CN101267006B

CN101267006B - 由多种光电材料组成的太阳能移动终端供电装置

Info

Publication number: CN101267006B
Application number: CN2007101770013A
Authority: CN
Inventors: 张征宇; 孙剑灵; 蒋笑痴
Original assignee: HENGJIWEIYE INVESTMENT DEVELOPMENT Co Ltd BEIJING
Current assignee: HENGJIWEIYE INVESTMENT DEVELOPMENT Co Ltd BEIJING
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: CN101267006A

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池板，包括两种或两种以上的光电转换材料，所述其中的一种光电转换材料是多元化合物光电材料；其中，所述多元化合物光电材料为砷化镓、磷化铟、碳化硅或氮化镓。在此基础上，本发明还进一步公开了一种具有上述太阳能电池板的太阳能移动终端供电装置，其还包括太阳能电池工作电路，其包括输出控制模块、电流检测模块、显示模块和蓄电池。本发明所述的太阳能电池板具有较高的转化率和理想的性价比，并且能够提供稳定的电压，将其设置于移动终端上将会大大提高移动终端的工作效率。

Description

由多种光电材料组成的太阳能移动终端供电装置

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其是一种由两种或两种以上光电材料组成的太阳能移动终端供电装置。

背景技术

目前，制作太阳能电池常用的光电材料包括单晶硅、多晶硅、多元化合物(诸如砷化镓，磷化铟、碳化硅、氮化镓)、非晶硅、生物太阳能材料以及纳米晶等。这些光电材料的特性是有很大差异的，首先，(1)从光电转化效率来看，经测试表明，在标准光强下，上述光电材料中，当属多元化合物材料的光电转换效率最高，可达24.88％，但是该材料的成本价格却居高不下。光电转换效率居于多元化合物材料之下的光电转换材料是单晶硅，其转化率为16％；且由于其技术发展很成熟，所以单晶硅材料在现有技术中太阳能电池的大规模应用和工业生产中占据了主导地位。相比之下，非晶硅的价格很低廉，但是其光电转换效率也是最低的，为9.3％。(2)从上述光电材料吸收光能产生的有效电压来看，多元化合物光电材料诸如砷化镓，其在标准光强下，吸光有效面积为1190mm²时，工作电压可达2.298V；而对于单晶硅和多晶硅，在同样的光强下，其吸光有效面积为15625mm²时，工作电压也只能达到0.508V。除此之外，(3)多元化合物光电材料与其他光电转换材料相比，其最为受关注的地方在于：其吸收光能转化后获得的电压受环境光线变化的影响较小；即光环境由强光变化为弱光时，由多元化合物光电材料制备得到的太阳能电池板的转化后电压变化并不明显，从而能够更好地保证设备的稳定运行；该点则是其他光电转换材料所无法实现的。

在现有技术中，各种形式的设置有太阳能电池的移动终端大多采用单一的太阳能光电转换材料来制造太阳能电池板。由于受光电转换材料本身性能的限制，上述太阳能电池板的设置无法兼顾实现在——①较小的太阳能电池板面积，②较高的光转化率，③合理的产品造价——三个方面的目标。而目前市场上，对于寻求一种在较小面积的光电转换板上达到较高的光转化率，并且造价合理的太阳能电池板，是迫在眉睫的。

此外，在日常生活中，环境光线变化很大，随着光线的变化，相应地设置于移动终端上的太阳能电池板对蓄电池充电的电流也会相应地减小，但是对于普通的设置有太阳能电池板的移动终端，如现有技术中的光能手机来说，就没有办法即时地提供移动终端内部供电装置充电电流变化的信息，这样对于使用者来说，无法即时掌握充电情况，也就无法根据即时电流信息适时地调整移动终端的位置从而改变其光环境，更有效地利用光线实现对移动终端蓄电池的充电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有转化率高、理想性价比且能够提供稳定电压的由两种或者两种以上光电转换材料组成的太阳能电池板，并进一步提供了一种具有上述太阳能电池板的、能够给用户提供太阳能电池板即时充电电流值信息的移动终端供电装置。

为了实现上述目的，本发明提供了如下两个技术方案：一种太阳能电池板，包括两种或两种以上的光电转换材料，所述其中的一种光电转换材料是多元化合物光电材料。其中，所述多元化合物光电材料为砷化镓、磷化铟、碳化硅或氮化镓。上述光电转换材料的排列方式可以为单列排列或交差排列。

