CN102800734B - 太阳能发电储电集成器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，至少包括共用电极层、至少一个薄膜光伏器件、及至少一个薄膜储能器件。本发明具有减少太阳能发电系统能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能利用效率的特点；扩大了太阳能发电储电集成器件中薄膜储能器件的适用范围，以利于太阳能发电储电集成器件对不同薄膜储能器件的需求；三电极结构的提出，降低制作工艺的难度，从而进一步降低太阳能发电储电集成器件的成本；适用于便携式发电储电器件的设计，有助于促进新一代能源转换与存储技术的发展。

Description

太阳能发电储电集成器件

技术领域

本发明属于半导体领域，涉及光伏发电和能量储存与释放，特别是涉及一种太阳能发电储电集成器件。

背景技术

随着通讯、电子设备、汽车工业和空间技术等方面迅速发展，国际能源紧缺问题已经日益突出，各国都在加紧对新能源的开发和研究。太阳能凭借其可再生性、丰富性、无污染等优点，在替代传统能源的进程中扮演着重要角色。薄膜太阳能电池是一种采用薄膜光伏材料为光吸收层的太阳能电池，具有材料消耗少、制造温度低、能量偿还周期短等优势，得到了产业界和科研领域的广泛关注。按照薄膜光伏材料的不同可以分为硅基薄膜太阳能电池、碲化镉太阳能电池、铜基化合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池等。

太阳能具有非持续性和不稳定性的特点，因此太阳能发电系统常需要有配套的储能装置将电能存储起来，从而保证发电、供电的连续性、稳定性和可控性。传统的光伏电站常由相对独立的大容量储能装置与之配套，包括化学电池或物理电池，直流/交流转换器，逆变器等。子系统之间的连接常会引入更多的无谓损耗，而每个子系统的连接都会对系统的导电性和导热性，信号噪声以及机械强度产生影响，从而降低了太阳能利用效率和系统可靠性，同时分离式的设计还增加了系统的重量和占用的空间。因此，设计合适的太阳能发电储电集成结构是薄膜太阳能电池发电的重要趋势。

专利US4,740,431公开了两种采用薄膜技术沉积的光伏/储能集成器件，一种是在透明绝缘基底从下至上依次沉积薄膜光伏电池和薄膜储能电池，另一种在导电非透明基底上背靠背沉积薄膜光伏电池和薄膜储能电池。但是为达到提高电压的目的，此专利对多个集成器件通过外接导线以及沉积层之间上下层的悬空连接进行了串联，从而增加了制备的难度，导致成本增加，同时由于此专利中的薄膜储能电池是用薄膜沉积技术形成，因此薄膜储能电池的种类受限。

导电散热体系的设计也是光伏/储能集成结构的重点之一。专利US 2007/0277876 Al发明了一种顶层为薄膜太阳能电池，中层为导电导热层,底层为储能电池的四电极叠层集成装置。并且采用阵列式分布的纳米管或者纳米线制成纳米级导热和导电路径，尽量增大顶部光伏电池到底部的薄膜储能电池的热能和电能传导面积，进而减小集成器件的质量和空间体积以及能量损耗。然而这种中层导电导热层复杂的分布结构虽然减小了能量损耗，但是微纳级的导热导电层增加了制备工艺的难度与器件成本，更重要的是尽量大的接触面积体现了由四电极向三电极演化的趋势。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能发电储电集成器件，用于解决现有技术中薄膜储能器件的种类受限、及制备难度大导致的成本增加的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：

共用电极层为一金属层，设有与其相连的引线；

至少一个薄膜光伏器件，至少包括形成于所述共用电极层上的光吸收层、及形成于所述光吸收层上的第一电极层，其中，所述第一电极层为透明电极层；

至少一个薄膜储能器件，至少包括形成于所述共用电极层下表面的材料层、及形成于所述材料层下表面的第二电极层，其中，所述第二电极层为一集流体。

可选地，所述薄膜光伏器件的光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒或铜锌锡硫，所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜。

可选地，所述太阳能发电储电集成器件包括共用电极层、由至少两个所述薄膜光伏器件串联的第一器件组、及一个薄膜储能器件。

可选地，所述太阳能发电储电集成器件包括共用电极层、由至少两个所述薄膜光伏器件串联的第一器件组、及由至少两个所述薄膜储能器件串联的第二器件组。

可选地，所述薄膜光伏器件的光吸收层为第一材料或第二材料，其中，所述第一材料为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒或铜锌锡硫，所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜；所述第二材料为有机染料。

可选地，所述第一器件组由位于其首端的第一类薄膜光伏器件以及与其串联的至少一个第二类薄膜光伏器件组成，所述第一类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上表面的第三电极层；所述第二类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的第三电极层，其中，所述第二类薄膜光伏器件的绝缘层相互连接。

可选地，所述第一器件组的光吸收层的材料为第一材料；所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间具有电学隔离；所述第一器件组中薄膜光伏器件中的第一电极层形成于其光吸收层的上表面及一侧面，位于该光吸收层侧面的第一电极层与其相邻的另一薄膜光伏器件上第三电极层连接以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端的第二类薄膜光伏器件的第一电极层上连接有引线。

可选地，所述第一器件组的光吸收层的材料为第二材料，所述第一器件组还包括形成于各第一电极层上表面的一透明衬底，所述第一器件组中薄膜光伏器件中的第一电极层与其相邻的另一薄膜光伏器件上的第三电极层藉由填充有导电浆料的凹槽作为串联电极，以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端的第二类薄膜光伏器件的第一电极层上连接有引线。

可选地，所述薄膜储能器件至少包括锂离子电池、锂空气电池、铝电解电容器、电化学超级电容器、或聚合物薄膜电容器。

可选地，所述的薄膜储能器件为储存薄膜光伏器件能量的终端器件。

可选地，所述的薄膜储能器件为薄膜光伏器件向终端器件传输能量的辅助器件。

可选地，所述的锂离子电池、锂空气电池或电化学超级电容器中，所述材料层至少包括经封装的且填充有电解液的第一活性材料层、隔层、及第二活性材料层，其中，所述第一活性材料层形成于所述共用电极下表面且与所述共用电极极性相同，所述隔层形成于所述第一活性材料层下表面，所述第二活性材料层形成于所述隔层和所述第二电极层之间，且所述第二活性材料层的极性与所述第二电极层的极性相同，所述电解液至少包括水系电解液、有机电解液、离子液体电解液。

可选地，所述铝电解电容器的材料层至少包括浸有电解液的电容器隔膜纸；所述聚合物薄膜电容器的材料层为塑料薄膜，至少包括聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯、或聚碳酸酯。

可选地，所述薄膜储能器件下方还设有循环水冷装置或风冷装置对所述太阳能发电储电集成器件进行降温，以防止所述太阳能发电储电集成器件受光照时温度升高而降低性能。

可选地，所述共用电极层材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、或钛。

可选地，所述第二电极层为片状、薄膜状的集流体、及多孔结构、或织物结构的可负载活性电极材料的集流体，其中，所述多孔结构至少包括网状结构、泡沫状结构，所述织物结构至少包括编织物或纺织物。

可选地，所述第二电极层的材料至少包括导电物质、及附有所述导电物质的聚合物，其中，所述导电物质为不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛、镍、或碳。

可选地，所述薄膜光伏器件的光吸收层为碲化镉或者铜基化合物，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为正极。

可选地，所述薄膜光伏器件的光吸收层为硅基光伏材料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为负极。

