CN102544123B - 一种基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池 - Google Patents

一种基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池，透明玻璃罩内部的最上部是Cu-ZnO纳米薄膜，Cu-ZnO纳米薄膜正下部连接PN异质结构，N型异质结位于P型异质结上部且与Cu-ZnO纳米薄膜相接；由Cu-ZnO纳米薄膜、内置纽扣电源和电磁开关连接组成位于透明玻璃罩内部的第一回路；由N型异质结、P型异质结、电磁开关和位于透明玻璃罩外部的蓄电池连接组成第二回路；由电磁开关、位于透明玻璃罩外部的功率器件及蓄电池连接组成放电回路；太阳光透过透明玻璃罩射入Cu-ZnO纳米薄膜，波长在415nm左右的可见光线被薄膜吸收，其余光线透过薄膜到达N型异质结和P型异质结产生电势；利用Cu-ZnO纳米薄膜在可见光范围内的光学特性实现充放电的自动控制，提高了太阳能薄膜电池的使用寿命。

Description

一种基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池结构，尤其是一种利用Cu-ZnO薄膜作为太阳能电池控制电路的太阳能薄膜电池。
背景技术
随着微/纳/光电子技术的发展，透明导电薄膜材料被广泛的用于激光器、太阳能电池、探测器、传感器等领域。因此，薄膜材料的性质决定了薄膜元器件的性质。纳米陶瓷薄膜是由金属和陶瓷材料（介质材料）所构成的复合薄膜，因其具有优良的光学特性，被广泛的应用于光学器件、信息存储及太阳能电池等方面。
中国专利公开号为CN201054355公开一种纳米硅太阳能薄膜电池，采用硅薄膜作为太阳能电池，在工作时，外部需依靠太阳能控制器实现对外部设备进行供电，而采用太阳能控制器时必须与薄膜电池通过引线进行连接。因控制结构处于外部，所以具有易损坏、寿命低，影响了太阳能电池板特别是薄膜电池的发展及应用。
发明内容
本发明的目的是为克服现有薄膜太阳能电池外围控制电路易损坏而提出一种基于Cu掺杂ZnO薄膜集成的、能够自动控制的新型太阳能薄膜电池，降低设计制造和维修成本，提高薄膜太阳能电池的整体使用寿命。
本发明采用的技术方案是：最外部是透明玻璃罩，透明玻璃罩内部的最上部是Cu-ZnO纳米薄膜，Cu-ZnO纳米薄膜的正下部连接PN异质结构，N型异质结位于P型异质结上部且与Cu-ZnO纳米薄膜相接；由Cu-ZnO纳米薄膜、内置纽扣电源和电磁开关相连接组成位于透明玻璃罩内部的第一回路；由N型异质结、P型异质结、电磁开关和位于透明玻璃罩外部的蓄电池连接组成第二回路；由电磁开关、位于透明玻璃罩外部的功率器件及蓄电池相连接组成放电回路；太阳光透过透明玻璃罩射入Cu-ZnO纳米薄膜，波长在415nm左右的可见光线被Cu-ZnO纳米薄膜吸收，其余光线透过Cu-ZnO纳米薄膜到达N型异质结和P型异质结产生电势；所述第一回路导通，电磁开关工作，接通所述第二回路，由N型异质结和P型异质结产生的电势对蓄电池充电；无太阳光时所述第一回路断开，电磁开关不工作，所述放电回路导通对功率器件供电。 
本发明的优点是：与现有的薄膜电池相比，本发明将Cu-ZnO纳米薄膜作为太阳能电池的控制电路并集成到薄膜太阳能电池板中，利用Cu-ZnO纳米薄膜在可见光范围内的光学特性，实现对薄膜太阳能电池充放电的自动控制，形成了具有自控特征的新型太阳能电池。本发明无需再附加太阳能控制器，通过取代原有控制电路，从根本上解决当前薄膜太阳能电池需要添加外围控制电路且外围控制电路易损坏、寿命低的问题，降低外围电路的设计制造和维修成本，提高了薄膜太阳能电池的使用寿命。
附图说明
图1 本发明基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池的结构及工作原理示意图；
图2是图1中基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池的内部集成及外部电路连接示意图；
图3 是可见光范围内Cu-ZnO纳米薄膜4的吸收特性；
图1及图2中各部分分别代表如下：1.电磁开关；2.内置纽扣电源；3.透明玻璃罩；4.Cu-ZnO纳米薄膜；5.功率器件（以灯泡为例）；6.N型异质结；7.P型异质结；8.蓄电池。 
具体实施方式
参见图1和图2所示，本发明最外部是透明玻璃罩3，透明玻璃罩3为本发明提供保护作用，但又不影响太阳光线的透过，太阳光由上向下照射在透明玻璃罩3上并透过透明玻璃罩3。蓄电池8位于透明玻璃罩3外部，在透明玻璃罩3的内部中，最上部是Cu-ZnO纳米薄膜4，Cu-ZnO纳米薄膜4的正下部连接PN异质结构，其中N型异质结6位于P型异质结7上部且与Cu-ZnO纳米薄膜4相接。透明玻璃罩3内部还设有电磁开关1和内置纽扣电源2，Cu-ZnO纳米薄膜4通过内置纽扣电源2连接电磁开关1，电磁开关1再连接Cu-ZnO纳米薄膜4，由此，Cu-ZnO纳米薄膜4、内置纽扣电源2和电磁开关1三者在透明玻璃罩3内组成本发明的第一回路。N型异质结6通过电磁开关1连接位于透明玻璃罩3外部的蓄电池8，蓄电池8再连接P型异质结7，由此，N型异质结6、电磁开关1、蓄电池8和P型异质结7组成本发明的第二回路。本发明将Cu-ZnO纳米薄膜4集成在PN异质结构与透明玻璃罩3之间，与电磁开关1、内置纽扣电源2、N型异质结6及P型异质结7共同构成本发明透明玻璃罩3内部中的集成结构。位于透明玻璃罩3外部的蓄电池8通过引线与透明玻璃罩3内部的集成结构相连接，同时，蓄电池8通过引线与功率器件5相连接，由电磁开关1、功率器件5及蓄电池8相连接组成放电回路。
由图3可知，Cu掺杂ZnO纳米薄膜（Cu掺杂量q=0.3，体积分数）在415nm的波段具有一个吸收峰。可以将可见光波长大致分为三个区域：I、III 为透射区，II为吸收区。在透射区，有超过80%的大部分的光线透过Cu-ZnO纳米薄膜4后照射到PN异质结。在吸收区，光线被Cu-ZnO纳米薄膜4吸收。因此，本发明工作时，当日光照射时，太阳光线透过透明玻璃罩3射入Cu-ZnO纳米薄膜4，其中波长在415nm左右的可见光线被Cu-ZnO纳米薄膜4吸收，其余光线透过Cu-ZnO纳米薄膜4到达N型异质结6和P型异质结7产生电势。同时，由于Cu-ZnO纳米薄膜4吸收了能量之后，使得由Cu-ZnO纳米薄膜4、内置纽扣电源2和电磁开关1组成的第一回路导通，电磁开关1工作，电磁开关1工作便接通了由N型异质结6、电磁开关1、蓄电池8和P型异质结7组成的第二回路，实现太阳能转化为电能，此时，由N型异质结6和P型异质结7产生的电势对蓄电池8进行充电。同理，当无日光照射（即天黑）时，由Cu-ZnO纳米薄膜4、内置纽扣电源2和电磁开关1组成的第一回路断开，电磁开关1断开不工作，使得由电磁开关1、功率器件5及蓄电池8组成的放电回路导通，实现夜间对功率器件5的供电，此时，蓄电池8作为电源对功率器件4进行供电，实现夜间照明。