本发明提供的第二个技术方案是一种太阳能移动终端供电装置，该太阳能移动终端供电装置设置有具有上述技术特征的太阳能电池板，其还包括一个太阳能电池工作电路；所述太阳能电池工作电路包括将所述太阳能电池板输出电压进行升压至额定电压的输出控制模块，其与所述太阳能电池板相连接；

其中，所述太阳能电池工作电路还包括一个电流模块，所述电流模块进一步包括：

一个电流检测模块，所述电流检测模块与所述输出控制模块相连接，将所述输出控制模块输出的电压转化为充电电流数值并予以监测；

一个电流显示模块，其包括一个电流显示端，并与所述电流显示模块连接，用于显示所述电流检测模块的充电电流数值。

所述电流数值显示端为LED显示屏、电子数值显示屏或信号灯显示。

所述太阳能电池工作电路还包括一个蓄电池，与所述输出控制模块及所述电流检测模块相连接，用于储存经太阳能电池板光电转换后得到的电能。

所述太阳能移动终端供电装置为便携式电子装置的供电装置，所述便携式电子装置包括：手机、MP3、MP4、对讲机、数码相机、个人数字助理器、数码照相机、电子书、数码摄像机或笔记本电脑。

所述电流显示端设置于所述便携式电子装置的外壳或显示面板上。

本发明具有如下优点：

1、通过合理利用两种或者两种以上的光电转换材料，将具有高光转化率的多元化合物光电材料和造价低廉的普通光电转换材料(诸如单晶硅、多晶硅、非晶硅等)组合设置构成太阳能电池板，从而可以在较小的太阳能电池板面积上，实现较高的光转换率，并具有合理的造价，从而达到了太阳能电池板的最为理想的性价比；

2、采用具有高光转化率的多元化合物光电材料和造价低廉的普通光电转换材料(诸如单晶硅、多晶硅、非晶硅等)组合设置构成太阳能电池板，在很大程度上避免了由单一普通光电转换材料制备得到的太阳能电池板由于光环境的些许变化引起的转换电压的大幅度变化，提高了太阳能电池板的输出电压的稳定性。

3、采用上述太阳能电池板的移动终端供电装置，通过对充电电流进行检测并显示可以将即时的充电电流信息反映给用户，从而可以提醒用户随时掌握充电情况，通过改变移动终端上设置的太阳能电池板的位置而调节照射到所述电池板上的光强，提高太阳能电池板的充电效率。更有效地利用光线实现对移动终端内部蓄电池的充电，从而更有效地实现太阳能移动终端供电装置对所述太阳能移动终端的供电。

附图说明

图1(a)、图1(b)以及图1(c)是本发明所述的太阳能电池板的结构图；

图2是本发明所述具有太阳能电池板的供电装置的手机移动终端的示意图；

图3是本发明所述移动终端供电装置中用于充电和电流检测的一个实施例的电路图。

附图中各标号分别表示为：太阳能电池板-300；不同的光电转换材料-a、b、c；电流显示端-400；输出控制模块-500；DC/DC芯片-501；电流检测模块-600；输入运算放大器-601；差分运算放大器-602；模数转换器-603；电流显示模块-700；蓄电池-800。

具体实施方式

本发明所述的太阳能电池板300的设计原理是：利用多元化合物光电材料的高光转化率及其进行光转化后输出电压很稳定(不受光环境影响)的特质，和普通光电材料造价低廉的特质，在特定面积的太阳能电池板300上选择设置较小面积的多元化合物光电材料，其余面积上设置普通光电材料，该设置在特定面积的太阳能电池板300上获得了高光转化率，并且在一定程度上可以稳定转化后的电压，且造价合理。另一方面，通过不同光电材料的组合设置，利用其材料之间的表观材质的不同从而可以形成不同的太阳能电池板1表面图案，提高了太阳能电池板300的美观性。

其中，所述的普通光电材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅和生物太阳能材料。还需要说明的是，多元化合物光电材料是由两种元素或两种以上元素组成的光电转换材料，主要包括砷化镓、磷化铟、碳化硅、氮化镓、硫化镉等。

