CN106449799A - 一种基于3d打印技术的储能式太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能式太阳能电池及其制造方法，包括太阳能电池基材，太阳能电池基材的基底上设置有介电层，介电层上设置有超级电容器；太阳能电池基材的阴极和阳极分别与超级电容器的两个电极连接；所述超级电容器包括超级电容器金属集流体，超级电容器金属集流体上设置有超级电容器电极，超级电容器电极上设置有超级电容器电解质。将储电的超级电容器植入到太阳能电池板内部，将太阳能电池板与超级电容器组合一体化设计，发挥优势互补，让发电储电有机结合成一体，节约资源材料，增加器件集成度，提高空间利用率，使太阳能发电技术的应用范围进一步拓展。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种储能式太阳能电池装置，尤其是一种基于3D打印技术的储能式太阳能电池。本发明还涉及上述太阳能电池的制造方法。
背景技术
由于人类文明发展对能源需求的不断增加，如何开发利用新能源或者可再生能源已经成为现实问题。太阳能以其清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优势，所以对其高效的开发利用成为能源研究的最主要的方向。目前薄膜太阳电池以其高效的材料利用率，简单的工艺过程，低能耗成为太阳能电池的发展趋势。人们也投入了大量的资源用于提高薄膜太阳能电池效率的研究，但这些研究工作大部分针对太阳能转化效率的提高，实际应用中太阳能转化得到的电能一般不能直接给用电单元供电，而需要将转化能量存储后以稳定的电源方式进行供电，所以转化电能存储损耗也是制约太阳能应用一个不可忽略的因素。
目前，国内外普遍使用的太阳能电池的储电方式有离网储电和并网供电两种方式。一般来说，小型太阳能发电设施由蓄电池或超级电容器与之配套，在超级电容器储电系统中，需要将太阳能电池板与超级电容器分别设置，单独占用空间。用于储电的超级电容器，大多为立体结构，并且组合成超级电容器组使用，占用空间较大，增加系统的重量。这对一些空间狭小、空间利用度受限、空间扩展范围小的场合推广和应用受到限制，而且增加了使用成本，不利于太阳能光电技术普及和使用，阻碍了绿色可再生能源的应用和发展。另外两部分之间的连接常会导致额外的损耗，并且两部分的连接会对整个系统的导电、导热性，机械强度等产生影响，从而降低太阳能利用效率和系统稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的储能式太阳能电池。将储电的超级电容器植入到太阳能电池板内部，使太阳能电池板与超级电容器组合一体化设计，发挥优势互补，让发电储电有机结合成一体，节约资源材料，增加器件集成度，提高空间利用率，使太阳能发电技术的应用范围进一步拓展。
本发明的目的还在于提供上述储能式太阳能电池的制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种基于3D打印技术的储能式太阳能电池包括太阳能电池基材，太阳能电池基材的基底上设置有介电层，介电层上设置有超级电容器；太阳能电池基材的阴极和阳极分别与超级电容器的两个电极连接；所述超级电容器包括超级电容器金属集流体，超级电容器金属集流体上设置有超级电容器电极，超级电容器电极上设置有超级电容器电解质。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中太阳能电池基材为有机薄膜电池或者硅基半导体薄膜电池。
其中超级电容器金属集流体为叉指状金属结构，金属结构的材料为金或铜。
本发明的另一技术方案是提供一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，取太阳能电池基材，并且在太阳能电池基材的基底上设置介电层，得到第一产物；
步骤2，在第一产物的介电层上设置超级电容器金属集流体，超级电容器金属集流体为叉指状金属结构，得到第二产物；
步骤3，在第二产物的超级电容器集流体上设置叉指状结构的超级电容器电极，超级电容器电极通过3D打印技术逐层打印在超级电容器集流体上，得到第三产物；
步骤4，将太阳能电池基材的阴极和阳极分别与超级电容器电极的两个电极连接，得到储能式太阳能电池。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中步骤1中太阳能基材为有机薄膜电池或硅基半导体薄膜电池。
其中步骤1中介电层为无机材料薄膜或为聚合物薄膜。
其中步骤2中超级电容器金属集流体的金属材料为金或铜，且叉指状金属结构的单指厚度为100-200nm，宽度为100-1000μm，两指之间的间距为50-500μm。
其中步骤3中3D打印使用的打印浆料有碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂组成；所述碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为5wt％-9wt％；所述异丙醇与乙二醇的体积比为2-6:1；所述分散剂的质量为碳纳米管的30％，分散剂为十二烷基硫酸钠。
其中步骤3中3D打印的打印浆料在超级电容器金属集流体上逐层打印，且打印浆料在0.15-10psi的压力下以1-10mm/s的速率打印1-20层，打印过程中超级电容器金属集流体的温度为40-90℃。
其中步骤4中在太阳能电池基材的阴极和阳极与超级电容器电极的两个电极连接处设置超级电容器电解质，超级电容器电解质为聚乙烯醇和磷酸混合组成的电解质。
本发明的有益效果是：将太阳能电池基材与储电元件超级电容器结合在一起，节省了太阳能电池板的占地空间，减小了体积；同时太阳能电池盒超级电容器的距离减少，降低了传输损耗和故障率，提高了太阳能能量储存的可靠性，发电储电有机结合成一体，节约资源材料，增加器件集成度，提高空间利用率，使太阳能发电技术的应用范围进一步拓展。
同时采用碳纳米管为电极活性材料并利用3D打印技术得到用于储存电能的超级电容器，其耗时短、工艺易于控制，能够大大的降低生产成本，提高加工效率，并且能够制备得到储能式太阳能电池。
附图说明
图1为本发明的层结构示意图；
图2为本发明中介电层的结构示意图；
图3为本发明中超级电容器的结构示意图。
其中：1为玻璃衬底；2为导电层；3为阳极缓冲层；4为有机活性层；5为金属Al电极；6为介电层；7为超级电容器金属集流体；8为超级电容器电极；9为超级电容器电解质。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种基于3D打印技术的储能式太阳能电池，如图1所示，包括太阳能电池基材，太阳能基材为有机薄膜电池或者硅基半导体报名薄膜电池；太阳能电池基材包括玻璃衬底1，玻璃衬底1上设置有导电层2，导电层2为ITO层，导电层为太阳能电池基材的阳极，导电层2上设置有样机缓冲层3，阳极缓冲层3为40nm厚的掺杂有Ag纳米粒子的PEDOT：PSS层；阳极缓冲层3上设置有有机活性层4，有机活性层4为80nm厚的P3HT-PCBM有机活性层；有机活性层4上设置有金属Al电极5，金属Al电极5为100nm厚的Al层，且金属Al电极5为电池阴极。