可选地，所述薄膜光伏器件的光吸收层为聚合物薄膜或有机染料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为正极或负极。

如上所述，本发明的太阳能发电储电集成器件，具有以下有益效果：

1）具有减少太阳能发电系统能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能利用效率的特点；

2）扩大了太阳能发电储电集成器件中薄膜储能器件的适用范围，以利于太阳能发电储电集成器件对不同薄膜储能器件的需求；

3）三电极结构的提出，降低制作工艺的难度，从而进一步降低太阳能发电储电集成器件的成本；

4）适用于便携式发电储电器件的设计，有助于促进新一代能源转换与存储技术的发展。

附图说明

图1显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例一中的示意图。

图2显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例二中的示意图。

图3显示为本发明的太阳能发电储电集成器件的充电电路示意图。

图4显示为本发明的太阳能发电储电集成器件的放电电路示意图。

图5显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例三中的示意图。

图6显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例四中的示意图。

图7显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例五中的示意图。

图8显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例六中的示意图。

图9显示为本发明的太阳能发电储电集成器件在实施例七中的示意图。

元件标号说明

1共用电极层

2薄膜光伏器件

21第一电极层

22光吸收层

221N型非晶硅薄膜、P型铜铟镓硒（CIGS）层薄膜、ZnO电子传输层

222本征非晶硅薄膜、N型CdS窗口层、P3HT:PCBM有机活性层

223P型非晶硅薄膜、本征ZnO高阻层、PEDOT:PSS空穴传输层

23第三电极层

24绝缘层

25导电缓冲层

26串联电极

27透明衬底

28密封结构

3薄膜储能器件

31材料层

311第一活性材料层

312隔层

313第二活性材料层

32第二电极层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图9。需要说明的是，以下具体实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、一个薄膜光伏器件2、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例一中，所述薄膜光伏器件2为非晶硅薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为锂离子电池。

所述共用电极层1为一金属层，且设有与其相连的引线（未标注），其中，所述共用电极层1的材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯或钛，所述共用电极层1可为片状或薄膜。具体地，在本实施例一中，所述共用电极层1为片状不锈钢。

所述薄膜光伏器件2至少包括形成于所述共用电极层1上表面的光吸收层22、及形成于所述光吸收层22上的第一电极层21，且所述第一电极层21为透明电极层。所述薄膜光伏器件的光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜。所述第一电极层21为透明电极层；所述第一电极层21的厚度范围是80~3000nm；所述透明电极层的材料至少包括碳纳米材料、金属纳米材料、或透明导电氧化物，其中，所述碳纳米材料至少包括石墨烯、碳纳米管，所述金属纳米材料至少包括纳米银，所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO₂、及In₂O₃中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，即所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO₂的掺杂衍生物、或In₂O₃的掺杂衍生物，例如，掺铟氧化锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺锑氧化锡（ATO）、或掺硼氧化锌（BZO）。

需要说明的是，所述薄膜光伏器件1还包括位于所述的共用电极层1与光吸收层22之间的导电缓冲层25，且所述导电缓冲层25为透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide，TCO）或金属，所述导电缓冲层25的厚度范围是10~800nm。其中，所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO₂、及In₂O₃中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，即所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO₂的掺杂衍生物、或In₂O₃的掺杂衍生物，例如，掺铟氧化锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺锑氧化锡（ATO）、或掺硼氧化锌（BZO）；所述金属至少包括钼或钼钽合金。当光吸收层22中已包含具有导电缓冲层作用（防止金属扩散至光吸收层22中）的层、或者在所述光吸收层材料中金属不易发生扩散时，则不需要形成于所述共用电极层1与光吸收层22之间的导电缓冲层25。

具体地，如图1所示，在本实施例一中，所述薄膜光伏器件2的光吸收层22的光伏材料为非晶硅，即所述薄膜光伏器件2为非晶硅薄膜太阳能电池，则所述光吸收层22至少包括厚度为10~30nm的N型非晶硅薄膜221、厚度为50~500nm（优选厚度为300nm）的本征非晶硅薄膜222、厚度为10~30nm的P型非晶硅薄膜223；所述第一电极层21为厚度范围是80~3000nm的掺铟氧化锡（ITO）。

另外，在非晶硅中金属比较容易发生扩散，且所述光吸收层22中并无发挥导电缓冲层25作用（防止金属扩散至光吸收层22中）的层，因此所述薄膜光伏器件2（非晶硅薄膜太阳能电池）必须包括形成于所述共用电极层1与光吸收层22之间的透明导电氧化物（TCO）导电缓冲层25，所述导电缓冲层25为厚度是30nm的掺硼氧化锌（BZO）。

所述薄膜储能器件3至少包括形成于所述共用电极层1下表面的材料层31、及形成于所述材料层31下表面的第二电极层32。其中，所述第二电极层32为一片状、薄膜状的集流体、及多孔结构或织物结构的可负载活性电极材料的集流体，其中，所述多孔结构至少包括网状结构、泡沫状结构，所述织物结构至少包括编织物或纺织物；同时，所述第二电极层的材料至少包括导电物质、及附有所述导电物质的聚合物，其中，所述导电物质为不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛、镍、或碳。换言之，所述第二电极层为多孔结构或织物结构的可负载活性电极材料的集流体时，至少包括多孔结构或织物结构的所述导电物质（不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛、镍、或碳）的集流体（例如镍网、钛网、不锈钢网、铜网、泡沫镍、碳布、或碳纸）、及多孔结构或织物结构的可负载活性电极材料（即所述附有导电物质）的集流体（例如附有所述导电物质的海绵、纺织品或编织品）、及附有所述导电物质的聚合物的集流体。

需要指出的是，所述薄膜储能器件3的种类至少包括锂离子电池、锂空气电池、铝电解电容器、电化学超级电容器、或聚合物薄膜电容器。本发明太阳能发电储电集成器件是通过共用电极层1结合所述薄膜光伏器件2和薄膜储能器件3的，应用成熟的制作薄膜光伏器件2及薄膜储能器件3的相关工艺，且考虑到薄膜储能器件3需在非高温情况下制作，因此，先以所述共用电极层1为衬底并在其上表面制作所述薄膜光伏器件2之后，再以所述共用电极层1作为薄膜储能器件3的集流体电极层，并在其下表面制作所述薄膜储能器件3。由于对所述薄膜储能器件3的具体种类的制作工艺未加限制，从而保证本发明太阳能发电储电集成器件的所述薄膜储能器件3的种类得以扩大范围，即至少包括锂离子电池、锂空气电池、铝电解电容器、电化学超级电容器、或聚合物薄膜电容器。

在所述的锂离子电池、锂空气电池或电化学超级电容器中，所述材料层31至少包括经封装的且填充有电解液的第一活性材料层311、隔层312、及第二活性材料层313。其中，所述电解液至少包括水系电解液、有机系电解液、离子液体系电解液；所述材料层31的隔层312形成于所述第一活性材料层311下表面，所述隔层312的材料至少包括聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）；所述第一活性材料层311形成于所述共用电极1下表面且与所述共用电极极性相同，所述隔层312形成于所述第一活性材料层311下表面，所述第二活性材料层313形成于所述隔层312和所述第二电极层32之间，且所述第二活性材料层313的极性与所述第二电极层32的极性相同。

对于所述铝电解电容器而言，其材料层31包括浸有电解液的电容器隔膜，所述电解液至少包括有机系液态电解液；所述聚合物薄膜电容器的材料层31为塑料薄膜，至少包括聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯、或聚碳酸酯。