以下将结合附图对本发明所述的技术内容进行阐述。

本发明所述的一种太阳能电池板300包括两种或两种以上的光电转换材料，其中一种光电转换材料是多元化合物光电材料，其余光电材料可以选择单晶硅、多晶硅、非晶硅以及生物太阳能材料中的一种或者两种甚至两种以上。其中，所述的多元化合物光电材料包括砷化镓、磷化铟、碳化硅或氮化镓。该太阳能电池板1的结构请参见图1，图1(a)中示出的是整齐单列排列的结构，作为可以选择的实施方式，所述太阳能电池板300也可以设置为图1(b)或图1(c)示出的交差排列结构，图中标注的a、b、c指的是不同的光电转换材料。当然，图示中只给出了本发明所述的太阳能电池板300结构的部分实施例，作为本领域的技术人员，对于将两种或者两种以上的光电材料的设置应该能够理解为不仅仅限于上述实施例。

本发明还进一步公开了一种具有上述太阳能电池板300的移动终端供电装置，该供电装置包括前述的太阳能电池板300；有关所述太阳能电池板300的设置，图2给出了具有上述供电装置的翻盖式手机移动终端的示意图，从图中可以看到该移动终端将太阳能电池板300设置于其前盖和后盖上，当然作为可以选择的实施例，所述太阳能电池板300的设置位置可以根据移动终端的工作需要来设计，优选设置在移动终端任何可变换的状态下都可以充分吸收光线的位置；此外，在图2中只给出了太阳能电池板300上多种光电材料的一种排布方式，其余排布方式同上述对太阳能电池板300的叙述。此外，所述具有太阳能电池板300的移动终端供电装置还包括太阳能电池工作电路，请参见图3所示，在本发明一个实施例中，太阳能工作电路包括：

①输出控制模块500(参见图3所示电路中间的虚线框)，该模块的输入端与所述太阳能电池板1相连接，其可将所述太阳能电池板300的输出电压进行升压至额定电压；所述输出控制模块500包括核心DC/DC芯片501，以及与该芯片连接的电感和负载电容，所述电感前半周期用于充电，后半周期用于对所述负载电容以及蓄电池800充电；在实际电路设计中，每个太阳能电池板300可对应一个DC/DC芯片501，一个电感，以及根据蓄电池800需要设置的多个电容。其中，市售的任何型号的DC/DC芯片均适用于本发明。

②电流模块，所述电流模块包括电流检测模块600和电流显示模块700。

其中，所述电流检测模块600(参见图3所示电路右侧的虚线框)，与所述输出控制模块500的输出端相连接，并且将所述输出控制模块500输出的电压转化为充电电流数值并予以监测；其包括至少一个将待测电流转化为待测电压的电阻；以及一个输入运算放大器601，用于采集所述待测电压信号；一个差分运算放大器602，其将微弱差分信号从大共模电压信号中提取出来，并放大至适合的电压范围；一个内置有模数转换器603的基带芯片，接收放大后的电压，并将其转化为电流值输出给后述的电流显示模块700。

电流显示模块700(参见图3)，其可以控制所述充电电流数值在所述电流数值显示端的显示；其一端与所述电流检测模块600中的基带芯片连接，另一端与电流显示端400相连接；所述电流显示端400可以是LED显示屏、电子数值显示屏或信号灯显示方式。在本发明的一个实施例中，如图2所示，在手机的前盖和后盖上分别设置一个电流显示端400，当然作为可以选择的其他实施例，电流显示端400还可设置是其他位置，如外壳或显示面板上。

此外，本发明所述的太阳能移动终端还设置一个蓄电池800(参见图3)，其与所述输出控制模块500的输出端以及所述电流检测模块600相连接，用于储存太阳能电池板经光电转换后得到的电能。

