CN1102734A

CN1102734A - 新能源供电机及其制造方法

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Publication number: CN1102734A
Application number: CN 93114230
Authority: CN
Inventors: 杨永清
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-06
Filing date: 1993-11-06
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2013-11-06
Also published as: CN1035912C

Abstract

本发明是利用自然光和太阳光中的可见光和非可见光的近红外线，可见光、紫外线、X射线、宇宙射线的光分子产生电力，为用电设备提供220V和 380V交流电源的供电设备。有SNR光电池、振荡装置、低频放大装置、功率放大装置组成。

Description

本发明是一种利用光和太阳光的可见光、非可见光产生电力，为用电设备提供220v和380v交流电源的供电设备及制造方法。

提起利用太阳光产生电，为负载提供电能的装置和设备以往就有，但效率低，造价高，寿命短等很多不足，很不理想。其主要原因在太阳电池上。就供电装置采用的太阳电池种类而言，基本上是单晶硅，多晶硅和化合物太阳电池。这些太阳电池，普通存在着光电转换效率低，最好不过13%;价格高，每峰瓦合人民币约50元;寿命短，一般最大寿命仅10年。（如云南省半导体厂，生产的单晶硅太阳电池就是如此）其它几种太阳电池，不比单晶硅好。

再从近几个发展起来的非晶硅太阳电池来看，虽然造价稍低，每峰瓦合人民币24-28元，但光电转换效率太低，仅5.17%，最好不超过6%（如北京有色金属研究总院，91年3月11日，人民日报公布的研究成果）并普遍存在着退化率高，大部在25-30%之间;寿命短，一般仅7年多。

上述各类太阳电池，还有一个共同最大的不足，就是仅只能用可见光发电，其它光用不上。这是造成光电转换效率低，造价高的重要原因。

再就逆变装置来说，因大部使用的是方波。方波不但有燥音，而且，这种设计结构能量损耗也比较大，能耗约30%。这就是现有用太阳光产生电，为负载提供电能的太阳电池和逆变装置存在的一些不足。

本发明的目的，就是提供一种不但能利用自然光和太阳光的可见光发电，还能利用非可见光发电的高效率、低造价、长寿命、大面积的复合膜光电池和低损耗变电装置。这种装置的光电池不但在有日光的白昼能发电，就是无可见光的黑夜也能发电。地面空中均可利用。

本发明的目的是这样实现的：

首先，利用光和太阳光中的可见光和不可见光的近红外线、可见光、紫外线、X射线、宇宙射线的光分子产生电力的光电池发电，然后，经过振荡装置、低频放大装置、功率放大装置，变成220v和380v交流电，提供给用电设备。这种提供电能的供电设备，叫新能源供电机。其构造有：

光电池（图一、二、三）、振荡装置（图四、a）、低频放大装置（图五）、功率放大装置（图七）组成。

光电池，是利用SNR集成电路集成制成的。作用：是把自然光、太阳光中的可见光、非可见光的近红外线、可见光、紫外线、X射线、宇宙射线光谱中的光分子变成电能。构造：有透明衬底（图二、1），在透明衬底上制成的电极A（图二、2），在电极A上制成的SNR集成电路光电池芯（图二、3），在SNR光电池芯上制成的电极B（图二、4），在电极B上制成的密封膜（图二、5）在密封膜上制成的PVC保护膜（图二、6），防震橡胶条（图二、7）铝合金加强边框（图二、8）组成。

SNR集成电路光电池芯，是把自然光、太阳光中的可见光、非可见光的近红外线、可见光、紫外线、X射线、宇宙射线光谱中的光分子转换成电能的关键部件。

它由0-17层，20

-40μm不同厚度，对不同光的波长有不同吸收的薄膜叠加，用激光刻、梳刻、掩模刻等工艺分层切割成P沟道、N沟道和条块，又用集成工艺制成大面积电池芯，再加上电极A、B成为光电池。

振荡装置（图四、a、b），是把光电池输出的直流电，变成交流电的主要部件。构造：有二极管稳压器、RC振荡器、射随器、阻容放大器、电压负反馈电路、幅值控制电路、前置放大器、功率驱动放大器、推挽功率放大器、连接导线等组成。

低频放大装置（图五）作用是放大低频电流，由多只三极管组成的达林顿管（图五）和散热器组成。

功率放大装置（图七），是放大交流电压、交流电流的装置。构造：有三极管组成的复合管（图七、1），电子元件（图七、2），制成的电流放大器，变压器（图七、3）联接器组成。

