CN103187530A - 太阳能电池及其显示装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池及其显示装置，所述太阳能电池至少包括一个太阳能电池单元，所述太阳能电池还可以是由层叠设置的多个太阳能电池单元构成。所述太阳能电池单元包括第一透光电极层和第二透光电极层，以及位于所述第一透光电极层和所述第二透光电极层之间的光活性层，所述光活性层用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。所述光活性层可以吸收太阳光中单一颜色的光，使其他颜色的光透过，除了可以将光能转换为电能之外，还可以呈现不同的颜色，从而形成彩色太阳能电池，可以根据太阳能电池所在环境设置与环境匹配度较好的彩色太阳能电池，从而提高了太阳能电池的使用灵活性。

Description

太阳能电池及其显示装置

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其显示装置。

背景技术

能源是人类社会发展的动力，是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。目前广泛使用的常规能源(主要是煤、石油、天然气等化石能源)有限，且多年过度的开发利用已造成严重的环境问题，制约着经济和社会的发展。因此，开发可再生能源是关系到国家可持续发展战略的关键问题之一。在各种可再生能源中，太阳能发电技术是近年来太阳能利用领域中发展最快、最前沿的研究领域。

传统的太阳能电池由无机材料构成，例如单晶硅、多晶硅、非晶硅或者砷化镓等半导体材料。除此之外，太阳能电池技术领域还发展了有机太阳能电池技术，所述有机太阳能电池主要是指利用有机小分子或者有机高聚物来直接或间接地将太阳能转换为电能的器件，有机太阳能电池具有柔性、大面积、制造简单、能耗低、成本低等优势。

在授权公告号为CN100578835C的中国专利中公开了一种有机太阳能电池。参考图1示出了所述中国专利中有机太阳能电池一实施例的示意图。所述有机太阳能电池包括基板10，以及依次位于基板10上的下电极20、平坦化层30、光活性层40、极性有机层50和上电极60。其中，光活性层40为将光信号转换为电信号的核心层，而上电极60和下电极20用于输出光活性层40形成的电信号，所述平坦化层30用于防止下电极20的粗糙表面影响有机太阳能电池的性能。所述有机太阳能电池在所述光活性层40和上电极60之间还包括极性有机层50，所述极性有机层50所产生界面偶极矩会降低界面间的电阻，可使电信号较易传导出来，从而提高了有机太阳能电池的光电流密度。

通常太阳能电池放置于建筑物上，用于接收太阳能。如何能让太阳能电池在具有发电功能之余，还能和建筑物较好地融合，起到美观的作用成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种彩色的太阳能电池及其显示装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种太阳能电池，至少包括一个太阳能电池单元，所述太阳能电池单元包括第一透光电极层和第二透光电极层，以及位于所述第一透光电极层和所述第二透光电极层之间的光活性层，所述光活性层用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。

可选地，所述太阳能电池单元的第一透光电极层和第二透光电极为透光层正电极层或透光负电极层，其中所述第一透光电极层和所述第二透光电极为不同极性的电极层。

可选地，所述太阳能电池单元还包括分别位于第一透光电极层、第二透光电极层远离所述光活性层一侧的透光基板。

可选地，所述太阳能电池包括层叠设置的多个太阳能电池单元，所述层叠设置的多个太阳能电池单元至少包括相邻的第一太阳能电池单元以及第二太阳能电池单元，所述第一太阳能电池单元包括第一透光负电极层、第一光活性层、第一透光正电极层；所述第二太阳能电池单元包括第二透光负电极层、第二光活性层、第二透光正电极层，所述第一太阳能电池单元和所述第二太阳能电池单元之间相互绝缘。

