CN104852679A - 一种新型太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种新型太阳能电池，包括光采集转换模块与一种非隔离谐振变换器。该谐振电路采用一级变换结构，包括输入输出电路、谐振电路以及开关管驱动电路，其电路拓扑结构简单高效；且驱动电路与输入电压、输出电压相关从而控制开关管S的导通和关断，能够有效抑制输入电压和输出电压波动带来的影响，可应用于新能源领域。
Description
【技术领域】
本发明属于电能变换领域，特别涉及一种使用非隔离谐振变换器的新型太阳能电池。
【背景技术】
由于移动制冷系统如车载空调，车载冰箱及用于野外的制冷装置的电源绝大多数为太阳能电池或新能源电池；而太阳能或新能源电池的供电系统的供电能力有限且不稳定，通过对开关电源的电路调整而达到提高设备使用效率。
高频高效高功率密度是开关电源的发展趋势，谐振变换器凭借其软开关特性和良好的EMI表现，成为新能源电能变换技术领域研究的热点。
目前常见的谐振变换器，都是基于隔离式变压器制成，可配合参考图1所示，其均为利用隔离式变压器连接而成的谐振半桥变换器，具体来说，当副边同名端电压为正时，变压器绕组通过副边连接的电容C和二极管D1给负载供电，电容C具有抬压的作用；当副边同名端电压为负时，二极管D1截止，二极管D2导通，此时给电容C充电。由于隔离式变压器是由两个绕组构成，导致谐振变换器的体积较大，损耗较高，有待改进。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种太阳能电池，其体积小，损耗低，功率密度高。
本发明中的太阳能电池由光采集转换模块将太阳能转化为电能并输入谐振变换器中；所述光彩及转换模块包括：
半导体基板；
射极层，形成于该半导体基板的受光面上，且与该半导体基板的间形成pn结；抗反射膜，形成于该射极层上；
第一电极，其与该射极层连接；
第二电极，形成于该半导体基板的背光面上；
光转换层，形成于该半导体基板的该背光面上，用以接收具有长波长的第一光线而发射具有短波长的第二光线，以供该太阳能电池进行光电能转换，进而提高该太阳能电池的效能。
背表面电场层，形成于该半导体基板与该第二电极之间，且与该第二电极以及该半导体基板连接。
封装层，该封装层为能够透光的材料所构成，该能够透光的材料为玻璃。
封装层设置于该光转换层的第一表面及第二表面其中之一上。
光转换层由一光波长转换材料所构成，该光波长转换材料为上转换材料，且该光波长转换材料为磷光体。
其所述非隔离谐振变换器拓扑结构为：输入电源Uin由光采集转换模块提供，输入电源Uin连接输入电容Cin的一端、电感L1的异名端，电感L1的同名端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电感L2的同名端和二极管D的阳极，二极管D的阴极连接输出电容Cout的一端，并输出电压；输入电容Cin的另一端、输出电容Cout的另一端接地，开关管S的一端接电感L1的同名端，另一端通过电阻R8接地。
开关管S的驱动电路具体结构与输入电压和输出电压有关，配合稳压管、晶体管、电阻、电容进行有源驱动，具体结构为：稳压管Z1的阴极连接输入电压，阳极连接电阻R1、电阻R2的一端，且电容C1与稳压管Z1并联；电阻R3的一端连接输入电压，另一端连接晶体管Q2的发射极和晶体管Q1的基极；晶体管Q1的发射极连接输入电压，晶体管Q1基极通过电容C2连接至其集电极和晶体管Q2的基极；晶体管Q1集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端通过电阻R4连接至电感L1的同名端；电容C3与电阻R5并联；晶体管Q2的基极连接电阻R1的另一端；其集电极连接晶体管Q3的集电极和开关管S的控制极；晶体管Q3的基极连接电阻R2的另一端、电阻R6的一端；电阻R6的另一端连接稳压管Z2的阳极和电阻R7的一端，电阻R7的一端连接至开关管S的另一端；晶体管Q3的基极还通过电阻R9连接到电容C4的一端，电容C4的另一端连接到开关S的一端，其中晶体管Q1、Q2为PNP型晶体管，Q3为NPN型晶体管。