Claims (1)

1.一种基于Cu-ZnO薄膜的自控太阳能薄膜电池，最外部是透明玻璃罩（3），其特征是：透明玻璃罩（3）内部的最上部是Cu-ZnO纳米薄膜（4），Cu-ZnO纳米薄膜（4）的正下部连接PN异质结构，N型异质结（6）位于P型异质结（7）上部且与Cu-ZnO纳米薄膜（4）相接；由Cu-ZnO纳米薄膜（4）、内置纽扣电源（2）和电磁开关（1）连接组成位于透明玻璃罩（3）内部的第一回路；由N型异质结（6）、P型异质结（7）、电磁开关（1）和位于透明玻璃罩（3）外部的蓄电池（8）连接组成第二回路；由电磁开关（1）、位于透明玻璃罩（3）外部的功率器件（5）及蓄电池（8）连接组成放电回路；太阳光透过透明玻璃罩（3）射入Cu-ZnO纳米薄膜（4），波长在415nm左右的可见光线被Cu-ZnO纳米薄膜（4）吸收，其余光线透过Cu-ZnO纳米薄膜（4）到达N型异质结（6）和P型异质结（7）产生电势；所述第一回路导通，电磁开关（1）工作接通所述第二回路，由N型异质结（6）和P型异质结（7）产生的电势对蓄电池（8）充电；无太阳光时所述第一回路断开，电磁开关（1）不工作，所述放电回路导通对功率器件（5）供电。
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