太阳能电池基材的基底即金属Al电极5上设置有介电层6，介电层6为50nm厚的SiO2，介电层6通过旋涂、蒸镀或者溅射的制备得到，然后设置在金属Al电极5上；如图2所示，介电层6上设置有叉指状的超级电容器金属集流体7，超级电容器金属集流体7通过剥离工艺制得，且其材质为金或者铜，且叉指状的结构中单指的厚度为100-200nm，宽度为100-1000μm，两指之间间距为50-500μm；如图3所示，超级电容器金属集流体7上设置有超级电容器电极8，超级电容器电极8通过3D打印技术逐层打印在超级电容器金属集流体7上，且超级电容器电极8为1-20层，3D打印的浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂组成，分散剂为十二烷基硫酸钠。超级电容器电极8上还设置有一层超级电容器电解质9，并且将超级电容器曾8的两个电极分别与太阳能电池基材的导电层2和金属Al电极5连接。
本发明还提供了上述储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为有机薄膜电池或硅基半导体电池；介电层6为无机材料薄膜或者聚合物薄膜，其中无机材料薄膜为二氧化硅薄膜、氧化铝陶瓷薄膜或钛酸钡陶瓷薄膜，其中聚合物薄膜为PMMA、SU-8负性光刻胶、PVDF、环氧树脂的聚合物、光学粘接剂或纳米压印胶的紫外固化聚合物固化后的薄膜。且介电层6通过旋涂法、蒸镀法或溅射法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为金或铜，金属结构通过磁控溅射法或者蒸镀法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为100-200nm，宽度为100-1000μm，两指之间间距为50-500μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为5-9wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为2-6:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在0.15-10psi的压力下以1-10mm/s的速率下打印1-20层，打印时超级电容器金属集流体加热至40-90℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将质量份数为20份的聚乙烯醇加入到体积份数为300份的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入质量份数为16份的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
本发明的具体实施例如下：
实施例一
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为有机薄膜电池；介电层6为无机材料薄膜，具体为二氧化硅薄膜。且介电层6通过旋涂法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为金，金属结构通过磁控溅射法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为100nm，宽度为100μm，两指之间间距为50μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为5wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为2:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在0.15psi的压力下以1mm/s的速率下打印1层，打印时超级电容器金属集流体加热至40℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将20g的聚乙烯醇加入到300ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入16g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例二
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为有机薄膜电池；介电层6为无机材料薄膜，具体为氧化铝陶瓷薄膜。且介电层6通过蒸镀法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为金，金属结构通过蒸镀法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为110nm，宽度为200μm，两指之间间距为100μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为6wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为3:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在1psi的压力下以2mm/s的速率下打印3层，打印时超级电容器金属集流体加热至45℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将25g聚乙烯醇加入到300ml的去离子水中，然后在80℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入15g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例三
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为硅基半导体电池；介电层6为无机材料薄膜，具体为钛酸钡陶瓷薄膜。且介电层6通过溅射法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为铜，金属结构通过磁控溅射法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为120nm，宽度为300μm，两指之间间距为150μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为7wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为4:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在2psi的压力下以3mm/s的速率下打印5层，打印时超级电容器金属集流体加热至50℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将15g的聚乙烯醇加入到250ml的去离子水中，然后在95℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入10g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例四
