CN108963026B - 一种发电储能一体化电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发电储能一体化电池，包括光伏发电单元和储能单元，光伏发电单元和储能单元均呈层状且相互贴合形成一体化结构；光伏发电单元与储能单元的贴合面形成共用的负极，光伏发电单元和储能单元的另一面则设有相对应的正极。本发明的电池具有小型化、轻量化等优点。本发明还公开一种电池的制作方法，包括：S01、在光伏发电单元与储能单元相贴合的一面上沉积薄膜，形成储能单元的负极；S02、在薄膜上印刷光伏发电单元的负极，薄膜与印刷负极形成共用的负极；在光伏发电单元的另一面印刷正极；S03、在薄膜上涂覆绝缘涂料，沉积固态电解质薄膜，并在固态电解质薄膜上沉积正电极薄膜形成储能单元的正极。本发明的方法具有操作简便等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及太阳能电池技术领域，特指一种发电储能一体化电池及其制作方法。
背景技术
随着人工智能的发展，各种传感网络节点、智能微系统、可穿戴电子设备等智能器件不断涌现，如电子皮肤、智能手环等，已表现出巨大潜力。但因智能器件应用场景和地点随机且分散，无法接入市电电网，同时器件体积有限，储能电池续航时间短，应用受到限制。
目前常规的策略是将太阳电池和储能电池作为两个独立单元并通过电线连接，分别集成到智能器件中，利用光伏太阳电池发电给储能电池充电，储能电池及管理系统组成的供电系统给智能器件供电。由于太阳能的应用受天气、光照强度等因素的影响，直接导致光电转换输出的电能极不稳定，因此一般太阳能-储能系统先将太阳电池产生的电能储存于蓄电池中，再由蓄电池对用电设备进行供电。而为了给智能器件提供足够的电能，光伏太阳电池和储能电池都需要占用大量的体积和重量；而且太阳电池的正负极需要做封装进行保护和绝缘，储能电池的正负极同样需要进行封装保护和绝缘。如图1所示，现有的太阳能-储能系统先将太阳电池的正负极封装成光伏组件，把锂电池电芯的正负极封装成蓄电池组，再把光伏组件和蓄电池组形成一个系统；用光伏组件发的电对蓄电池组进行充电，再由蓄电池对用电设备进行供电。其中太阳电池和储能电池作为两个独立单元的通过电线连接，外部的电线会导致电能损失。因此这样的系统往往需要占用比较大的空间，限制了其在微小型智能器件上的应用。因此，现有的太阳电池与锂离子电池储能系统存在着能量密度比较低、体积大的缺点，只能应用在电量需求大，对体积和重量没有要求的场景，难以在微小型智能器件上应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种小型化、轻质化的发电储能一体化电池，并相应提供一种操作简便、易于实现的发电储能一体化电池的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种发电储能一体化电池，包括光伏发电单元和储能单元，所述光伏发电单元和储能单元均呈层状且相互贴合形成一体化结构；所述光伏发电单元与储能单元的贴合面形成共用的负极，所述光伏发电单元的另一面则设有光伏发电单元的正极；所述储能单元的另一面则设有储能单元的正极。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述光伏发电单元为单晶硅太阳电池；所述储能单元为固态薄膜锂电池。
所述光伏发电单元上与储能单元相贴合的一面上沉积有非晶硅薄膜，形成固态薄膜锂电池的负极；所述非晶硅薄膜上印刷有光伏发电单元的负极；所述非晶硅薄膜与非晶硅薄膜上印刷的负极形成共用的负极。
所述非晶硅薄膜上沉积有固态电解质薄膜，所述固态电解质薄膜沉积正电极薄膜形成储能单元的正极。
所述非晶硅薄膜的厚度为10μm～100μm。