可选地，所述太阳能电池包括层叠设置的多个太阳能电池单元中，不同太阳能电池单元的光活性层分别用于将不同颜色光的光能转换为电能。

可选地，所述层叠设置的多个太阳能电池单元中，相邻的太阳能电池单元共用一个透光基板。

可选地，所述光活性层的材料为透光有机物、透光量子点材料或透光染料敏化材料。

可选地，所述光活性层的材料为透光有机物，所述透光有机物包括用于吸收红光的聚噻吩、用于吸收绿光的卟啉、用于吸收橙黄光的聚-1，4-苯乙炔、用于吸收青光的半花菁或用于吸收蓝紫光的二萘嵌苯。

可选地，所述光活性层的厚度在100～200纳米的范围内。

可选地，所述光活性层厚度等于完全吸收单一颜色光时的最小厚度。

可选地，所述光活性层的厚度小于完全吸收单一颜色光时的最小厚度。

相应地，本发明提供一种显示装置，所述显示装置包括多个像素，所述像素包括至少一个太阳能电池单元，所述太阳能电池单元包括第一透光电极层和第二透光电极层，以及位于所述第一透光电极层和所述第二透光电极层之间的光活性层，所述光活性层用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。

可选地，所述像素包括层叠设置的多个太阳能电池单元。

可选地，所述层叠设置的多个太阳能电池单元中，不同太阳能电池单元的光活性层分别用于将不同颜色光的光能转换为电能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.光活性层可以吸收太阳光中单一颜色的光，使其他颜色的光透过，除了可以将光能转换为电能之外，还可以呈现不同的颜色，从而形成彩色太阳能电池，可以根据太阳能电池所在环境设置与环境匹配度较好的彩色太阳能电池，从而提高了太阳能电池的使用灵活性。

2.可选方案中，所述太阳能电池包括层叠设置的多个太阳能电池单元，相邻的太阳能电池单元共用一个透光基板，这样太阳光在经过太阳能电池时可以少透过一层材料，从而提高了光透过率，此外，少用透光基板还可以提高太阳能电池的轻薄度、降低成本。

3.可选方案中，所述光活性层用于部分地吸收所述单一颜色的光，通过调整光活性层的厚度可以使出射光具有更加丰富的色彩，从而获得全彩色太阳能电池。

附图说明

图1是现有技术有机太阳能电池一实施例的示意图；

图2是本发明太阳能电池一实施方式的示意图；

图3是本发明太阳能电池第一实施例的结构示意图；

图4是本发明太阳能电池第二实施例的结构示意图；

图5是本发明太阳能电池第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用不同于此处的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种太阳能电池，参考图2，示出了本发明太阳能电池一实施方式的示意图。

本发明太阳能电池包括至少一个太阳能电池单元100，为了示意清楚和简洁，所述附图仅示意出了一个太阳能电池单元100的部分。

具体地，太能电池单元100自下至上依次包括第一透光基板105、透光负电极层104、光活性层(photo-active layer)103、透光正电极层102、第二透光基板101。

所述光活性层103用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。

需要说明的是，此处所述单一颜色的光指的是可见光光谱中具有较小波长范围的光。

具体地，由于白光由红光(波长在620～750nm范围内)、橙光(波长在590～620nm范围内)、黄光(波长在570～590nm范围内)、绿光(波长在495～570nm范围内)、青光(波长在476～495nm范围内)、蓝光(波长在450～475nm范围内)、紫光(波长在380～450nm范围内)七种光混合而成，此处所述单一颜色的光可以是所述七种光中的任意一种。

此外，所述单一颜色的光还可以包括波长相近的两种光组成的光，例如蓝紫光(波长在380～475nm范围内)。

相应地，所述光活性层103材料可以吸收与各颜色对应的特定波长范围的光，所述光活性层103的材料可以是透光有机物、透光量子点(quantum dots)材料或透光染料敏化(dye-sensitized)材料。

对于透光有机物和透光染料敏化材料，可以选择可吸收单一颜色光的材料；而对于透光量子点材料，通过调整量子点的尺寸可以调整其所吸收的波长范围，从而使透光量子点材料可以吸收单一颜色的光。