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为硅基半导体电池；介电层6为聚合物薄膜，具体为PMMA。且介电层6通过旋涂法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为金或铜，金属结构通过磁控溅射法或者蒸镀法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为130nm，宽度为300μm，两指之间间距为200μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为7wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为5:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在3psi的压力下以4mm/s的速率下打印7层，打印时超级电容器金属集流体加热至70℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将20g的聚乙烯醇加入到300ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入16g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例五
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为有机薄膜电池；介电层6为聚合物薄膜，具体为SU-8负性光刻胶。且介电层6通过蒸镀法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为铜，金属结构通过蒸镀法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为150nm，宽度为500μm，两指之间间距为300μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为8wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为6:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在5psi的压力下以5mm/s的速率下打印9层，打印时超级电容器金属集流体加热至80℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将30g的聚乙烯醇加入到350ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入20g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例六
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为有机薄膜电池；介电层6为聚合物薄膜，具体为PVDF。且介电层6通过溅射法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为金，金属结构通过磁控溅射法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为160nm，宽度为600μm，两指之间间距为400μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为9wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为2.5:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在6psi的压力下以8mm/s的速率下打印11层，打印时超级电容器金属集流体加热至90℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将20g的聚乙烯醇加入到400ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入20g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例七
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为硅基半导体电池；介电层6为聚合物薄膜，具体为环氧树脂的聚合物。且介电层6通过蒸镀法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为铜，金属结构通过磁控溅射法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为180nm，宽度为800μm，两指之间间距为450μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为5.5wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为3.5：1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在8psi的压力下以8mm/s的速率下打印15层，打印时超级电容器金属集流体加热至55℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将10g的聚乙烯醇加入到200ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入12g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例八
