CN103400939B - 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法 - Google Patents
一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103400939B CN103400939B CN201310354929.XA CN201310354929A CN103400939B CN 103400939 B CN103400939 B CN 103400939B CN 201310354929 A CN201310354929 A CN 201310354929A CN 103400939 B CN103400939 B CN 103400939B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transparency electrode
- polymers soln
- shower nozzle
- array
- computer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=CSC=1 JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法，涉及一种太阳能电池。构建阵列直写装置；调整聚合物溶液阵列喷头与透明电极的间距为0.5～3mm；通过计算机调节传输机构的传输速率，确保实现连续工业化生产；通过计算机控制流量控制单元，实现供液装置的连续供液；通过计算机控制聚合物溶液阵列喷头和透明电极之间的直流电压为0.5～3kV，保证电场场强为0.5～2kV/mm，聚合物溶液在高压电场作用下从聚合物溶液阵列喷头尖端形成射流，经过电场拉伸和溶剂挥发后沉积于透明电极表面形成光栅式聚合物纳米纤维；最终生成的聚合物纳米纤维的纤维直径要求在200nm以下，纤维间距在1μm以内，得聚合物太阳能电池陷光结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法。
背景技术
自人类进入工业文明以来，化石能源的消耗日渐增加，特别是自21世纪后，人类面对的能源资源危机更加严重，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，因此，未来持续可再生清洁能源将成为人类能源的主要来源。当前，太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等持续可再生清洁能源正蓬勃发展，其中太阳能在使用过程中由于无噪声、清洁、取之不尽、用之不竭等特点，是绿色能源的代表，因此备受人们的关注。目前，以硅基为主的无机太阳能电池在市场上占主导地位，然而硅基太阳能电池制造条件苛刻、生产成本高、非柔性以及不易加工等缺点限制了其大规模应用。而基于其他材料（如CIGS，CdGe）的无机太阳能电池由于在材料、制作工艺或回收工艺等方面的限制促使人们寻求低成本的有机太阳能电池。近年来，随着导电聚合物的快速发展，研发低成本的有机太阳能电池成为可能。有机太阳能电池以其独特的柔性、轻质、可大面积成膜和低成本制造工艺等优点使其在能源、电子、物联网、交通、军事和绿色建筑等领域具有广泛的应用前景。科技部发布的《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》中，明确支持发展有机太阳能等前沿技术。
目前，聚合物太阳能电池存在的主要问题是转换效率低。在很长一段时期内，聚合物太阳电池的效率徘徊在3%左右。科研人员从材料（活性层和界面层）、太阳能结构、光利用技术、成膜方法与工艺以及透明电极ITO等几个方面开展研究。中科院科研人员（Zhao,G.,Y.He,etal.(2010)."6.5%EfficiencyofPolymerSolarCellsBasedonpoly(3-hexylthiophene)andIndene-C60BisadductbyDeviceOptimization."AdvancedMaterials22(39):4355-4358）报道了一种以P3HT:ICBA为活性物质的太阳能电池，使电池的转化效率提高到6.5%。文献（You,J.,L.Dou,etal.(2013)."Apolymertandemsolarcellwith10.6%powerconversionefficiency."Nature Communications4:1446）提出了P3HT:ICBA/PDTP-DFBT:PC61BM串联式电池结构，使得吸收光谱波长扩展到900nm，电池的转化效率达到10.6%，然而该转化效率对于聚合物太阳能电池的实际推广仍然太低。导致转换效率低的最主要原因是太阳光不能完全吸收，很大一部分太阳能进入太阳能电池之后又折射出来，因此便有了光增效技术。目前，光增效技术主要通过相干光陷光结构、等离子体光效增强、纳米绝缘衍射结构等来提高光的吸收率。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法。
本发明包括以下步骤：
1）构建阵列直写装置；
2）调整聚合物溶液阵列喷头与透明电极的间距为0.5～3mm；
3）通过计算机调节传输机构的传输速率，确保实现连续工业化生产；
4）通过计算机控制流量控制单元，实现供液装置的连续供液；
5）通过计算机控制聚合物溶液阵列喷头和透明电极之间的直流电压为0.5～3kV，保证电场场强为0.5～2kV/mm，聚合物溶液在高压电场作用下从聚合物溶液阵列喷头尖端形成射流，经过电场拉伸和溶剂挥发后沉积于透明电极表面形成光栅式聚合物纳米纤维；最终生成的聚合物纳米纤维的纤维直径要求在200nm以下，纤维间距在1μm以内，得聚合物太阳能电池陷光结构。
在步骤1）中，所述阵列直写装置设有聚合物溶液阵列喷头、透明电极、高压电源、传输机构、供液装置、流量控制单元和计算机，所述聚合物阵列喷头与高压电源的正极相连接，透明电极与高压电源的负极连接并接地，高压电源、传输机构和流量控制单元与计算机连接，流量控制单元输出端接供液装置。
本发明在聚合物太阳能电池制造流水线作业中利用阵列直写技术在其透明电极表面植入阵列排布的纳米纤维，从而获得光栅式陷光结构。陷光结构的实质在于增加光在活性物质层内的传递路径，借此提高光能的吸收，最终提高太阳能电池的转换效率。
