CN103077974A - 超轻质柔性薄膜太阳电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏太阳电池，公开了一种超轻质柔性薄膜太阳电池，包括在柔性衬底[1]上依次沉积背电极Ag膜[2]，ZnO膜[3]，掺杂N层[4]，本征i层[5]，掺杂P层[6]，透明导电薄膜[7]，电极[8]，以及封装层[9]。其中，封装层[9]的封装材料是硅氧烷系列胶水和同系列稀释剂。本发明解决了柔性太阳电池在临近空间领域的应用问题，取得了工作温度适应范围广、重量功率比高、工作稳定可靠等有益效果。

Description

超轻质柔性薄膜太阳电池

技术领域

本发明涉及光伏太阳电池。

背景技术

20世纪60年代初，太阳电池就开始在空间技术中得到广泛应用；到70年代末，地面用太阳电池的数量已超过了空间应用的数量，成本也随着产量的增加而明显下降。80年代初，出现了一些新的工艺，其商业应用范围也越来越广阔。传统的硅基薄膜太阳电池是沉积在玻璃等刚性衬底上，此种太阳电池的体积大，质量大，耗材耗能，只能用于固定位置的发电，限制了其应用范围。而沉积在聚酯膜等柔性衬底上的柔性薄膜太阳电池，能够很好地规避刚性太阳电池的缺点和弊端。柔性太阳电池通常具有厚度薄、重量轻，有良好的收拢体积比。中试或生产过程中节材节能，并且不受限于安装面的形状，可以方便地任意弯曲，特别适合移动式充放电设备应用。柔性薄膜太阳电池能够安置在平流层飞艇的顶部、系留式气球的受光面、无人侦察太阳电池飞机的机翼、汽车顶部、帆船、赛艇、摩托艇的船舱表面，以便提高太阳电池的光电转化效率。

本发明以临近空间的应用为背景进行开发，环境耐受性优异，主要应用领域是航空航天的能源系统，高空通讯基站的电源系统，也能为地面陆战部队提供便携式电源系统，为国防探索做出突出贡献。同时也可以为太阳帆船，节能型住宅，光伏一体化建筑提供电源，地面应用的前景也非常广阔。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决柔性太阳电池在临近空间领域的应用，本发明的目的在于提供一种超轻质柔性薄膜太阳电池。利用本发明制造的太阳电池环境耐受性优异，可达到空间环境的应用要求。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种超轻质柔性薄膜太阳电池，该装置包括：

在柔性衬底材料依次沉积背电极Ag膜，ZnO膜，掺杂N层，本征i层，掺杂P层，透明导电膜，电极和封装层；上述封装层的封装材料是硅氧烷系列胶水和同系列稀释剂。

本发明一种超轻质柔性薄膜太阳电池，由于采取上述的技术方案，封装材料选择硅氧烷系列胶水和同系列稀释剂，因此，该封装层具有高光学透过率，封装层和裸电池之间的粘附性好，并且能够抵抗一系列的环境试验，包括低温高湿试验、高温高湿试验、高低温循环交变试验、高温试验、高温低气压试验、真空热失重试验、紫外辐照试验、原子氧氛围辐照试验、臭氧氛围试验等。封装工艺是喷涂式封装方式，能够根据不同的工艺需求有效地控制封装层厚度10～100μm。

本发明可达到的性能指标：-100～100℃之间可长时间稳定工作，并且保持柔性好，强度高，长时间稳定工作太阳电池阵的表面温度＜60℃，重量比功率可达360W/kg(电池封装后)。环境模拟测试后，柔性薄膜太阳电池阵采用一体式挂装方式与平流层飞艇复合后，风速＞20m/s情况下，位置不发生偏移与翻折且能够持续稳定工作。

因此，本发明解决了柔性太阳电池在临近空间领域的应用问题，取得了工作温度适应范围广、重量功率比高、工作稳定可靠等有益效果。

附图说明

图1是本发明一种超轻质柔性薄膜太阳电池的结构示意图；

图2是本发明应用在平流层飞艇上的效果图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1是本发明一种超轻质柔性薄膜太阳电池的结构示意图，如图1所示，该太阳电池包括：在柔性衬底材料1上依次沉积背电极Ag膜2，ZnO膜3，掺杂N层4，本征i层5，掺杂P层6，透明导电膜7，电极8和封装层9。