与现有技术相比，本发明的有益效包括：
本发明提出的新型太阳能电池，通过连接谐振变换器提高输出电压，增加太阳能电池的光电转换效率，节约成本，其中谐振变换器利用电感、电容构成的谐振电路做能量交换使用，其拓扑仅使用一级变换电路，克服传统谐振电路的不足，电路拓扑简化，且驱动电路与输入电压、输出电压相关从而控制开关管S的导通和关断，能够有效抑制输入电压和输出电压波动带来的影响，而且此拓扑与传统谐振变换器相比在同等工作条件下开关器件功率要小，效率要高，成本较低；进一步的增加太阳能电池功率。
【附图说明】
图1：现有谐振半桥变换器的电路连接示意图；
图2：本发明的非隔离谐振变换器的结构示意图；
图3：本发明光采集转换模块结构示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的技术方案更加清楚，下面结合附图及具体实施过程对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种太阳能电池，通过光采集转换模块与一种非隔离谐振变换器链接，提高电池的输出功率。
由图2可知，本发明的非隔离谐振变换器包括输入电压Uin、电感L1、电容C、电感L2以及开关管S及其驱动电路构成，电感L1、电感L2为耦合型电感。
结合附图2对本发明的结构作详细说明，具体连接关系为：输入电源Uin连接输入电容Cin的一端、电感L1的异名端，电感L1的同名端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电感L2的同名端和二极管D的阳极，二极管D的阴极连接输出电容Cout的一端，并输出电压；输入电容Cin的另一端、输出电容Cout的另一端接地，开关管S的一端接电感L1的同名端，另一端通过电阻R8接地。
开关管S的驱动电路具体结构与输入电压和输出电压有关，配合稳压管、晶体管、电阻、电容进行有源驱动，具体结构为：稳压管Z1的阴极连接输入电压，阳极连接电阻R1、电阻R2的一端，且电容C1与稳压管Z1并联；电阻R3的一端连接输入电压，另一端连接晶体管Q2的发射极和晶体管Q1的基极；晶体管Q1的发射极连接输入电压，晶体管Q1基极通过电容C2连接至其集电极和晶体管Q2的基极；晶体管Q1集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端通过电阻R4连接至电感L1的同名端；电容C3与电阻R5并联；晶体管Q2的基极连接电阻R1的另一端；其集电极连接晶体管Q3的集电极和开关管S的控制极；晶体管Q3的基极连接电阻R2的另一端、电阻R6的一端；电阻R6的另一端连接稳压管Z2的阳极和电阻R7的一端，电阻R7的一端连接至开关管S的另一端；晶体管Q3的基极还通过电阻R9连接到电容C4的一端，电容C4的另一端连接到开关S的一端，其中晶体管Q1、Q2为PNP型晶体管，Q3为NPN型晶体管。通过上述驱动电路，由晶体管Q1、Q2、Q3及其外围电路控制开关管S的导通和关断，当开关S导通时候，电感L1储能，电容C和电感L2释放能量，当开关S关断时候，电感L1、电容C、电感L2构成谐振电路，当流过二极管D的谐振电流变为0时，控制开关管再次导通，形成周期性的导通和关断。
开关管S为MOSFET或者IGBT等功率半导体器件。
输入电源为蓄电池、燃料电池或光伏电池等。
该谐振电路采用一级变换结构，电路拓扑结构简单高效；且驱动电路与输入电压、输出电压相关从而控制开关管S的导通和关断，能够有效抑制输入电压和输出电压波动带来的影响。