需要特别指出的是，所述薄膜储能器件3中，所述的锂离子电池、锂空气电池及电化学超级电容器的电压窗口（给所述薄膜储能器件3充电的上限电压）取决于其薄膜储能器件3的电解液和第二电极层32材料，所述电压窗口的范围在0.5~4.5V；所述的铝电解电容器及聚合物薄膜电容器的电压窗口取决于各该薄膜储能器件的材料层31，所述电压窗口的范围为几伏至上千伏。

需要进一步指出的是，所述太阳能发电储电集成器件第一电极层21、共用电极层1、及第二电极层32的电极极性判断是按如下顺序进行的：由于目前制作薄膜光伏器件2的工艺很成熟，则本发明中薄膜光伏器件2的第一电极层及共用电极层的极性比较固定，因此，根据所述薄膜光伏器件2第一电极层21的电极极性，选择与其电极极性相对的位于其下的共用电极层1的电极极性，例如，当所述第一电极层21的电极极性为正极时，则所述共用电极层1的电极极性为负极；再根据所述共用电极层1的极性选择与其电极极性相对的位于所述共用电极层1下的薄膜储能器件3的第二电极层32的电极极性，例如，当共用电极层1的电极极性为负极时，第二电极层32的电极极性为正极，以保正共用电极层1的极性与所述薄膜光伏器件2及薄膜储能器件3的一致性。下面具体介绍本发明所述太阳能发电储电集成器件的第一电极层21、共用电极层1、及第二电极层32的电极极性：

1）所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为硅基光伏材料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为负极；

2）所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为碲化镉（CdTe）或者铜基化合物（如铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS）等），所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为正极；

3）所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为聚合物薄膜或有机染料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性根据所述薄膜光伏器件2的制备工艺而改变，可为正极或者负极：具体地，所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为有机染料，所述第一电极层1作为所述薄膜光伏器件2入射窗口时，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为正极，所述薄膜光伏器件2入射窗口为与所述第一电极层1相对的薄膜光伏器件3的背面进行入射时，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为负极；所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为聚合物薄膜，所述太阳能发电储电集成器件共用电极层1的极性根据所述薄膜光伏器件2中光吸收层22中的电子传输层和空穴传输层的相对位置确定，当电子传输层作为所述薄膜光伏器件2入射窗口时，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为正极，当空穴传输层作为所述薄膜光伏器件2入射窗口时，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为负极。

需要说明的是，所述的薄膜储能器件3可以为储存薄膜光伏器件2能量的终端器件，也可以为所述薄膜光伏器件2向终端器件传输能量的辅助器件。当所述薄膜储能器件3为辅助器件时，避免所述的终端器件接收来自薄膜光伏器件2的尖峰电流以及负载来自薄膜光伏器件2的尖峰电能的冲击，从而达到提高所述终端器件的寿命的目的。

需要进一步说明的是，所述薄膜储能器件3下方还设有循环水冷装置或风冷装置对所述太阳能发电储电集成器件进行降温，以防止所述太阳能发电储电集成器件受光照时温度升高而降低性能。

具体地，本实施例一中，所述薄膜储能器件3为磷酸铁锂锂离子电池，所述材料层31由经封装的且填充有电解液的第一活性材料层311、隔层312及第二活性材料层313组成。所述材料层31的第一活性材料层311形成于所述共用电极1下表面且与所述共用电极极性相同（均为负极），即所述第一活性材料层311为负极材料，具体为石墨、导电剂、粘接剂、及NMP（N-甲基吡咯烷酮，N-methyl-2-pyrrolidone）按一定比例形成的混合物，例如石墨：导电剂：粘接剂= 8:1:1（质量比），NMP适量。所述第一活性材料层311的厚度约为0.1mm；形成于所述第一活性材料层311下表面的所述隔层31为聚丙烯（PP）；所述材料层31的第二活性材料层313形成于所述隔层312和所述第二电极层32之间，且所述第二活性材料层313的极性与所述第二电极层32的极性相同（均为正极），即所述第二活性材料层313为正极材料，具体为磷酸铁锂LiFePO₄/C、导电剂、粘接剂、及NMP按一定比例形成的混合物，例如磷酸铁锂LiFePO₄/C：导电剂：粘接剂=8:1:1（质量比），NMP适量；所述材料层31中填充的电解液为有机电解液；所述第二电极层32为铝网。

进一步，本实施例一中的所述薄膜储能器件3为所述薄膜光伏器件2向终端器件（如图3及图4中的外电路用电器5）传输能量的辅助器件，以避免所述的终端器件接收来自薄膜光伏器件2的尖峰电流以及负载来自薄膜光伏器件2的尖峰电能的冲击，从而提高所述终端器件的寿命；所述薄膜储能器件3下方还设有风冷装置（未图示）对所述太阳能发电储电集成器件进行降温，以防止所述太阳能发电储电集成器件受光照时温度升高而降低性能。

需要指出的是，本发明太阳能发电储电集成器件中，形成于所述共用电极层上表面的所述薄膜光伏器件、与形成于所述共用电极层下表面的所述薄膜储能器件的种类搭配并不受限制。例如，本实施例一中的非晶硅薄膜太阳能电池（薄膜光伏器件）不仅可以与所述磷酸铁锂锂离子电池（薄膜储能器件）搭配以形成具有共用电极层的太阳能发电储电集成器件，在其他实施例中，非晶硅薄膜太阳能电池（薄膜光伏器件）还可以与锂空气电池、电化学超级电容器、铝电解电容器、或聚合物薄膜电容器进行搭配，且共用电极层的材料不受限制，但所述薄膜储能器件为铝电解电容器时除外。

具体地，在铝电解电容器中，所述共用电极层应当为铝，不用其他材料替换，即铝电解电容器中，当用金属铝作为共用电极层时，可直接将所述共用电极层用作铝电解电容的阴极，而铝电解电容的阳极（第二电极层）也需采用铝；进一步，所述铝电解电容器还包括形成于共用电极层下表面或形成于第二电极层上表面的氧化铝层；同时，所述铝电解电容器的材料层包括浸有电解液的电容器隔膜，所述电解液至少包括有机系液态电解液，其中，所述材料层位于所述共用电极层及第二电极层之间，且所述氧化铝层位于共用电极层与材料层之间、或所述氧化铝层位于第二电极层与材料层之间。

为了更好的理解本发明太阳能发电储电集成器件的结构，以下介绍太阳能发电储电集成器件的充电放电过程：

请参阅图3至图4，所述薄膜光伏器件2的第一电极层21通过二极管4及第一开关K1连接于所述薄膜储能器件3的第二电极层32，所述共用电极层1通过第二开关K2及外电路用电器5连接于所述薄膜储能器件3的第二电极层32，其中，所述的二极管4为了防止薄膜储能器件3对薄膜光伏器件2产生自放电现象。闭合所述第一开关K1且断开所述第二开关K2时，则所述太阳能发电储电集成器件中的所述薄膜光伏器件对所述薄膜储能器件充电；断开所述第一开关K1且闭合所述第二开关K2时，则所述太阳能发电储电集成器件放电；同时闭合所述的第一开关K1和第二开关K2时，所述太阳能发电储电集成器件实现边充电边放电。

