述的减反射层的厚度范围是0.1y m，其是通过热蒸发法在窗口层上形成的二氟化镁薄膜；所述的金属栅电极层的厚度范围是0.05?3.0 y m,其是通过电子束蒸发的方法在减放射层上形成的铝电极。
[0012]其中，所述薄膜太阳能电池还包括:基底层，所述基底层的材料为陶瓷、玻璃、塑料或金属，所述的金属背电极制作在所述的基底层上。
[0013]其中，所述复合式薄膜风光电池还包括:粘接层，所述粘接层为:粘接薄膜太阳能电池基底层的粘合剂，该粘合剂是有机硅高温胶。
[0014]其中，所述有机硅高温胶为:酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶或耐高温无机纳米复合粘结剂即高温胶。
[0015]本发明还提供一种复合式薄膜风光电池的制作方法，在压电薄膜上、下表面依序制作包括:金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。
[0016]其中，所述金属背电极通过直流溅射制作在所述压电薄膜上。
[0017]其中，在所述压电薄膜上形成粘接层；在所述粘接层上粘贴基底层；在所述基底层上制作金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。
[0018](三)有益效果
[0019]本发明提供的复合式薄膜风光电池及其制作方法，可部分缓解当前的能源危机，可以同时把低能量密度、低品位的太阳能和风能利用起来；提高了土地资源的利用率；提高了取之不尽、用之不绝的新型能源的利用率；绿色低碳环保，本发明没有涉及危害环境的环节。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1复合式薄膜风光电池的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例2复合式薄膜风光电池的结构示意图；
[0022]图3为本发明复合式薄膜风光电池工作原理图；
[0023]图4为图3中转子结构示意图；
[0024]图5为图3中定子结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026]实施例1
[0027]图1为本发明实施例1复合式薄膜风光电池的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种复合式薄膜风光电池，包括:两块薄膜太阳能电池I和压电薄膜2，所述两块薄膜太阳能电池I分别位于所述压电薄膜2的上下表面，所述压电薄膜2的厚度范围是9?90 u m,该压电薄膜2是可以将机械能转换为电能的薄膜材料，作用是用于收集风能，其材料具体为为:偏聚氟乙烯、氮化铝、氧化锌、硫化镉或压电陶瓷。所述压电陶瓷为钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钾钠或偏铌酸锶钡。
[0028]薄膜太阳能电池I包括:依序叠合的金属背电极11、光吸收层12、过滤层13、窗口层14、减反射层15和金属栅电极层16。
[0029]所述的金属背电极11的厚度范围为0.5?1.5 ym，其所用的材料为:钥；所述的光吸收层12的厚度范围是1.5?2.0ii m，其所用的材料为:铜铟镓硒(CIGS(CuGalnSe))、铜铟硒(CuInSe2)或铜镓硒(CuGaSe2);所述的过滤层13的厚度范围是0.03?0.05 u m,其所用的材料为:硫化镉、硫化锌、硒化锌或三硫化二铟；所述的窗口层14的厚度范围是0.5?1.5 iim，其所用的材料为:氧化锌；所述的减反射层15的厚度范围是0.1ii m，其是通过热蒸发法在窗口层上形成的二氟化镁薄膜；所述的金属栅电极层16的厚度范围是
0.05?3.0y m，其是通过电子束蒸发的方法在减放射层上形成的铝电极。
[0030]本发明还提供一种复合式薄膜风光电池的制作方法，在压电薄膜上、下表面依序制作包括:金属背电极11、光吸收层12、过滤层13、窗口层14、减反射层15和金属栅电极层
16。所述金属背电极11通过直流溅射制作在所述压电薄膜2上，其用于导出光吸收层12产生的电能；光电转换的关键材料通过共蒸发的方法制作在金属背电极11上表面得到光吸收层12，其作用是吸收太阳光并将其转换为电能。过滤层13是通过水浴法制作在光吸收层12的上表面，其作用是降低带隙的不连续性缓冲晶格不匹配的问题。在过滤层13上表面是窗口层14，其通过直流溅射的方法得到，其作用是与过渡层形成n区。在窗口层14的上表面通过热蒸发方法制作有减放射层15，其主要作用是减少入射到电池上的太阳光线的反射。金属栅电极16通过电子束蒸发的方法制作在减反射层15的上表面,其作为电极输出薄膜太阳能电池产生的电能。
[0031]实施例2
[0032]图2为本发明实施例2复合式薄膜风光电池的结构示意图，如图2所示，本实施例与实施例1不同之处在于，所述薄膜太阳能电池还包括:基底层17，所述基底层17的材料为陶瓷、玻璃、塑料或金属，所述的金属背电极11制作在所述的基底17层上。
[0033]所述复合式薄膜风光电池I还包括:粘接层3，所述粘接层3为:粘接薄膜太阳能电池基底层的粘合剂，该粘合剂是具有耐高温并在凝固后具有柔性的材料的有机硅高温胶，所述有机硅高温胶为:酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶或耐高温无机纳米复合粘结剂即高温胶(ZS)，高温胶(ZS)是一种利用无机纳米材料经缩聚反应制成的耐高温无机纳米复合粘结剂。
[0034]其制作方法与实施例1不同的是:在所述压电薄膜2上形成粘接层3 ;在所述粘接层3上粘贴基底层17 ;在所述基底17层上制作金属背电极11、光吸收层12、过滤层13、窗口层14、减反射层15和金属栅电极层16，所述金属背电极11通过直流溅射的方法制作在基底层17上。除此之外，压电薄膜、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极的制作方法和布置与实施例1中完全相同，在此不再赘述。