由图3可知，如图所示，光采集转换模块为一双面受光的光采集转换模块，其借由第一受光面a及/或第二受光面b来接收光线并转换为电能。光采集转换模块的结构由第一光转换层6、封装层8、第一电极4、第一抗反射膜2、射极层1、半导体基板0、背表面电场层0b、第二抗反射膜3、第二电极5以及第二光转换层7所构成，其中，第一电极4、第一抗反射膜2、射极层1、半导体基板60、背表面电场层60’、第二抗反射膜3以及第二电极5的结构、功能以及制造工艺与前述实施例相仿，故不再赘述，于本实施例中，光采集转换模块的封装层8分别设置于第一光转换层6的第二表面6b以及第二光转换层7的第二表面7b上，即先将半导体结构9进行封装作业后，再于半导体结构9的外表面上包覆封装层8，最后再于第一受光面a及第二受光面b上分别涂布第一光转换层6及第二光转换层7，其与前述实施例的差异仅在于光采集转换模块在封装后再设置光转换层，由此可见，光采集转换模块的光转换层不限定于在封装前或是封装后而形成，其可依实际施作情形而进行调整，并不以此为限。
综上所述，本发明所提供的光采集转换模块包含一光转换层，借由光转换层可吸收第一波长的第一光线而发射具有第二波长的第二光线的特性，并将光转换层依其上转换或下转换的特性，分别设置于背光面或向光面，以进行光波长的转换，使光采集转换模块可更有效的运用原先无法被使用的光谱范围，以有效提高光采集转换模块的效能，以解决传统光采集转换模块无法运用紫外光及红外光，而使得光采集转换模块的效能受限的缺陷。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种新型太阳能电池，其特征在于：包括光采集转换模块与非隔离谐振变换器；
半导体基板；
射极层，形成于该半导体基板的受光面上，且与该半导体基板的间形成pn结；抗反射膜，形成于该射极层上；
第一电极，其与该射极层连接；
第二电极，形成于该半导体基板的背光面上；
光转换层，形成于该半导体基板的该背光面上，用以接收具有长波长的第一光线而发射具有短波长的第二光线，以供该太阳能电池进行光电能转换，进而提高该太阳能电池的效能；
背表面电场层，形成于该半导体基板与该第二电极之间，且与该第二电极以及该半导体基板连接；
封装层，该封装层为能够透光的材料所构成，该能够透光的材料为玻璃；
封装层设置于该光转换层的第一表面及第二表面其中之一上；
光转换层由一光波长转换材料所构成，该光波长转换材料为上转换材料，且该光波长转换材料为磷光体；
所述光采集转换模块向非隔离谐振变换器提供输入电压Uin；
所述非隔离谐振变换器，其特征在于：输入电源Uin连接输入电容Cin的一端、电感L1的异名端，电感L1的同名端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电感L2的同名端和二极管D的阳极，二极管D的阴极连接输出电容Cout的一端，并输出电压；输入电容Cin的另一端、输出电容Cout的另一端接地，开关管S的一端接电感L1的同名端，另一端通过电阻R8接地；开关管S的驱动电路与输入电压和输出电压有关，配合稳压管、晶体管、电阻、电容进行有源驱动，具体结构为：稳压管Z1的阴极连接输入电压，阳极连接电阻R1、电阻R2的一端，且电容C1与稳压管Z1并联；电阻R3的一端连接输入电压，另一端连接晶体管Q2的发射极和晶体管Q1的基极；晶体管Q1的发射极连接输入电压，晶体管Q1基极通过电容C2连接至其集电极和晶体管Q2的基极；晶体管Q1集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端通过电阻R4连接至电感L1的同名端；电容C3与电阻R5并联；晶体管Q2的基极连接电阻R1的另一端；其集电极连接晶体管Q3的集电极和开关管S的控制极；晶体管Q3的基极连接电阻R2的另一端、电阻R6的一端；电阻R6的另一端连接稳压管Z2的阳极和电阻R7的一端，电阻R7的一端连接至开关管S的另一端；晶体管Q3的基极还通过电阻R9连接到电容C4的一端，电容C4的另一端连接到开关管S的一端，其中晶体管Q1、Q2为PNP型晶体管，Q3为NPN型晶体管。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能电池，其特征在于：所述电感L1、电感L2为耦合型电感。
3.根据权利要求1所述的新型太阳能电池，其特征在于：所述的开关管S为IGBT或MOSFET。
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