本实施例一太阳能发电储电集成器件，具有减少太阳能发电系统能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能利用效率的特点；扩大了太阳能发电储电集成器件中薄膜储能器件的适用范围，以利于太阳能发电储电集成器件对不同薄膜储能器件的需求；三电极结构的提出，降低制作工艺的难度，从而进一步降低太阳能发电储电集成器件的成本；适用于便携式发电储电器件的设计，有助于促进新一代能源转换与存储技术的发展。

所述薄膜光伏器件2的输出电压需要与所述薄膜储能器件3电压窗口（给所述薄膜储能器件3充电的上限电压）相匹配。一个所述薄膜光伏器件2的输出电压范围是0.6~0.8V。由于一个所述薄膜储能器件3的电压窗口（给所述薄膜储能器件3充电的上限电压）的范围在0.5~4.5V或几伏至上千伏，因此，当一个所述薄膜光伏器件2不能满足一个所述薄膜储能器件3的最低电压窗口时，需要对所述薄膜光伏器件2进行串联形成第一器件组，且通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3电压窗口相匹配。具体请参阅实施例二。

实施例二

实施例二与实施例一的基本结构类似，不同之处在于，实施例一中薄膜光伏器件2为一个薄膜光伏器件2，本实施例二中则为至少两个薄膜光伏器件2经串联形成的第一器件组。本实施例二中具体阐述相关的不同之处，即所述薄膜光伏器件2的串联结构，其余与实施例一中相同的内容不做一一赘述。

如图2所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、经串联的至少两个薄膜光伏器件2形成第一器件组、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例二中，所述薄膜光伏器件2为非晶硅薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为锂离子电池。

如图2所示，所述共用电极层1请参阅实施例一的相关描述。

所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为第一材料或第二材料，其中，所述第一材料为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜；所述第二材料为有机染料。

复请参阅图2，所述第一器件组至少包括经串联的两个薄膜光伏器件2，其中，根据具体需要，通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3的电压窗口相匹配。具体地，在本实施例二中，所述第一器件组由4个所述薄膜光伏器件2组成的，具体单个薄膜光伏器件2的具体结构请参阅实施例一，在此不作一一赘述。

进一步，所述第一器件组由位于其首端的第一类薄膜光伏器件以及与其串联的至少一个第二类薄膜光伏器件组成，在如实施例一所述的一个薄膜光伏器件2基础上，所述第一类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层1上表面的第三电极层23，所述第二类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上的绝缘层24、形成于所述绝缘层24上的第三电极层23。其中，所述第三电极层23的材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛或钼，且除所述薄膜光伏器件2为染料敏化太阳能电池（光吸收层为有机染料）以外，所述薄膜光伏器件2的第三电极层23均可以与所述共用电极层1的材料相同；所述绝缘层24的厚度范围为1~50μm，至少包括聚酰亚胺（PI），且所述第二类薄膜光伏器件的绝缘层24相互连接，以防止所述第一器件组中的各该薄膜光伏器件2短路。具体地，在本实施例二中，所述第三电极层23为铝，位于首端（图2中的首端为左端）的一个薄膜光伏器件2形成第一类薄膜光伏器件（如图2中2A虚线区域所示），其余与其串联的3个薄膜光伏器件2形成第二类薄膜光伏器件（如图2中2B虚线区域所示），但并不局限于此，第一类薄膜光伏器件也可形成于所述第一器件组的右端（未图示）。

所述第一器件组的光吸收层22的材料为第一材料时，具有串联结构的太阳能发电储电集成器件中的相邻的薄膜光伏器件2之间的电学隔离及电性连接具体如下：所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间具有电学隔离，其中，所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间的电学隔离可为通过激光划线或机械刻线等串联技术形成的凹槽；所述第一器件组中薄膜光伏器件2中的第一电极层21形成于其光吸收层22的上表面及一侧面，位于该光吸收层侧面的第一电极层21与其相邻的另一薄膜光伏器件2上第三电极层23连接以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端（与所述首段相对应的所述第一器件组的另一端）的第二类薄膜光伏器件的第一电极层21上连接有引线（未图示）。

具体地，在本实施例二中，所述第一器件组的光吸收层22的材料为第一材料中的非晶硅，即所述第一器件组由4个非晶硅薄膜太阳能电池（薄膜光伏器件2）组成的，相邻的薄膜光伏器件2的第三电极23之间还设有部分所述光吸收层22，以使各该第三电极23之间除了位于其下的绝缘层24实现电学隔离之外进一步实现电学隔离。

所述需要说明的是，位于光吸收层22一侧面的所述第一电极层21为形成于各该薄膜光伏器件2的同一侧，图2中所示的第一电极层21均位于光吸收层22的上表面及右侧面，且相邻的薄膜光伏器件2中，位于左侧的薄膜光伏器件2的第一电极层21与位于右侧的薄膜光伏器件2的第三电极层23相连接以实现串联结构的电性连接。但并不局限于此图2中所示的情况，在另一实施例中（未图示），第一电极层均位于光吸收层的左侧面，且相邻的薄膜光伏器件中，位于左侧的薄膜光伏器件的第三电极层与位于右侧的薄膜光伏器件的第一电极层相连接以实现串联结构的电性连接。

所述第一器件组的光吸收层22的材料为第二材料时，具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的具体情况，请参阅实施例七。

进一步，若需扩大所述薄膜储能器件3的电压窗口范围时，需对所述薄膜储能器件3先进行串联形成第二器件组，再通过调整所述第一器件组中所述薄膜光伏器件2的数量，以使所述的第一器件组的输出电压与第二器件组的电压窗口相匹配，在此不一一赘述。

具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的充电放电过程请参阅实施例一的相关描述。

实施例三

实施例三与实施例一基本相同，均包括一个薄膜光伏器件2和一个薄膜储能器件3，不同点是，在本实施例三中，所述薄膜光伏器件2为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为电化学超级电容器。本实施例三中具体阐述相关的不同之处，其余与实施例一中相同的内容不做一一赘述。

如图5所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、一个薄膜光伏器件2、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例三中，所述薄膜光伏器件2为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为电化学超级电容器。

在本实施例三中：

所述共用电极层1为片状铝箔。

所述薄膜光伏器件2至少包括形成于所述共用电极层1上表面的光吸收层22、及形成于所述光吸收层22上的第一电极层21，且所述第一电极层21为透明电极层。光吸收层22的光伏材料为铜铟镓硒（CIGS），即所述薄膜光伏器件2为铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，则所述光吸收层22至少包括厚度为1~3μm的P型铜铟镓硒（CIGS）层薄膜221、厚度约为50nm的N型CdS窗口层222、厚度为50~100nm的本征ZnO高阻层223。所述第一电极层21为厚度范围是300~500nm的ZnO:Al（铝掺杂的ZnO，为ZnO的掺杂衍生物）。

需要说明的是，复请参阅图5，在本实施例三中，对于铜铟镓硒薄膜太阳能电池而言，还包括形成于所述共用电极层1上表面的厚度为100~800nm的钼或钼钽合金作为导电缓冲层25，且所述光吸收层22形成于所述导电缓冲层25上。