[0035]图3为本发明复合式薄膜风光电池工作原理图，如图3所示，复合式薄膜风光电池发电装置的结构主要由转子3和定子4组成，其工作原理是当风吹过转子3时，转子3开始转动，转子3的转动使得复合式薄膜风光电池转动,转动的复合式薄膜风光电池将与定子4发生作用，使得电池发生形变产生电能，从而实现将风能转换为电能的目的。同时，转动的复合式薄膜风光电池也在接受太阳光的照射捕获太阳能。[0036]图4为图3中转子结构示意图，如图4所示，转子3其主要由复合式薄膜风光电池31、转子轴32、叶片33和转子支撑杆34组成。其中，转子支撑杆34是整个转子3的支撑部件，其将整个转子3架于高空并与地面平行。在转子支撑杆34的顶端装有与地面平行的转子轴32，使得转子轴32水平架于高空。在转子轴32不与转子支撑杆34接触的一端装有三个叶片33。在转子轴32两端之间的部分上安装有四块复合式薄膜风光电池31，其可以跟随转子轴32转动。因此，转子3的工作原理是当风吹过转子3时，叶片33开始转动，转动的叶片33带动转子轴32随之转动，转子轴32的转动最终带动装在其上的复合式薄膜风光电池转动31。
[0037]图5为图3中定子结构示意图，如图5所示，定子4其主要由拨片41、定子轮毂42和定子支撑架43。其中，定子支撑架43是整个定子的支撑部件，其将定子轮毂42支撑并架于高空，在定子轮毂42的内壁面上沿圆周方向固定有八个拨片41，拨片41垂直于其内壁面并沿径向延伸。请参考图3所示，转子轴32与定子轮毂42同心安装。且在定子4和转子3装配好后，定子4上的拨片41与转子3上的复合式薄膜风光电池31有重叠部分，重叠部分的长度取决于发电装置的尺寸，一般重合的长度与复合式薄膜风光电池31长度的比为10%?20%之间。同时，为了保证定子轮毂42不遮挡照射到复合式薄膜风光电池上31的太阳光，其宽度应为转子轴32的15%?20%之间，且其材料应该选用透光性好的材料，比如:聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)，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属氧化物等材料。因此，定子4的工作原理是当复合式薄膜风光电池31在转子轴32的带动下转动时，固定在定子轮毂上42的拨片41将拨动复合式薄膜风光电池31使其发生弯曲产生形变。而当复合式薄膜风光电池31转过拨片41所在的位置时，其将恢复形变从而输出电能。这样在此发电装置中转子轴32旋转一周，每片复合式薄膜风光电池31将发生八次形变并输出电能。与此同时，复合式薄膜风光电池31也在吸收太阳光输出电能，最终实现同时捕获太阳能和风能的目的。
[0038]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种复合式薄膜风光电池，其特征在于，包括:两块薄膜太阳能电池和压电薄膜，所述两块薄膜太阳能电池分别位于所述压电薄膜的上、下表面，所述压电薄膜的厚度范围是9?90 ym，该压电薄膜的材料为:偏聚氟乙烯、氮化铝、氧化锌、硫化镉或压电陶瓷。
2.如权利要求1所述的复合式薄膜风光电池，其特征在于，所述压电陶瓷为钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钾钠或偏铌酸锶钡。
3.如权利要求1所述的复合式薄膜风光电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池包括:依序形成的金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。
4.如权利要求3所述的复合式薄膜风光电池，其特征在于，所述的金属背电极的厚度范围为0.5?1.5iim，其所用的材料为:钥；所述的光吸收层的厚度范围是1.5?2.0y m，其所用的材料为:铜铟镓硒、铜铟硒或铜镓硒；所述的过滤层的厚度范围是0.03?0.05 u m,其所用的材料为:硫化镉、硫化锌、硒化锌或三硫化二铟；所述的窗口层的厚度范围是0.5?1.5 iim，其所用的材料为:氧化锌；所述的减反射层的厚度范围是0.1ii m，其是通过热蒸发法在窗口层上形成的二氟化镁薄膜；所述的金属栅电极层的厚度范围是0.05?3.0y m，其是通过电子束蒸发的方法在减放射层上形成的铝电极。
5.如权利要求3所述的复合式薄膜风光电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池还包括:基底层，所述基底层的材料为陶瓷、玻璃、塑料或金属，所述的金属背电极制作在所述的基底层上。
6.如权利要求5所述的复合式薄膜风光电池，其特征在于，所述复合式薄膜风光电池还包括:粘接层，所述粘接层为:粘接薄膜太阳能电池基底层的粘合剂，该粘合剂是有机硅高温胶。
7.如权利要求6所述的复合式薄膜风光电池，其特征在于，所述有机硅高温胶为:酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶或耐高温无机纳米复合粘结剂即高温胶。
8.一种复合式薄膜风光电池的制作方法，其特征在于，在压电薄膜上、下表面依序制作包括:金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述金属背电极通过直流溅射制作在所述压电薄膜上。
10.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，在所述压电薄膜上形成粘接层；在所述粘接层上粘贴基底层；在所述基底层上制作金属背电极、光吸收层、过滤层、窗口层、减反射层和金属栅电极层。
【文档编号】H02S10/12GK103681906SQ201210362890
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2012年9月25日
【发明者】刘静, 代丹 申请人:中国科学院理化技术研究所