本发明通过在聚合物太阳能的透明电极表面植入陷光结构增加光在太阳能电池活性物质中的经过的路径来增加对光的吸收。
本发明利用直写技术在透明电极表面构造阵列排布的光栅式聚合物纳米陷光结构，通过控制聚合物纳米纤维的直径和纳米纤维之间的间距获得陷光效果。当光通过透明电极进入太阳能电池后，光栅式聚合物纳米陷光结构使光在聚合物太阳能电池内多次反射，最终进入电池的大部分光能被活性物质吸收。其实质在于通过增加光在活性物质间传递的路径，借此提高光能的吸收，最终提高太阳能电池的转换效率。
附图说明
图1为透明电极表面无陷光结构时光的传递路线示意图。
图2为透明电极表面设有陷光结构时光的传递路线示意图。
图3为阵列直写装置结构示意图。
图4为聚合物太阳能电池示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1～4，本发明包括以下步骤：
1）构建阵列直写装置（参见图3），设有聚合物溶液阵列喷头2-1、透明电极2-2、高压电源2-3、传输机构2-4、供液装置2-5、流量控制单元2-6和计算机2-7。聚合物阵列喷头2-1与高压电源2-3的正极相连接，透明电极2-2与高压电源2-3的负极连接并接地，并通过计算机2-7控制高压电源2-3、传输机构2-4和流量控制单元2-6。流量控制单元2-6严格控制供液装置2-5的供液量，通过传输机构2-4实现连续制造；其装置重点在于合理分布阵列喷头2-1阵列形式，相邻排喷头错位排列，使喷头间的相互干扰降低至最优；
2）调整聚合物溶液阵列喷头2-1与透明电极2-2的间距，使之在0.5～3mm范围内；
3）通过计算机2-7调节传输机构2-4的传输速率，确保实现连续工业化生产；
4）通过计算机2-7控制流量控制单元2-6，实现供液装置2-5的连续供液；
5）通过计算机2-7控制聚合物溶液阵列喷头2-1和透明电极2-2之间直流高压，电压控制在0.5～3kV之间，其确切值依聚合物溶液阵列喷头2-1与透明电极2-2的间距以及周边环境而定，保证电场场强为0.5～2kV/mm。
增加光在聚合物太阳能电池内部路径的原理，以及当透明电极表面无陷光结构时，光的传递路线如图1所示，其中1-1为透明电极，1-2为活性物质等，1-3为金属电极。光通过透明电极1-1进入太阳能电池，一部分被活性物质1-2吸收，剩余部分则会通过透明电极离开聚合物太阳能电池，光能吸收效率较低。而当透明电极表面设有陷光结构时，光的传递路线如图2所示，其中1-4为纳米纤维陷光结构，其余结构与图1相同。光通过透明电极1-1进入聚合物太阳能电池，部分光能被活性物质1-2吸收，剩余部分光能仍将被透明电极1-1表面的光栅式纳米纤维陷光结构反射进聚合物太阳能电池内，使其能够被活性物质1-2多次吸收，从而可大大提高光转换效率。
经过上述操作，聚合物溶液在高压电场作用下从聚合物溶液阵列喷头2-1尖端形成射流，经过电场拉伸和溶剂挥发后沉积于透明电极2-2表面形成光栅式聚合物纳米纤维2-8；最终生成的聚合物纳米纤维2-8的纤维直径要求在200nm以下，纤维间距在1um以内。
将表面具有光栅式聚合物纳米陷光结构的透明电极组装成聚合物太阳能电池，如图4所示，其中主要包括PET透明薄膜3-1、纳米纤维陷光结构3-2、透明电极3-3、PEDOT：PSS3-4、活性物质P3HT：PCBM3-5以及柔性电极3-6。
本发明在聚合物太阳能电池制造流水线作业中利用阵列直写技术在其透明电极表面植入阵列排布的纳米纤维，从而获得光栅式陷光结构。陷光结构的实质在于增加光在活性物质层内的传递路径，借此提高光能的吸收，最终提高太阳能电池的转换效率。
Claims (1)
1.一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)构建阵列直写装置；所述阵列直写装置设有聚合物溶液阵列喷头、透明电极、高压电源、传输机构、供液装置、流量控制单元和计算机，所述聚合物溶液阵列喷头与高压电源的正极相连接，透明电极与高压电源的负极连接并接地，高压电源、传输机构和流量控制单元与计算机连接，流量控制单元输出端接供液装置；
2)调整聚合物溶液阵列喷头与透明电极的间距为0.5～3mm；
3)通过计算机调节传输机构的传输速率，确保实现连续工业化生产；
4)通过计算机控制流量控制单元，实现供液装置的连续供液；
5)通过计算机控制聚合物溶液阵列喷头和透明电极之间的直流电压为0.5～3kV，保证电场场强为0.5～2kV/mm，聚合物溶液在高压电场作用下从聚合物溶液阵列喷头尖端形成射流，经过电场拉伸和溶剂挥发后沉积于透明电极表面形成光栅式聚合物纳米纤维；最终生成的聚合物纳米纤维的纤维直径要求在200nm以下，纤维间距在1μm以内，得聚合物太阳能电池陷光结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310354929.XA CN103400939B (zh) | 2013-08-15 | 2013-08-15 | 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310354929.XA CN103400939B (zh) | 2013-08-15 | 2013-08-15 | 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103400939A CN103400939A (zh) | 2013-11-20 |
| CN103400939B true CN103400939B (zh) | 2016-06-01 |
Family
ID=49564522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310354929.XA Expired - Fee Related CN103400939B (zh) | 2013-08-15 | 2013-08-15 | 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103400939B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1966399A (zh) * | 2006-11-28 | 2007-05-23 | 厦门大学 | 微纳米结构直写装置 |
