一種基於3D列印技術的儲能式太陽能電池的製作方法

2023-05-13 06:46:16

本實用新型屬於太陽能電池技術領域，涉及一種基於3D列印技術的儲能式太陽能電池。

背景技術：

由於人類文明發展對能源需求的不斷增加，如何開發利用新能源或者可再生能源已經成為現實問題。太陽能以其清潔性、安全性、資源的廣泛性和充足性等優勢，所以對其高效的開發利用成為能源研究的最主要的方向。目前薄膜太陽電池以其高效的材料利用率，簡單的工藝過程，低能耗成為太陽能電池的發展趨勢。人們也投入了大量的資源用於提高薄膜太陽能電池效率的研究，但這些研究工作大部分針對太陽能轉化效率的提高，實際應用中太陽能轉化得到的電能一般不能直接給用電單元供電，而需要將轉化能量存儲後以穩定的電源方式進行供電，所以轉化電能存儲損耗也是制約太陽能應用一個不可忽略的因素。

目前，國內外普遍使用的太陽能電池的儲電方式有離網儲電和併網供電兩種方式。一般來說，小型太陽能發電設施由蓄電池或超級電容器與之配套，在超級電容器儲電系統中，需要將太陽能電池板與超級電容器分別設置，單獨佔用空間。用於儲電的超級電容器，大多為立體結構，並且組合成超級電容器組使用，佔用空間較大，增加系統的重量。這對一些空間狹小、空間利用度受限、空間擴展範圍小的場合推廣和應用受到限制，而且增加了使用成本，不利於太陽能光電技術普及和使用，阻礙了綠色可再生能源的應用和發展。另外兩部分之間的連接常會導致額外的損耗，並且兩部分的連接會對整個系統的導電、導熱性，機械強度等產生影響，從而降低太陽能利用效率和系統穩定性。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種基於3D列印技術的儲能式太陽能電池。將儲電的超級電容器植入到太陽能電池板內部，使太陽能電池板與超級電容器組合一體化設計，發揮優勢互補，讓發電儲電有機結合成一體，節約資源材料，增加器件集成度，提高空間利用率，使太陽能發電技術的應用範圍進一步拓展。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種基於3D列印技術的儲能式太陽能電池，包括太陽能電池基材，太陽能電池基材的基底上設置有介電層，介電層上設置有超級電容器；太陽能電池基材的陰極和陽極分別與超級電容器的兩個電極連接；其中超級電容器包括超級電容器金屬集流體，超級電容器金屬集流體上設置有超級電容器電極，超級電容器電極上設置有超級電容器電解質。

更進一步的，本實用新型的特點還在於：

其中太陽能電池基材為有機薄膜電池或者矽基半導體薄膜電池。

其中太陽能電池基材為層結構，包括依次設置的玻璃襯底、導電層、陽極緩衝層、有機活性層和金屬Al電極。

其中介電層設置在金屬Al電極上。

其中導電層和金屬Al電極分別與超級電容器電極的兩極連接。

其中超級電容器金屬集流體為金或銅材料製成的叉指狀金屬結構。

其中叉指狀金屬結構的單指厚度為100-200nm，單指寬度為100-1000μm；相鄰兩指之間的距離為50-500μm。

其中超級電容器電極為層結構。

其中超級電容器電極上還設置有超級電容器電解質。

本實用新型的有益效果是：將太陽能電池基材與儲電元件超級電容器結合在一起，節省了太陽能電池板的佔地空間，減小了體積；同時太陽能電池盒超級電容器的距離減少，降低了傳輸損耗和故障率，提高了太陽能能量儲存的可靠性，發電儲電有機結合成一體，節約資源材料，增加器件集成度，提高空間利用率，使太陽能發電技術的應用範圍進一步拓展。

附圖說明

圖1為本實用新型的層結構示意圖；

圖2為本實用新型中介電層的結構示意圖；

圖3為本實用新型中超級電容器的結構示意圖。

其中：1為玻璃襯底；2為導電層；3為陽極緩衝層；4為有機活性層；5為金屬Al電極；6為介電層；7為超級電容器金屬集流體；8為超級電容器電極；9為超級電容器電解質。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述：

本實用新型提供了一種基於3D列印技術的儲能式太陽能電池，如圖1所示，包括太陽能電池基材，太陽能電池基材的背光的一面設置有介電層6；其中太陽能電池基材為有機薄膜電池或者矽基半導體薄膜電池，且太陽能電池基材為層結構，且依次設置為玻璃襯底1、導電層2、陽極緩衝層3、有機活性層4和金屬Al電極5；其中金屬Al電極5上設置為介電層6；介電層6上設置有超級電容器，其中超級電容器包括超級電容器金屬集流體7、超級電容器電極8和超級電容器電解質9。

如圖2所示，介電層6上設置為超級電容器金屬集流體7，超級電容器金屬集流體7為叉指狀金屬結構，其材質為金或者銅，叉指狀的單指的厚度為100-200nm，優選為120nm、150nm或180nm；單指的寬度為100-1000μm，優選為200μm、400μm、700μm或950μm；相鄰兩指之間的距離為50-500μm，優選為100μm、260μm或410μm。

如圖3所示，超級電容器金屬集流體7上設置有超級電容器電極8，超級電容器電極8也呈叉指狀結構，且超級電容器電極8為層狀結構，超級電容器電極8通過3D列印技術分層設置在超級電容器金屬集流體7上，且超級電容器電極8上設置有超級電容器電解質9，超級電容器電解質9固化在超級電容器電極8的兩個電極上。

本實用新型中，導電層2和金屬Al電極5分別與超級電容器電極8的兩個電極連接。

本實用新型中太陽能電池基材在正常工作下會持續產生電力，然後電力通過太陽能電池基材背光部的金屬Al電極上設置的超級電容器將電力進行儲存，然後再需要使用電力的時候進行放電。使太陽能電池板與超級電容器組合一體化設計，發揮優勢互補，讓發電儲電有機結合成一體，節約資源材料，增加器件集成度，提高空間利用率，使太陽能發電技術的應用範圍進一步拓展。