所述光伏发电单元的另一面印刷银浆形成光伏发电单元的正极。
本发明还公开了一种如上所述的发电储能一体化电池的制作方法，包括步骤：
S01、在光伏发电单元与储能单元相贴合的一面上沉积薄膜，形成储能单元的负极；
S02、在薄膜上印刷光伏发电单元的负极，薄膜与印刷负极形成共用的负极；在光伏发电单元的另一面印刷正极；
S03、在薄膜上涂覆一层绝缘涂料，沉积固态电解质薄膜，并在固态电解质薄膜上沉积正电极薄膜形成储能单元的正极。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S03之后，在储能单元的正极上涂覆隔水隔气保护层。
所述薄膜为非晶硅薄膜，厚度为10μm～100μm。
在步骤S02中，在沉积固态电解质薄膜时，不使用电解液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的发电储能一体化电池，将光伏发电单元和储能单元均设置成层状结构并相互结合，减小了其体积；将光伏发电单元的负极和储能单元的负极进行有机结合，共用一个电极，实现一体化设计，进一步降低电池整体占用的体积空间和重量，具有小型化、轻质化、薄膜化等特点，很好的满足了微小型智能器件的能源需求，进而减少了成本，增加了实用性。本发明的发电储能一体化电池的制作方法，同样具如上电池所述的优点，而且操作简便、易于实现。
附图说明
图1为现有技术中电池的电路原理图。
图2为本发明的电池电路原理图。
图3为本发明的电池结构示意图。
图4为本发明的制作方法流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图2和图3所示，本实施例的发电储能一体化电池，包括光伏发电单元和储能单元，光伏发电单元和储能单元均呈层状且相互贴合形成一体化结构；光伏发电单元与储能单元的贴合面形成共用的负极，光伏发电单元与贴合面相对的另一面则设有光伏发电单元的正极；储能单元与贴合面相对的另一面则设有储能单元的正极。本发明的发电储能一体化电池，光伏发电单元和储能单元均呈层状，减小了其占用体积；将光伏发电单元和储能单元通过共用负电极有机融合为一个单元，实现一体化设计，进一步降低了太阳电池和储能电池占用的空间体积和重量，提高了电池的能量密度，从而满足微小型智能器件的能源需求，增加了其应用范围。
本实施例中，采用单晶硅太阳电池作为光伏发电单元；其中单晶硅太阳电池的基体是N型单晶硅，在N型单晶硅片的一面扩散硼元素，形成太阳电池的正极，太阳电池的正极作为太阳电池的受光面，接收太阳辐照，太阳电池的背面则作为负极。由于太阳电池为了增加光照面积来提高发电量，需要非常大的表面积，属于扁平状的层状结构，而常规储能单元（如锂电池）的封装方式为立体的，不适合与太阳电池进行深度结合。因此，本实施例中，储能单元采用固态薄膜锂电池，由于固态薄膜锂电池具有无过热、渗漏、胀气、柔性可弯曲、安全性能好等特点，可以制作成大面积薄膜层状结构，这样就可以与太阳电池形状类似，可以很好的进行结合，从而解决太阳电池发电受光面积和储能电池所需功率的匹配问题。
进一步地，为了减少整个电池的体积，将太阳电池的负极与储能锂电池的负极融合成一体，形成共用的负极，即形成太阳电池和锂电池共用负极的三电极结构，如图2和图3所示。具体地，单晶硅太阳电池的硅既可以做锂电池的负极又可以做太阳电池的负极，可以大幅减少电池的整体体积，增加能量密度。但是单晶硅太阳电池需要很高的结晶度，而作为锂电池电极在嵌锂后会使硅的结晶度下降。因此，在常规太阳电池的背面沉积一层非晶硅薄膜作为锂电池的负极，在非晶硅薄膜上印刷银浆作为太阳电池的负极，非晶硅薄膜与印制的银浆负极形成共用的负极。其中非晶硅薄膜既可以保护和钝化硅太阳电池负极，提升硅太阳电池效率，又可以作为锂电池的负极形成嵌锂结构。
如图4所示，本发明还公开了一种如上所述的发电储能一体化电池的制作方法，包括步骤：