所述透光负电极层104和所述透光正电极层102用于将光活性层103产生的电能传输出去。

所述第一透光基板105和所述第二透光基板101可以起到支撑和保护的作用。

所述透光负电极层104、透光正电极层102、第一透光基板105、第二透光基板101需具有一定的光透过率，以保证有足够光强的光透过所述太阳能电池。

所述太阳能电池工作时，太阳光106(常见白光的一种)投射至第二透光基板101上，依次透过第二透光基板101和透光正电极层102而到达光活性层103。所述光活性层103吸收太阳光106中一种单一颜色的光(例如红光)，而使其他颜色的光(例如橙光、黄光、绿光、青光、蓝光、紫光)通过所述光活性层103，所述其他颜色的光依次通过透光负电极层104、第一透光基板105而形成出射光107，由于太阳光106中部分颜色(红光)的光被吸收，因此出射光107不再是白光而是具有一定的颜色的光(例如橙光、黄光、绿光、青光、蓝光、紫光混合所形成的颜色)。

而当太阳能电池包括多个太阳能电池单元100时，所述多个太阳能电池单元100层叠设置，太阳光依次经过多个太阳能电池单元100，相应地，与太阳能电池单元100相对应的单一颜色的光就会被吸收，未被吸收的其他颜色的光透过太阳能电池形成出射光107。在实际应用中，可以根据客户需求设置吸收不同颜色光的光活性层103，以形成不同颜色的太阳能电池，还可以通过设置多个光活性层103的不同组合，以混合成不同颜色的太阳能电池。

本发明太阳能电池除了可以将光能转换为电能之外，还可以呈现不同的颜色，形成彩色太阳能电池，可以根据太阳能电池所在环境设置与环境匹配度较好的彩色太阳能电池，从而提高了太阳能电池的使用灵活性。

下面结合具体实施例进一步描述本发明太阳能电池的技术方案。

实施例I

参考图3，示出了本发明太阳能电池第一实施例的侧面示意图。

本实施例以太阳能电池包括层叠设置的两个太阳能电池单元为例，所述太阳能电池包括第一太阳能电池单元300、位于所述第一太阳能电池单元300上的第二太阳能电池单元200。

具体地，所述第一太阳能电池单元300自下至上依次包括第一透光基板305、第一透光负电极层304、第一光活性层303、第一透光正电极层302、第二透光基板301；

所述第二太阳能电池单元200自下至上依次包括第三透光基板205、第二透光负电极层204、第二光活性层203、第二透光正电极层202、第四透光基板201。

本实施例中，所述第一光活性层303用于吸收红光，所述第二光活性层203用于吸收绿光，在其他实施例中，所述第一光活性层303和所述第二光活性层203还可以分别吸收其他颜色的光，本发明对此不做限制。

具体地，所述第一光活性层303的材料为用于吸收红光的聚噻吩，所述第二光活性层203的材料为用于吸收绿光卟啉。

由于光活性层对光的吸收程度与光活性层的厚度呈正比，如果第一光活性层303和第二光活性层203过厚，容易造成材料的浪费，如果第一光活性层303和第二光活性层203过薄，则容易使单一颜色光的吸收程度不够。因此，较佳地，所述第一光活性层303和第二光活性层203的厚度在100～200nm的范围内。

所述第一透光负电极层304、第一透光正电极层302用于将第一光活性层303形成的电能传输出去，而所述第二透光负电极层204、第二透光正电极层202用于将第二光活性层203形成的电能传输出去。具体地，所述第一透光负电极层304、第一透光正电极层302、第二透光负电极层204、第二透光正电极层202的材料可以是氧化铟锡(ITO)，但是本发明对此不做限制。

所述第一透光基板305、第二透光基板301、第三透光基板205和第四透光基板201的材料可以是玻璃，还可以是其他透光基板材料，本发明对此不做限制。

位于第一透光正电极层302、第二透光负电极层204之间的第二透光基板301和第三透光基板205还可以起到绝缘的作用，从而可以防止第一透光正电极层302、第二透光负电极层204之间因电性导通而造成的电能无法正常传输的问题。