所述薄膜储能器件3为电化学超级电容器，至少包括形成于所述共用电极层1下表面的材料层31、及形成于所述材料层31下表面的第二电极层32。

所述材料层31由经封装的且填充有电解液的第一活性材料层311、隔层312及第二活性材料层313组成，所述材料层31的第一活性材料层311形成于所述共用电极1下表面且与所述共用电极极性相同（均为正极），即所述第一活性材料层311为正极材料，具体为正极碳材料、导电剂、粘接剂、及NMP按一定比例形成的混合物，例如正极碳材料：导电剂：粘接剂=8:1:1（质量比），NMP适量，所述第一活性材料层311的厚度约为0.1mm；形成于所述第一活性材料层311下表面的所述隔层312的材料为聚乙烯（PE）；所述材料层31的第二活性材料层313形成于所述隔层312和所述第二电极层32之间，且所述第二活性材料层313的极性与所述第二电极层32的极性相同（均为负极），即所述第二活性材料层313为负极材料，具体为负极碳材料、导电剂、粘接剂、及NMP（N-甲基吡咯烷酮，N-methyl-2-pyrrolidone）按一定比例形成的混合物，例如负极碳材料：导电剂：粘接剂=8:1:1（质量比），NMP适量，所述第二活性材料层313的厚度约为0.1mm；所述材料层31中填充的电解液为离子液体系电解液；所述第二电极层32为镍网。

进一步，本实施例三中的所述薄膜储能器件3为所述薄膜光伏器件2向终端器件（如图3及图4中的外电路用电器5）传输能量的辅助器件，以避免所述的终端器件接收来自薄膜光伏器件2的尖峰电流以及负载来自薄膜光伏器件2的尖峰电能的冲击，从而提高所述终端器件的寿命；所述薄膜储能器件3下方还设有循环水冷装置（未图示）对所述太阳能发电储电集成器件进行降温，以防止所述太阳能发电储电集成器件受光照时温度升高而降低性能。

需要说明的是，另一实施例的电化学超级电容器3中，当所述材料层31中填充的电解液为水系电解液，且所述第二活性材料层313为碳材料或半导体氧化物时，所述电化学超级电容器3的电压窗口为0.5~1V，其中，所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、或活性炭，所述半导体氧化物包括氧化钌、氧化锰、或氧化镍。由于一个所述薄膜光伏器件2的输出电压范围是0.6~0.8V，因此，一个所述薄膜光伏器件2可以满足一个所述薄膜储能器件3（采用水系电解液的电化学超级电容器）的电压窗口范围，即一个所述薄膜储能器件3（采用水系电解液的电化学超级电容器）适合与一个薄膜光伏器件2搭配集成。

需要进一步说明的是，若一个所述薄膜光伏器件2不能满足一个所述薄膜储能器件3的最低电压窗口时，需要对所述薄膜光伏器件2进行串联形成第一器件组，且通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3电压窗口相匹配。具体请参阅实施例四。

实施例四

实施例四与实施例三的基本结构类似，不同之处在于，实施例三中薄膜光伏器件2为一个薄膜光伏器件2，本实施例四中则为至少两个薄膜光伏器件2经串联形成的第一器件组。本实施例四中具体阐述相关的不同之处，即所述薄膜光伏器件2的串联结构，其余与实施例三中相同的内容不做一一赘述。

如图6所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、经串联的至少两个薄膜光伏器件2形成第一器件组、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例四中，所述薄膜光伏器件2为铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为电化学超级电容器。

如图6所示，所述共用电极层1请参阅实施例三及实施例一的相关描述。

所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为第一材料或第二材料，其中，所述第一材料为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜；所述第二材料为有机染料。

复请参阅图6，所述第一器件组至少包括经串联的两个薄膜光伏器件2，其中，根据具体需要，通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3的电压窗口相匹配。具体地，在本实施例四中，所述第一器件组由4个所述薄膜光伏器件2组成的，具体单个薄膜光伏器件2的具体结构请参阅实施例三，在此不作一一赘述。

进一步，所述第一器件组由位于其首端的第一类薄膜光伏器件以及与其串联的至少一个第二类薄膜光伏器件组成，在如实施例三所述的一个薄膜光伏器件2基础上，所述第一类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层1上表面的第三电极层23，所述第二类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上的绝缘层24、形成于所述绝缘层24上的第三电极层23，其中，所述第三电极层23的材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛或钼，且除所述薄膜光伏器件2为染料敏化太阳能电池（光吸收层为有机染料）以外，所述薄膜光伏器件2的第三电极层23均可以与所述共用电极层1的材料相同；所述绝缘层24的厚度范围为1~50μm，至少包括的聚酰亚胺（PI），且所述第二类薄膜光伏器件的绝缘层24相互连接，以防止所述第一器件组中的各该薄膜光伏器件2短路。

具体地，在本实施例四中，所述第三电极层23为钼，位于首端（图6中的首端为左端）的一个薄膜光伏器件2形成第一类薄膜光伏器件（如图6中2A虚线区域所示），其余与其串联的3个薄膜光伏器件2形成第二类薄膜光伏器件（如图6中2B虚线区域所示），但并不局限于此，第一类薄膜光伏器件也可形成于所述第一器件组的右端（未图示）。

需要指出的是，在本实施例四中，如图6所示，由于所述第三电极层23为钼，起到了导电缓冲层25的作用，因此不再需要在所述第三电极层23上形成导电缓冲层25。但并不局限于所述第三电极才为钼的情况，在其他实施例中（未图示），若所述第三电极层的材料不是钼时，例如所述第三电极层为钛时，所述第一器件组中的各该第三电极层与光吸收层之间还需要形成导电缓冲层，且所述导电缓冲层的材料为钼或钼钽合金。

所述第一器件组的光吸收层22的材料为第一材料时，具有串联结构的太阳能发电储电集成器件中的相邻的薄膜光伏器件2之间的电学隔离及电性连接具体如下：所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间具有电学隔离，其中，所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间的电学隔离可为通过激光划线或机械刻线等串联技术形成的凹槽；所述第一器件组中薄膜光伏器件2中的第一电极层21形成于其光吸收层22的上表面及一侧面，位于该光吸收层侧面的第一电极层21与其相邻的另一薄膜光伏器件2上第三电极层23连接以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端（与所述首段相对应的所述第一器件组的另一端）的第二类薄膜光伏器件的第一电极层21上连接有引线（未图示）。具体地，在本实施例四中，所述第一器件组的光吸收层22的材料为第一材料中的铜铟镓硒（CIGS），即所述第一器件组由4个铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池（薄膜光伏器件2）组成的，相邻的薄膜光伏器件2的第三电极23之间还设有部分所述光吸收层22，以使各该第三电极23之间除了位于其下的绝缘层24实现电学隔离之外进一步实现电学隔离。

需要说明的是，位于光吸收层22一侧面的所述第一电极层21为形成于各该薄膜光伏器件2的同一侧，图6中所示的第一电极层21均位于光吸收层22的上表面及右侧面，且相邻的薄膜光伏器件2中，位于左侧的薄膜光伏器件2的第一电极层21与位于右侧的薄膜光伏器件2的第三电极层23相连接以实现串联结构的电性连接。但并不局限于此图6中所示的情况，在另一实施例中（未图示），第一电极层均位于光吸收层的左侧面，且相邻的薄膜光伏器件中，位于左侧的薄膜光伏器件的第三电极层与位于右侧的薄膜光伏器件的第一电极层相连接以实现串联结构的电性连接。

所述第一器件组的光吸收层22的材料为第二材料时，具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的具体情况，请参阅实施例七。

进一步，若需扩大所述薄膜储能器件3的电压窗口范围时，需对所述薄膜储能器件3先进行串联形成第二器件组，再通过调整所述第一器件组中所述薄膜光伏器件2的数量，以使所述的第一器件组的输出电压与第二器件组的电压窗口相匹配，在此不一一赘述。