上述太阳能移动终端供电装置的太阳能电池工作电路的充电和电流检测的工作程序如下：(1)首先，太阳能电池板300上的多种太阳能光电转换材料吸收光，将光能转化为电能；(2)电能以电子形式从所述输出控制模块3的输入端进入，首先在所述DC/DC芯片501的控制下对与其连接的电感进行第一周期的充电，此时电容内部的电压为零，故无法对蓄电池800放电；(3)当所述输出控制模块500中的电感电压达到额定电压之后，由太阳能电池板300和电感共同对蓄电池800以及电容充电；(4)从第二周期开始，电能以电子形式从所述输出控制模块500的输入端进入，首先，前半周期，在所述DC/DC芯片501的控制下对与其连接的电感进行充电，同时，利用所述输出控制模块500中的电容对所述蓄电池800放电，所述输出电压的值由图3中所示的R₁₁和R₂₁的电阻值来决定；(5)接着，后半周期，当所述输出控制模块500中的电感电压达到额定电压之后，电容停止对所述蓄电池800放电；由太阳能电池板300和电感共同对蓄电池800以及电容充电；(6)在上述对蓄电池800进行充电的过程中，利用设置于所述电流检测模块600上的电阻将由所述输出控制模块500输出的待测电流转化为待测电压；所述待测电压信号经所述输入运算放大器601采集，并通过所述差分运算放大器602将微弱的差分信号从大共模信号中提取出来并放大；内置于所述基带芯片上的模数转换器603的管脚对上述经放大后的电压进行采样；之后模数转换器603通过其内部的转化模块将采样后的电压转换成电流值输出；(7)经所述基带芯片输出的电流值输入与其连接的电流显示模块700内部，所述显示模块700控制所述电流值在电流显示端400显示。

之后，用户即可根据电流显示端400的显示，得到太阳能移动终端供电装置对所述太阳能移动终端蓄电池进行充电的即时信息，从而调整移动终端的位置，使设置于其上的太阳能电池板300得到更好的光照环境，从而有效地提高光转化效率，更有效地利用光电材料，充分发挥其光电转化功能。

为了更好地表明本发明所述的由两种或两种以上光电转换材料组成的太阳能电池板经合理地组合在光电转换效率的有效提高，特将一组实施例的数据公开如下(标准光强条件下)：

太阳能电池板组成面积光电转换效率

现有技术1 非晶硅 40cm² 9.3％

实施例1 非晶硅、砷化镓 30cm²、10cm² 13.20％

从上述数据可以看出，由至少包括多元化合物光电材料的两种或两种以上光电材料组成的太阳能电池板能够在一定程度上提高光电转换效率。

因此，本专业普通技术人员应该明白，本发明并不仅仅限于上述实施例，在上述实施例基础上，所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，都应该属于本发明所要保护的范围。

Claims

1.一种太阳能电池板，包括两种或两种以上的光电转换材料，其中一种所述光电转换材料是多元化合物光电材料，其余光电转换材料为单晶硅、多晶硅、非晶硅，其特征在于，所述两种或两种以上的光电转换材料的排列方式为交差排列。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，所述多元化合物光电材料为砷化镓。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，所述多元化合物光电材料为磷化铟、碳化硅或氮化镓。

4.一种太阳能移动终端供电装置，包括太阳能电池板和太阳能电池工作电路；所述太阳能电池工作电路包括将所述太阳能电池板输出电压进行升压至额定电压的输出控制模块，其与所述太阳能电池板相连接；其特征在于，所述的太阳能电池板是如权利要求1-3任一所述的太阳能电池板；所述太阳能电池工作电路还包括一个电流模块，所述电流模块进一步包括：

一个电流检测模块，与所述输出控制模块相连接，将所述输出控制模块输出的电压转化为充电电流数值并予以监测；

一个电流显示模块，包括一个电流显示端，与所述电流检测模块连接，用于显示所述电流检测模块的充电电流数值。

5.根据权利要求4所述的太阳能移动终端供电装置，其特征在于，所述电流显示端为电子数值显示屏或信号灯显示。

6.根据权利要求4或5所述的太阳能移动终端供电装置，其特征在于，所述太阳能电池工作电路还包括一个蓄电池，与所述输出控制模块及所述电流检测模块相连接，用于储存经太阳能电池板光电转换后得到的电能。

7.根据权利要求4或5所述的太阳能移动终端供电装置，其特征在于，所述太阳能移动终端供电装置为便携式电子装置的供电装置，所述便携式电子装置包括：手机、MP3、MP4、对讲机、数码相机、个人数字助理器、电子书、数码摄像机或笔记本电脑。

8.根据权利要求7所述的太阳能移动终端供电装置，其特征在于，所述电流显示端设置于所述便携式电子装置的外壳或显示面板上。