太阳能电池工作时太阳光206投射至第二太阳能电池单元200上，所述太阳光206依次透过所述第四透光基板201、第二透光正电极层202至第二光活性层203，所述第二光活性层203吸收太阳光206中的绿光，将绿光的光能转换为电能，而使红光、橙光、黄光、蓝光、青光、紫光透过。所述红光、橙光、黄光、蓝光、青光、紫光依次透过所述第二透光负电极层204和第三透光基板205而到达第一太阳能电池单元300，所述红光、橙光、黄光、蓝光、青光、紫光依次透过所述第二透光基板301、第一透光正电极层302到达第一光活性层303，所述第一光活性层303吸收红光，将红光的光能转换为电能。而使橙光、黄光、蓝光、青光、紫光透过。所述橙光、黄光、蓝光、青光、紫光依次透过第一透光负电极层304、第一透光基板305形成出射光207，所述出射光207呈现橙光、黄光、蓝光、青光、紫光混合而成的颜色，这样，本实施例太阳能电池既可以使太阳光206中的红光和绿光转换为电能，又可以呈现橙光、黄光、蓝光、青光、紫光混合而成的颜色。

具体地，可以通过以下步骤形成所述太阳能电池单元：

提供第一玻璃；

通过溅射方式在第一玻璃上沉积氧化铟锡；

在氧化铟锡上涂覆有机材料，形成光活性层；

提供第二玻璃；

通过溅射方式在第二玻璃上沉积氧化铟锡；

将第二玻璃覆盖于所述光活性层上，覆盖时使所述氧化铟锡与所述光活性层相接触。

可以通过上述方法分别形成第一太阳能电池单元300和第二太阳能电池单元200。之后，将第二太阳能电池单元200放置于第一太阳能电池单元300上，通过粘合材料将第一太阳能电池单元300和第二太阳能电池单元200固定贴合在一起。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第一太阳能电池单元300和第二太阳能电池单元200的位置还可以交换，也就是说，第一太阳能电池单元300还可以放置于第二太阳能电池单元200的上方。

实施例II

参考图4，示出了本发明太阳能电池第二实施例的侧面示意图。

本实施例与第一实施例的相同之处不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于，第一透光正电极层302和第二透光负电极层204之间仅设置有第三透光基板205，而省去了第二透光基板301。

也就是说，本实施例中，所述第一太阳能电池单元300和第二太阳能电池单元共用第三透光基板205，这样太阳光206在经过太阳能电池时可以少透过一层材料，从而提高了光透过率。此外，少用一层透光基板还可以提高太阳能电池的轻薄度、降低成本。

实施例III

参考图5，示出了本发明太阳能电池第三实施例的侧面示意图。本实施例与第二实施例的相同之处不再赘述，本实施例与第二实施例的不同之处在于，本实施例中第一光活性层303的厚度较小。

由于光活性层对光的吸收程度与光活性层的厚度呈正比，第二实施例中，第一光活性层303的厚度为可以将红光完全吸收的最小厚度，本实施例中第一光活性层303的厚度小于第二实施例中第一活性层303的厚度，也就是说，本实施例中的第一光活性层303无法将红光完全吸收，只能部分地吸收太阳光206中的红光，而使未吸收的红光透过，这样，太阳能电池形成的出射光307包括橙光、黄光、蓝光、青光、紫光，还包括未吸收的红光，与第二实施例形成的出射光207相比，本实施例形成的出射光307的颜色偏红。

类似地，可以通过调整光活性层的厚度可以使出射光307具有更加丰富的色彩，从而获得全彩色太阳能电池(full color solar)。

实际应用中，可以根据需要形成的出射光307的颜色设计光活性层的厚度，从而获得各种颜色的出射光307。

需要说明的是，上述几个实施例以太阳能电池包括两个太阳能电池单元为例，但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，太阳能电池还可以包括三个、四个等层叠设置的多个太阳能电池单元，还可以仅包括一个太阳能电池单元，本领域技术人员可以根据上述实施例进行相应地修改、替换和变形。