具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的充电放电过程请参阅实施例一的相关描述。

实施例五

实施例五与实施例一和实施例三基本相同，均包括一个薄膜光伏器件2和一个薄膜储能器件3，不同点是，在本实施例五中，所述薄膜光伏器件2为聚合物薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为聚合物薄膜电容器。本实施例五中具体阐述相关的不同之处，其余与实施例一和实施例三中相同的内容不做一一赘述。

如图7所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、一个薄膜光伏器件2、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例五中，所述薄膜光伏器件2为聚合物薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为聚合物薄膜电容器。

在本实施例五中：

所述共用电极层1为铂金属薄膜。

所述薄膜光伏器件2至少包括形成于所述共用电极层1上表面的光吸收层22、及形成于所述光吸收层22上的第一电极层21，且所述第一电极层21为透明电极层。光吸收层22的光伏材料为聚合物薄膜，即所述薄膜光伏器件2为聚合物薄膜太阳能电池，则所述光吸收层22至少包括ZnO电子传输层221、P3HT:PCBM有机活性层222、PEDOT:PSS空穴传输层223，优选的，所述ZnO电子传输层221厚度为10~50nm，所述P3HT:PCBM有机活性层222厚度为80~100nm，所述PEDOT:PSS空穴传输层223厚度为20~50nm。所述第一电极层21为厚度范围是80~3000nm的掺铟氧化锡（ITO）（为SnO₂的掺杂衍生物）薄膜，优选厚度为300~500nm。

需要说明的是，在所述聚合物薄膜太阳能电池中，导电缓冲层不是必须存在的，换言之，所述聚合物薄膜太阳能电池中可以不包括导电缓冲层，也可以包括透明导电氧化物（TCO）导电缓冲层，所述透明导电氧化物（TCO）导电缓冲层利于电荷复合速率的减小。在本实施例五中，所述聚合物薄膜太阳能电池中未包括导电缓冲层。

所述薄膜储能器件3为聚合物薄膜电容器，至少包括形成于所述共用电极层1下表面的材料层31、及形成于所述材料层31下表面的第二电极层32。

所述材料层31为塑料薄膜，至少包括聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯、或聚碳酸酯。本实施例五中，所述材料层31为聚丙烯，优选厚度为100~1000μm；所述第二电极层32为铂金属膜。其中，所述第一电极层21、共用电极层1、及第二电极层32的电极极性判断如下：

所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为聚合物薄膜，所述太阳能发电储电集成器件共用电极层1的极性，根据所述薄膜光伏器件2中光吸收层22中的电子传输层221和空穴传输层223的相对位置确定。本实施例五中，所述空穴传输层223作为所述薄膜光伏器件2入射窗口，则所述第一电极层21为正极，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为负极，从而，所述第二电极层32为正极。但并不局限与此，在另一实施例中，当电子传输层221作为所述薄膜光伏器件2入射窗口时，则所述第一电极层21为负极，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为正极，从而所述第二电极层32为负极。

进一步，本实施例五中的所述薄膜储能器件3为所述薄膜光伏器件2向终端器件（如图3及图4中的外电路用电器5）传输能量的辅助器件，以避免所述的终端器件接收来自薄膜光伏器件2的尖峰电流以及负载来自薄膜光伏器件2的尖峰电能的冲击，从而提高所述终端器件的寿命；所述薄膜储能器件3下方还设有循环水冷装置（未图示）对所述太阳能发电储电集成器件进行降温，以防止所述太阳能发电储电集成器件受光照时温度升高而降低性能。

需要进一步说明的是，若一个所述薄膜光伏器件2不能满足一个所述薄膜储能器件3的最低电压窗口时，需要对所述薄膜光伏器件2进行串联形成第一器件组，且通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3电压窗口相匹配。具体请参阅实施例六。

实施例六

实施例六与实施例五的基本结构类似，不同之处在于，实施例五中薄膜光伏器件2为一个薄膜光伏器件2，本实施例六中则为至少两个薄膜光伏器件2经串联形成的第一器件组。本实施例六中具体阐述相关的不同之处，即所述薄膜光伏器件2的串联结构，其余与实施例五中相同的内容不做一一赘述。

如图8所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、经串联的至少两个薄膜光伏器件2形成第一器件组、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例六中，所述薄膜光伏器件2为聚合物薄膜太阳能电池，所述薄膜储能器件3为聚合物薄膜电容器。

如图8所示，所述共用电极层1请参阅实施例五及实施例一的相关描述。

所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为第一材料或第二材料，其中，所述第一材料为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜；所述第二材料为有机染料。

复请参阅图8，所述第一器件组至少包括经串联的两个薄膜光伏器件2，其中，根据具体需要，通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3的电压窗口相匹配。具体地，在本实施例六中，所述第一器件组由4个所述薄膜光伏器件2组成的，具体单个薄膜光伏器件2的具体结构请参阅实施例五，在此不作一一赘述。

进一步，所述第一器件组由位于其首端的第一类薄膜光伏器件以及与其串联的至少一个第二类薄膜光伏器件组成，在如实施例五所述的一个薄膜光伏器件2基础上，所述第一类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层1上表面的第三电极层23，所述第二类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上的绝缘层24、形成于所述绝缘层24上的第三电极层23，其中，所述第三电极层23的材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛或钼，且除所述薄膜光伏器件2为染料敏化太阳能电池（光吸收层为有机染料）以外，所述薄膜光伏器件2的第三电极层23均可以与所述共用电极层1的材料相同；所述绝缘层24的厚度范围为1~50μm，至少包括的聚酰亚胺（PI），且所述第二类薄膜光伏器件的绝缘层24相互连接，以防止所述第一器件组中的各该薄膜光伏器件2短路。具体地，在本实施例六中，所述第三电极层23为铝，位于首端（图8中的首端为左端）的一个薄膜光伏器件2形成第一类薄膜光伏器件（如图8中2A虚线区域所示），其余与其串联的3个薄膜光伏器件2形成第二类薄膜光伏器件（如图8中2B虚线区域所示），但并不局限于此，第一类薄膜光伏器件也可形成于所述第一器件组的右端（未图示）。

所述第一器件组的光吸收层22的材料为第一材料时，具有串联结构的太阳能发电储电集成器件中的相邻的薄膜光伏器件2之间的电学隔离及电性连接具体如下：所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间具有电学隔离，其中，所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间的电学隔离可为通过激光划线或机械刻线等串联技术形成的凹槽；所述第一器件组中薄膜光伏器件2中的第一电极层21形成于其光吸收层22的上表面及一侧面，位于该光吸收层侧面的第一电极层21与其相邻的另一薄膜光伏器件2上第三电极层23连接以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端（与所述首段相对应的所述第一器件组的另一端）的第二类薄膜光伏器件的第一电极层21上连接有引线（未图示）。具体地，在本实施例六中，所述第一器件组的光吸收层22的材料为第一材料中的聚合物薄膜，即所述第一器件组由4个聚合物薄膜太阳能电池（薄膜光伏器件2）组成的，相邻的薄膜光伏器件2的第三电极23之间还设有部分所述光吸收层22，以使各该第三电极23之间除了位于其下的绝缘层24实现电学隔离之外进一步实现电学隔离。