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为有机薄膜电池；介电层6为聚合物薄膜，具体为光学粘接剂。且介电层6通过溅射法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为金，金属结构通过蒸镀法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为190nm，宽度为900μm，两指之间间距为500μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为6.5wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为4.5:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在10psi的压力下以9mm/s的速率下打印17层，打印时超级电容器金属集流体加热至90℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将20g的聚乙烯醇加入到300ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入16g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
实施例九
本发明一种储能式太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，在太阳能基材的基底上设置介电层6，得到第一产物。太阳能基材为硅基半导体电池；介电层6为聚合物薄膜，具体为纳米压印胶的紫外固化聚合物固化后的薄膜。且介电层6通过溅射法制备获得。
步骤2，在第一产物的介电层6上设置有超级电容器金属集流体7，得到第二产物。超级电容器金属集流体7为叉指状的金属结构，其材质为铜，金属结构通过蒸镀法制得，并且通过剥离工艺得到叉指状结构，单指的厚度为200nm，宽度为1000μm，两指之间间距为430μm。
步骤3，在第二产物的超级电容器金属集流体7上利用3D打印工艺逐层打印叉指状的超级电容器电极8，得到第三产物。其中超级电容器电极8使用的3D打印浆料为碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂的混合物，其中碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为9wt％；其中异丙醇和乙二醇的体积比为5.5:1；分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂的质量为碳纳米管的30％。打印浆料在450rpm/min的条件下球磨8小时制备得到，同时打印浆料在10psi的压力下以8mm/s的速率下打印20层，打印时超级电容器金属集流体加热至75℃。
步骤4，在第三产物的超级电容器电机8的两个电极分别与太阳能电池基材的阳极和阴极连接，然后滴加超级电容器电解质9，待其水分挥发固化后，得到储能式太阳能电池。其中超级电容器电解质9为PVA溶胶，将20g的聚乙烯醇加入到体积为300ml的去离子水中，然后在90℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后加入15g的磷酸，搅拌溶液至均一、透明，即得到超级电容器电解质9。
本发明的储能式太阳能电池克服了原有技术太阳能电池板与储电超级电容器单独设置、浪费空间、受环境条件约束、制造和安装成本高的限制，减小了集成器件的空间体积和质量以及能量损耗，可以广泛地应用在便携式自供电设备，太阳能路灯设备等多方面。
Claims (10)
1.一种基于3D打印技术的储能式太阳能电池，其特征在于，包括太阳能电池基材，太阳能电池基材的基底上设置有介电层(6)，介电层(6)上设置有超级电容器；太阳能电池基材的阴极和阳极分别与超级电容器的两个电极连接；
所述超级电容器包括超级电容器金属集流体(7)，超级电容器金属集流体(7)上设置有超级电容器电极(8)，超级电容器电极(8)上设置有超级电容器电解质(9)。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的储能式太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池基材为有机薄膜电池或者硅基半导体薄膜电池。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的储能式太阳能电池，其特征在于，所述超级电容器金属集流体(7)为叉指状金属结构，金属结构的材料为金或铜。
4.一种储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，取太阳能电池基材，并且在太阳能电池基材的基底上设置介电层，得到第一产物；
步骤2，在第一产物的介电层上设置超级电容器金属集流体，超级电容器金属集流体为叉指状金属结构，得到第二产物；
步骤3，在第二产物的超级电容器集流体上设置叉指状结构的超级电容器电极，超级电容器电极通过3D打印技术逐层打印在超级电容器集流体上，得到第三产物；
步骤4，将太阳能电池基材的阴极和阳极分别与超级电容器电极的两个电极连接，得到储能式太阳能电池。
5.根据权利要求4所述的储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤1中太阳能基材为有机薄膜电池或硅基半导体薄膜电池。
6.根据权利要求4或5任意一项所述的储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤1中介电层为无机材料薄膜或为聚合物薄膜。
7.根据权利要求4所述的储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤2中超级电容器金属集流体的金属材料为金或铜，且叉指状金属结构的单指厚度为100-200nm，宽度为100-1000μm，两指之间的间距为50-500μm。
8.根据权利要求4所述的储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤3中3D打印使用的打印浆料有碳纳米管、异丙醇、乙二醇和分散剂组成；所述碳纳米管的直径为50nm，长度为10μm，碳纳米管的含量为5wt％-9wt％；所述异丙醇与乙二醇的体积比为2-6:1；所述分散剂的质量为碳纳米管的30％，分散剂为十二烷基硫酸钠。
9.根据权利要求8所述的储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤3中3D打印的打印浆料在超级电容器金属集流体上逐层打印，且打印浆料在0.15-10psi的压力下以1-10mm/s的速率打印1-20层，打印过程中超级电容器金属集流体的温度为40-90℃。
10.根据权利要求4所述的储能式太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤4中在太阳能电池基材的阴极和阳极与超级电容器电极的两个电极连接处设置超级电容器电解质，超级电容器电解质为聚乙烯醇和磷酸混合组成的电解质。
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