S01、在光伏发电单元与储能单元相贴合的一面上沉积薄膜，形成储能单元的负极；
S02、在薄膜上印刷光伏发电单元的负极，薄膜与印刷负极形成共用的负极；在光伏发电单元的另一面印刷正极；
S03、在薄膜上涂覆一层绝缘涂料，沉积固态电解质薄膜，并在固态电解质薄膜上沉积正电极薄膜形成储能单元的正极。
本发明的发电储能一体化电池的制作方法，不仅具有如上电池所述的优点，而且操作简便、易于实现。
下面结合一具体实施例对本发明的发电储能一体化电池的制作方法做进一步说明：
1、按常规N型太阳电池制备工艺和方法，先进行制绒、扩散、二次清洗、前表面镀氮化硅保护膜；
2、在N型太阳电池的背面沉积非晶硅薄膜作为钝化和保护层，其中非晶硅薄膜的厚度为10μm-100μm；以太阳电池背面的负极非晶硅薄膜作为固态锂电池的负极，其中非晶态的硅与锂离子形成热力学稳定的锂硅合金，具有高的比容量，可以提升锂电池性能；
3、在太阳电池的正面和背面分别印刷银浆作为其正负电极；
4、烧结形成太阳电池；
5、除了太阳电池的背面负极边缘作为焊接引出线部分，在太阳电池背面涂覆一层绝缘涂料；
6、直接在负电极非晶硅薄膜上沉积固态电解质薄膜；不使用电解液，不会对太阳电池产生影响；
8、利用磁控溅射的方法沉积正电极薄膜；
9、在正极表面涂覆隔水隔气保护层，完成固态薄膜锂电池制备；
10、把步骤9中形成的光伏发电储能一体化电池连接充放电控制电路，利用封装胶把光伏发电储能一体化电池进行封装保护，形成产品。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种发电储能一体化电池，其特征在于，包括光伏发电单元和储能单元，所述光伏发电单元和储能单元均呈层状且相互贴合形成一体化结构；所述光伏发电单元与储能单元的贴合面形成共用的负极，所述光伏发电单元的另一面则设有光伏发电单元的正极；所述储能单元的另一面则设有储能单元的正极；
所述光伏发电单元为单晶硅太阳电池；所述储能单元为固态薄膜锂电池；
所述光伏发电单元上与储能单元相贴合的一面上沉积有非晶硅薄膜，形成固态薄膜锂电池的负极；所述非晶硅薄膜上印刷有光伏发电单元的负极；所述非晶硅薄膜与非晶硅薄膜上印刷的负极形成共用的负极；
所述光伏发电单元的另一面印刷银浆形成光伏发电单元的正极；
所述非晶硅薄膜上沉积有固态电解质薄膜，所述固态电解质薄膜沉积正电极薄膜形成储能单元的正极。
2.根据权利要求1所述的发电储能一体化电池，其特征在于，所述非晶硅薄膜的厚度为10μm～100μm。
3.一种如权利要求1至2中任意一项所述的发电储能一体化电池的制作方法，其特征在于，包括步骤：
S01、在光伏发电单元与储能单元相贴合的一面上沉积薄膜，形成储能单元的负极；
S02、在薄膜上印刷光伏发电单元的负极，薄膜与印刷负极形成共用的负极；在光伏发电单元的另一面印刷正极；
S03、在薄膜上涂覆一层绝缘涂料，沉积固态电解质薄膜，并在固态电解质薄膜上沉积正电极薄膜形成储能单元的正极。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在步骤S03之后，在储能单元的正极上涂覆隔水隔气保护层。
5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述薄膜为非晶硅薄膜，厚度为10μm～100μm。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，在储能单元的正极上涂覆隔水隔气保护层之后，与充放电控制电路一体化封装，形成整体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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