所述需要说明的是，位于光吸收层22一侧面的所述第一电极层21为形成于各该薄膜光伏器件2的同一侧，图8中所示的第一电极层21均位于光吸收层22的上表面及右侧面，且相邻的薄膜光伏器件2中，位于左侧的薄膜光伏器件2的第一电极层21与位于右侧的薄膜光伏器件2的第三电极层23相连接以实现串联结构的电性连接。但并不局限于此图8中所示的情况，在另一实施例中（未图示），第一电极层均位于光吸收层的左侧面，且相邻的薄膜光伏器件中，位于左侧的薄膜光伏器件的第三电极层与位于右侧的薄膜光伏器件的第一电极层相连接以实现串联结构的电性连接。

所述第一器件组的光吸收层22的材料为第二材料时，具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的具体情况，请参阅实施例七。

进一步，若需扩大所述薄膜储能器件3的电压窗口范围时，需对所述薄膜储能器件3先进行串联形成第二器件组，再通过调整所述第一器件组中所述薄膜光伏器件2的数量，以使所述的第一器件组的输出电压与第二器件组的电压窗口相匹配，在此不一一赘述。

具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的充电放电过程请参阅实施例一的相关描述。

实施例七

如图9所示，本发明提供一种太阳能发电储电集成器件，所述器件至少包括：共用电极层1、经串联的至少两个薄膜光伏器件2形成第一器件组、及一个薄膜储能器件3，其中，具体地，在本实施例七中，所述薄膜光伏器件2为染料敏化太阳能电池（DSSC），其光吸收层为有机染料，所述薄膜储能器件3为锂离子电池。

如图9所示，所述共用电极层1为一金属层，且设有与其相连的引线（未标注），其中，所述共用电极层1的材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯或钛，所述共用电极层1可为片状或薄膜。具体地，在本实施例七中，所述共用电极层1为钛片。

所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为第一材料或第二材料，其中，所述第一材料为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜；所述第二材料为有机染料。具体地，在本实施例七中，所述薄膜光伏器件2的光吸收层22的光伏材料为有机染料，即所述薄膜光伏器件2为染料敏化薄膜太阳能电池。

复请参阅图9，所述第一器件组至少包括经串联的两个薄膜光伏器件2，其中，根据具体需要，通过调整所述第一器件组中的薄膜光伏器件2的数量，以使所述第一器件组的输出电压与一个所述薄膜储能器件3的电压窗口相匹配。具体地，在本实施例七中，所述第一器件组由4个所述薄膜光伏器件2组成的。

在本实施例七中，所述第一器件组为经封装的且填充有电解液的第一器件组，至少包括位于其首端的第一类薄膜光伏器件、与其串联的至少一个第二类薄膜光伏器件、连接所述第一器件组中相邻的两个薄膜光伏器件之间的串联电极26、以及位于所述第一器件组首末端的密封结构28。所述第一类薄膜光伏器件至少包括形成于所述共用电极层1上的光吸收层22、形成于所述光吸收层22上的第一电极层21、形成于第一电极层上表面的一透明衬底27、形成于所述共用电极层1上表面的第三电极层23；所述第二类薄膜光伏器件至少包括形成于所述共用电极层1上的光吸收层22、形成于所述光吸收层22上的第一电极层21、形成于各第一电极层上表面的一透明衬底27、形成于所述共用电极层1上的绝缘层24、形成于所述绝缘层24上的第三电极层23，且所述第二类薄膜光伏器件的绝缘层24相互连接，以防止所述第一器件组中的各该薄膜光伏器件2短路；同时，位于所述第一器件组末端的第二类薄膜光伏器件的第一电极层上连接有引线。

需要说明的是，如图9所示，透明衬底27形成于所述第一器件组的各第一电极层21上表面的，即形成于所述第一电极层上表面的透明衬底27，将所述第一器件组的各第一电极层21相互连接，所述透明衬底27至少包括透明玻璃基板或透明塑料基板，其中，所述透明玻璃基板至少包括钠钙玻璃或硼硅玻璃，所述透明塑料基板至少包括聚对苯二甲酸二乙醇酯（PET）、聚萘二甲酸丁二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚酰亚胺（PI）或三聚氰酸三烯丙酯（TAC）；所述第一器件组中薄膜光伏器件中的第一电极层与其相邻的另一薄膜光伏器件上的第三电极层藉由填充有导电浆料的凹槽作为串联电极26，以供串联结构实现电连接，其中，所述串联电极26至少包括镍、钨、锰或碳；所述密封结构28为厚度范围25~100μm的密封用绝缘材料，至少包括低温玻璃粉或者热塑性聚合物膜，其中，所述热塑性聚合物膜至少包括Surlyn（沙林离子化树脂）；所述绝缘层24的厚度范围为1~50μm，至少包括的聚酰亚胺（PI）。具体在本实施例七中，所述透明衬底27为硼硅玻璃，所述串联电极26为镍，所述密封结构28为Surlyn（沙林离子化树脂），绝缘层24的厚度范围为10μm的聚酰亚胺（PI）。

需要进一步说明的是，所述第一器件组中的各该第三电极层23之间、第三电极层23与封装结构28之间、串联电极26与第一电极层21和第三电极层23未连接的一端之间，均形成有凹槽以供电学隔离，且所述串联电极26位于与其连接的第三电极层23的同一侧，以供串联结构实现电连接，具体地，图9中所示的串联电极26均位于第三电极层23的右端，即所述的串联电极26的一端与第三电极层23的右端相连，且相邻的薄膜光伏器件2中，所述的串联电极26的另一端与另一薄膜光伏器件2的第一电极层21的左端相连，以实现串联结构的电性连接。但并不局限于此图9中所示的情况，在另一实施例中（未图示），相邻的薄膜光伏器件中，也可以所述的串联电极的一端与第三电极层的左端相连，所述的串联电极的另一端与另一薄膜光伏器件的第一电极层的右端相连，但需保证所述串联电极位于与其连接的第三电极层的同一侧，以实现串联结构的电性连接。

需要特别说明的是，本实施例七中的串联结构的连接方式采用填充有导电浆料的凹槽形成的串联电极26，因此，与现有的引线连接方式相比较而言，不仅在能耗上、稳定性上，所述串联电极26都优于普通引线，而且在制作及布线过程中，所述串联电极26更利于一体化成形，节约成本。

具体地，位于首端（图9中的首端为左端）的一个薄膜光伏器件2形成第一类薄膜光伏器件（如图9中2A虚线区域所示），其余与其串联的3个薄膜光伏器件2形成第二类薄膜光伏器件（如图9中2B虚线区域所示），但并不局限于此，第一类薄膜光伏器件也可形成于所述第一器件组的右端。

进一步，本实施例七中的所述光吸收层22为染料吸收层（附有染料的纳米晶半导体薄膜），形成于所述共用电极层1上且与其上表面之间留有间隔空间，以形成所述染料敏化太阳能电池的空腔，以供填充染料及电解液至所述空腔内。具体地，形成染料吸收层（即光吸收层22）时，为了使所述纳米晶半导体薄膜进行敏化，先将染料填充至所述空腔内，在染料中浸泡所述纳米晶半导体薄膜若干小时，使纳米晶半导体薄膜上附有染料以形成染料吸收层（即光吸收层22），其中，所述染料至少包括黑染料、N719,、N3或C343，所述纳米晶半导体薄膜的材料至少包括氧化钛、氧化锌或氧化锡，所述纳米晶半导体薄膜的薄膜类型至少包括纳米多孔薄膜、纳米线阵列薄膜、纳米棒阵列薄膜、或纳米管阵列薄膜等，所述纳米晶半导体薄膜的厚度范围是5~50μm；形成染料吸收层之后，在密封所述染料敏化太阳能电池之前，在所述空腔还需要填充染料敏化太阳能电池所需的电解液，其中，所述电解液至少包括有机系液态电解液、固态电解液、或凝胶态型电解液。优选地，在本实施例七中，所述光吸收层22（染料吸收层）为附有N719染料的氧化锌纳米线阵列薄膜，优选厚度为15μm，所述电解液为有机系液态电解液。