上述封装层9的封装材料选择的是硅氧烷系列胶水和同系列稀释剂。

上述柔性衬底材料1为金属箔柔性衬底或聚酯膜柔性衬底，在其上可沉积非晶硅薄膜太阳电池，微晶硅薄膜太阳电池，非晶硅锗薄膜太阳电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池，以及由它们所组成的各类叠层太阳电池。

上述封装层9的封装材料为硅氧烷系列胶水和同系列稀释剂，采用喷涂式封装方式，能够根据不同的工艺需求有效地控制封装层厚度10～100μm。该封装层具有高光学透过率，封装层和裸电池之间的粘附性好，封装层能够抵抗一系列的环境试验，包括低温高湿试验、高温高湿试验、高低温循环交变试验、高温试验、高温低气压试验、真空热失重试验、紫外辐照试验、原子氧氛围辐照试验、臭氧氛围试验等。

本发明经各项试验证明：封装层的光学透过率在整个光谱范围内大于90％(包括紫外光谱，可见光谱和红外光谱)。其原子氧氛围的浓度(4.3±0.4)×1020原子/cm2，连续35小时连续暴露，而电池的电性能衰减控制在5％。封装层与裸电池之间的粘附性满足空间环境对机械应力的要求。温度85℃，85％的相对湿度条件下，经历5个星期的循环周期，电池的电性能衰减控制在3％。-100～100℃高低温循环交变下，经历500个循环周期，电池的电性能衰减控制在5％。温度125℃，电池的热稳定性能够满足电池或模块的平流层空间应用环境。温度150℃，大气压P0条件下，封装后电池的热失重满足ASTM标准。真空(5×10-5Torr)，室温条件下，封装后电池的真空热失重满足ASTM标准。封装后电池表面微孔洞测试满足空间应用环境。近紫外(＜200nm)和中紫外(200～400nm)条件下分别辐照187或376小时，封装后太阳电池的电性能衰减控制在5％。7×10-6的臭氧浓度下，经历16-64小时臭氧暴露，封装后太阳电池的电性能衰减控制在5％。

图2是本发明应用在平流层飞艇上的效果图。柔性太阳电池阵模块110通过挂装绳索140装配在平流层飞艇101上形成一体式复合挂装结构，通过电路计算设计，热分析设计，机械特性设计，使太阳电池阵在最佳输出功率点Pm下工作。

由上所述，本发明薄膜太阳电池可达到的性能指标：-100～100℃之间可长时间稳定工作，并且保持柔性好，强度高，长时间稳定工作太阳电池阵的表面温度＜60℃，重量比功率可达360W/kg(电池封装后)。环境模拟测试后，柔性薄膜太阳电池阵采用一体式挂装方式与平流层飞艇复合后，风速＞20m/s情况下，位置不发生偏移与翻折且能够持续稳定工作。

Claims (3)

1.一种超轻质柔性薄膜太阳电池，其特征在于，该装置包括：在柔性衬底材料[1]上依次沉积背电极Ag膜[2]，ZnO膜[3]，掺杂N层[4]，本征i层[5]，掺杂P层[6]，透明导电膜[7]，电极[8]和封装层[9]；所述的封装层[9]的封装材料是硅氧烷系列胶水和同系列稀释剂。

2.如权利要求1所述的薄膜太阳电池，其特征在于：所述的封装层[9]采用喷涂封装，封装层[9]的厚度为10～100μm。

3.如权利要求1所述的薄膜太阳电池，其特征在于：所述的柔性衬底材料[1]为金属箔柔性衬底或聚酯膜柔性衬底，在其上可沉积非晶硅薄膜太阳电池，微晶硅薄膜太阳电池，非晶硅锗薄膜太阳电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池，以及由它们所组成的各类叠层太阳电池。