还需要说明的是，上述实施例中以用于吸收红光的聚噻吩，吸收绿光的卟啉材料为例，但是本发明对此不做限制，还可以是其他可以吸收红光或绿光的材料。

此外，所述光活性层还可以是用于吸收橙黄光的聚-1，4-苯乙炔，用于吸收青光的半花菁，用于吸收蓝紫光的二萘嵌苯等材料，本领域技术人员可以根据上述实施例对本发明进行相应地修改、替换和变形。

相应地，本发明还提供一种显示装置，所述显示装置包括多个像素，所述像素包括至少一个太阳能电池单元，所述太阳能电池单元包括第一透光电极层和第二透光电极层，以及位于所述第一透光电极层和所述第二透光电极层之间的光活性层，所述光活性层用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。

具体地，所述像素可以包括层叠设置的多个太阳能电池单元，以获得像素要显示的颜色。

所述层叠设置的多个太阳能电池单元中，不同太阳能电池单元的光活性层分别用于将不同颜色光的光能转换为电能。

所述显示装置工作时，太阳光照射到所述显示装置的各个像素上，与太阳能电池单元相对应的单一颜色的光就会被吸收而转换为电能，未被吸收的其他颜色的光形成出射光，通过设置吸收不同颜色光的光活性层以及光活性层的厚度，可以使各个像素呈现不同颜色，进而实现显示的目的。

所述显示装置可设置于室外建筑物上，除了可以将光能转换为电能之外，还可以呈现不同的图案，所述图案可以是广告图案或者装饰图案。

虽然本发明已较佳的实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可做各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种太阳能电池，其特征在于，至少包括一个太阳能电池单元，所述太阳能电池单元包括第一透光电极层和第二透光电极层，以及位于所述第一透光电极层和所述第二透光电极层之间的光活性层，所述光活性层用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。

2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池单元还包括分别位于第一透光电极层、第二透光电极层远离所述光活性层一侧的透光基板。

3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括层叠设置的多个太阳能电池单元，所述层叠设置的多个太阳能电池单元至少包括相邻的第一太阳能电池单元以及第二太阳能电池单元，所述第一太阳能电池单元包括第一透光负电极层、第一光活性层、第一透光正电极层；所述第二太阳能电池单元包括第二透光负电极层、第二光活性层、第二透光正电极层，所述第一太阳能电池单元和所述第二太阳能电池单元之间相互绝缘。

4.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括层叠设置的多个太阳能电池单元中，不同太阳能电池单元的光活性层分别用于将不同颜色光的光能转换为电能。

5.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述层叠设置的多个太阳能电池单元中，相邻的太阳能电池单元共用一个透光基板。

6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光活性层的材料为透光有机物、透光量子点材料或透光染料敏化材料。

7.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述光活性层的材料为透光有机物，所述透光有机物包括用于吸收红光的聚噻吩、用于吸收绿光的卟啉、用于吸收橙黄光的聚-1，4-苯乙炔、用于吸收青光的半花菁或用于吸收蓝紫光的二萘嵌苯。

8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光活性层的厚度在100～200纳米的范围内。

9.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光活性层厚度等于完全吸收单一颜色光时的最小厚度。

10.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光活性层的厚度小于完全吸收单一颜色光时的最小厚度。

11.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括多个像素，所述像素包括至少一个太阳能电池单元，所述太阳能电池单元包括第一透光电极层和第二透光电极层，以及位于所述第一透光电极层和所述第二透光电极层之间的光活性层，所述光活性层用于吸收单一颜色的光，并将单一颜色光的光能转换为电能。

12.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述像素包括层叠设置的多个太阳能电池单元。

13.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述层叠设置的多个太阳能电池单元中，不同太阳能电池单元的光活性层分别用于将不同颜色光的光能转换为电能。

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