需要指出的是，所述第三电极层23的材料必须采用具有催化功能的铂或碳；所述第一电极层21为透明电极层，所述第一电极层21的厚度范围是80~3000nm；所述透明电极层的材料至少包括碳纳米材料、金属纳米材料、或透明导电氧化物，其中，所述碳纳米材料至少包括石墨烯、碳纳米管，所述金属纳米材料至少包括纳米银，所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO₂、及In₂O₃中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，即所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO₂的掺杂衍生物、或In₂O₃的掺杂衍生物，例如，掺铟氧化锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺锑氧化锡（ATO）、或掺硼氧化锌（BZO）。具体地， 在本实施例七中，所述第三电极层23为铂，所述第一电极层21为厚度范围是80~3000nm的掺铟氧化锡（ITO）。

由于本实施例七与实施例一中的所述薄膜储能器件3均为锂离子电池，因此本实施例七的所述薄膜储能器件3的相关描述请参阅实施例一，在此不再一一赘述。

所述薄膜光伏器件2的光吸收层22为有机染料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性根据所述薄膜光伏器件2的制备工艺而改变，可为正极或者负极：所述第一电极层1作为所述薄膜光伏器件2入射窗口时，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层1的极性为正极，所述薄膜光伏器件入射窗口为与所述第一电极层1相对的薄膜光伏器件的背面进行入射时（即从所述第三电极层23入射），所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为负极。具体地，在本实施例七中，所述第一电极层1作为所述染料敏化太阳能电池（薄膜光伏器件2）的入射窗口，所述共用电极层1的极性为正极，则所述第一电极层21及第二电极层32的极性均为负极。

进一步，若需扩大所述薄膜储能器件3的电压窗口范围时，需对所述薄膜储能器件3先进行串联形成第二器件组，再通过调整所述第一器件组中所述薄膜光伏器件2的数量，以使所述的第一器件组的输出电压与第二器件组的电压窗口相匹配，在此不一一赘述。

具有串联结构的太阳能发电储电集成器件的充电放电过程请参阅实施例一的相关描述。

综上所述，本发明，具有减少太阳能发电系统能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能利用效率的特点；扩大了太阳能发电储电集成器件中薄膜储能器件的适用范围，以利于太阳能发电储电集成器件对不同薄膜储能器件的需求；三电极结构的提出，降低制作工艺的难度，从而进一步降低太阳能发电储电集成器件的成本；适用于便携式发电储电器件的设计，有助于促进新一代能源转换与存储技术的发展。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种太阳能发电储电集成器件，其特征在于，所述器件至少包括：

共用电极层为一金属层，设有与其相连的引线；

至少两个薄膜光伏器件串联的第一器件组，至少包括形成于所述共用电极层上的光吸收层及形成于所述光吸收层上的第一电极层，其中，所述第一电极层为透明电极层；

至少一个薄膜储能器件，至少包括形成于所述共用电极层下表面的材料层及形成于所述材料层下表面的第二电极层，其中，所述第二电极层为一集流体；

所述薄膜光伏器件的第一电极层通过二极管及第一开关连接于所述薄膜储能器件的第二电极层。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜光伏器件的光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒或铜锌锡硫，所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜。

3.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述太阳能发电储电集成器件包括共用电极层、由至少两个所述薄膜光伏器件串联的第一器件组及由至少两个所述薄膜储能器件串联的第二器件组。

4.根据权利要求3所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜光伏器件的光吸收层为第一材料或第二材料，其中，所述第一材料为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒或铜锌锡硫，所述有机光伏材料至少包括聚合物薄膜；所述第二材料为有机染料。

5.根据权利要求4所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述第一器件组由位于其首端的第一类薄膜光伏器件以及与其串联的至少一个第二类薄膜光伏器件组成，所述第一类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上表面的第三电极层；所述第二类薄膜光伏器件还包括形成于所述共用电极层上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的第三电极层，其中，所述第二类薄膜光伏器件的绝缘层相互连接。

6.根据权利要求5所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述第一器件组的光吸收层的材料为第一材料；所述第一器件组中每两个相邻的薄膜光伏器件之间具有电学隔离；所述第一器件组中薄膜光伏器件中的第一电极层形成于其光吸收层的上表面及一侧面，位于该光吸收层侧面的第一电极层与其相邻的另一薄膜光伏器件上第三电极层连接以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端的第二类薄膜光伏器件的第一电极层上连接有引线。

7.根据权利要求5所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述第一器件组的光吸收层的材料为第二材料，所述第一器件组还包括形成于各第一电极层上表面的一透明衬底，所述第一器件组中薄膜光伏器件中的第一电极层与其相邻的另一薄膜光伏器件上的第三电极层藉由填充有导电浆料的凹槽作为串联电极，以供串联结构实现电连接，且所述第一器件组中位于其末端的第二类薄膜光伏器件的第一电极层上连接有引线。

8.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜储能器件至少包括锂离子电池、锂空气电池、铝电解电容器、电化学超级电容器或聚合物薄膜电容器。

9.根据权利要求8所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述的薄膜储能器件为储存薄膜光伏器件能量的终端器件。

10.根据权利要求8所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述的薄膜储能器件为薄膜光伏器件向终端器件传输能量的辅助器件。

11.根据权利要求8所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述的锂离子电池、锂空气电池或电化学超级电容器中，所述材料层至少包括经封装的且填充有电解液的第一活性材料层、隔层及第二活性材料层，其中，所述第一活性材料层形成于所述共用电极下表面且与所述共用电极极性相同，所述隔层形成于所述第一活性材料层下表面，所述第二活性材料层形成于所述隔层和所述第二电极层之间，且所述第二活性材料层的极性与所述第二电极层的极性相同，所述电解液至少包括水系电解液、有机电解液、离子液体电解液。

12.根据权利要求8所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述铝电解电容器的材料层至少包括浸有电解液的电容器隔膜纸；所述聚合物薄膜电容器的材料层为塑料薄膜，至少包括聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。

13.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜储能器件下方还设有循环水冷装置或风冷装置对所述太阳能发电储电集成器件进行降温，以防止所述太阳能发电储电集成器件受光照时温度升高而降低性能。

14.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述共用电极层材料至少包括不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯或钛。

15.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述第二电极层为片状、薄膜状的集流体及多孔结构或织物结构的可负载活性电极材料的集流体中的任一种，其中，所述多孔结构至少包括网状结构、泡沫状结构，所述织物结构至少包括编织物或纺织物。

16.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述第二电极层的材料至少包括导电物质、及附有所述导电物质的聚合物，其中，所述导电物质为不锈钢、铝、铜、金、银、铂、钯、钛、镍或碳。

17.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜光伏器件的光吸收层为碲化镉或者铜基化合物，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为正极。

18.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜光伏器件的光吸收层为硅基光伏材料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为负极。

19.根据权利要求1所述的太阳能发电储电集成器件，其特征在于：所述薄膜光伏器件的光吸收层为聚合物薄膜或有机染料，所述太阳能发电储电集成器件的共用电极层的极性为正极或负极。