| WO2011160098A2 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Tufts University | Silk optical particles and uses thereof |
| CN202090111U (zh) * | 2011-05-19 | 2011-12-28 | 厦门大学 | 一种连续供液的近场静电纺丝装置 |
| CN102505157A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-06-20 | 厦门大学 | 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置 |
| CN202725378U (zh) * | 2012-08-29 | 2013-02-13 | 厦门大学 | 一种电纺直写喷印控制装置 |
-
2013
- 2013-08-15 CN CN201310354929.XA patent/CN103400939B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1966399A (zh) * | 2006-11-28 | 2007-05-23 | 厦门大学 | 微纳米结构直写装置 |
| WO2011160098A2 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Tufts University | Silk optical particles and uses thereof |
| CN202090111U (zh) * | 2011-05-19 | 2011-12-28 | 厦门大学 | 一种连续供液的近场静电纺丝装置 |
| CN102505157A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-06-20 | 厦门大学 | 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置 |
| CN202725378U (zh) * | 2012-08-29 | 2013-02-13 | 厦门大学 | 一种电纺直写喷印控制装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《直列式多喷头静电纺丝系统关键技术设计与分析》;陈帝尧;《南京理工大学硕士论文》;20130715;8-18 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103400939A (zh) | 2013-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI409963B (zh) | 同軸奈米線結構的太陽能電池 | |
| CN109104137A (zh) | 一种可同时收集雨水能和太阳能的共极型发电装置 | |
| US20130192663A1 (en) | Single and multi-junction light and carrier collection management cells | |
| CN103928541A (zh) | 一种具有立体微结构阵列的太阳能电池 | |
| CN103227227A (zh) | 基于碳纳米管和放电回路的光供能采集器 | |
| CN102280588A (zh) | 硅基核壳纳米线光伏电池及其制备工艺 | |
| CN102709397A (zh) | 利用相变储能材料提高光电转换效率的方法 | |
| Kumar et al. | Materials in harnessing solar power | |
| CN103400939B (zh) | 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法 | |
| CN203573825U (zh) | 一种量子点敏化有序TiO2阵列太阳电池 | |
| US20110303270A1 (en) | Solar cell structure having high photoelectric conversion efficiency and method of manufacturing the same | |
| CN204332974U (zh) | 一种太阳能电池用金属电极 | |
| CN103646974B (zh) | 一种高倍聚光硅太阳电池及其制备方法 | |
| John et al. | Nanotechnology for solar and wind energy applications recent trends and future development | |
| KR101237369B1 (ko) | 효율 향상 구조를 갖는 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| CN113257928A (zh) | 一种降低薄膜太阳能电池死区面积的划线方法 | |
| CN205264720U (zh) | 一种聚光太阳能电池的栅线结构 | |
| CN207199647U (zh) | Pn结合型太阳能电池 | |
| CN210669954U (zh) | 一种基于可转动光伏电池板的光伏步道砖单元装置 | |
| CN203038935U (zh) | 一种太阳能电池用硅片 | |
| CN202487634U (zh) | 一种聚光太阳能电池组件 | |
| CN203026533U (zh) | 一种光伏瓦 | |
| CN201708169U (zh) | 薄膜光伏太阳能电池 | |
| CN107768466A (zh) | 一种吸光材料及其在制备3d打印太阳能电池板的应用 | |
| CN202210525U (zh) | 一种半透明的非晶硅太阳能电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160601 |