把上述各部装置，按光电池、振荡装置、低频放大装置、功率放大装置、负载的顺序用导线连接，即可构成利用光产生电力，向负载提供220v或380v交流电源的供电设备-新能源供电机。

本发明效果：用SNR集成电路制成的，能充分吸收自然光和太阳光谱中的近红外线、可见光、紫外线、X射线、宇宙射线光分子，并直接转换成电能的光电池和其匹配装置制成的新能源供电机，比仅用可见光的太阳电池制成的供电装置效果好。

新能源供电机样机，经吉林省、山东省、辽宁省、国家计委等单位先后组织全国光电专家，多次论证，测试（300×900mm工件）光电转换效率为21.6%，（比单晶硅太阳电池高1.66倍，比非晶硅太阳电池高4.18倍），造价每峰瓦合人民币2.46元（是单晶硅太阳电池价格的20分之1），寿命25年以上，（是现有太阳电池的2倍），样机经4年使用退化率仅为1%。

由于光电转换效率高、价格低、寿命长、退化率小、可应用于现有工业、农业、国防、交通、文化、卫生、科研、民用等行业;特别对我国468万平方公里无电地区的西北、西南、内蒙、内地山区建立不同规模，不同类型太阳电站和未来能源枯竭时，提供电源更为实用。

附图说明：

图一、SNR光电池俯视示意图;

图二、SNR光电池（图一）A-A剖视示意图;

图三、SNR光电池各层局部放大、剖视级联示意图;

图四、振荡装置电路和工件布置图;

图五、低频放大装置主要组成部件功能示意图;

图六、SNR光电池、振荡装置、低频放大装置、功率放大装置、负载连接示意图。

图七、功率放大装置，主要部件功能示意图。

下面结合附图和实施例进一步说明新能源供电机的构造和制造方法。

一、新能源供电机SNR光电池（图一、二、三）的制造方法：

1、透明电极A（图二、2）制法：在清洗好的透明玻璃衬底（图二、1）上，用乙醇稀释好的四氯化锡混合液（乙醇20ml，四氯化锡5g），用加热器加热工件，当工件温度500℃时，在1-1.5个大气压下，用喷具向衬底进行均匀喷涂，测薄膜电阻，小于10-20Ω时停止，用激光机，红激光束切割成间隙9.5mm，槽宽1μm的槽，电极A制做完毕。

2、SNR光电池芯A层（图三、1）制法：在透明电极A上制电池芯A层，具体作法：把制好电极A的衬底，放进PE-CVD设备，垂直对准射频靶，相距30mm，功率10w/cm²，把PE-CVD镀膜室抽成压强100P_a（帕），工件加温290℃，通入掺有5%的乙硼烷（B₂H₆）的硅烷（siH₄）混合工作气体，流量50SCCM沉积膜厚20

（埃），此时膜已作完，再用激光刻划机，把制完的膜沿透明电极A刻槽投影方向，距离0.5mm，刻成槽宽1mm间距9.5mm长条块。

3、SNR光电池芯B层（图三、2）制法：在光电池芯A层基础上制作，具体方法，把做完SNR光电池芯A层的工件，放在等离子真空溅射设备内工件架上，把锗（Ge）做成靶材，充入氩气，真空压强10^-3P_a（帕），溅射功率5KW，电压900V（DC），即可实施，膜厚8mm停止。

4、SNR光电池芯C层（图三、3）制法，C层是在B层基础上制做，具体方法：把做完B层工件放在GD-CVD设备内工件架上，上下对准射频靶，靶和工件相距40mm，射频13.56MHZ，功率0.2w/cm²，工作压强267Pa（帕），工件温度400℃，通入用氢稀释好的氯化氢、氯化镓和砷化三氢混合气体（容积此3∶1.5∶2）流量100SCCM，沉积率5

（埃）/min，膜厚3μm停止，得砷化镓膜，C层做完。

5、SNR光电池芯D层（图三、4）制法，D层是在C层基础上制做的，具体方法：把做好C层的工件放在磁控溅射镀膜机内工件架上，用铋（Bi）作成磁控溅射靶材，垂直对准工件，靶和工件相距50mm，功率5kw，电压700v（DC），工作压强10^-3P_a（帕），工作温度280℃，即可实施镀膜，膜厚250nm停止。D层做完。

6、P沟道（图三、19），用梳刻机，把B、C、D三层，沿A层刻槽方向，距A层刻槽投影3μm，槽宽1μm刻槽，作P沟道。

7、SNR光池芯E层（图三、5）制法。E层是在D层基础上制做的，具体方法：把D层做完并经梳刻机刻完的工件，放在PE-CVD镀膜机内工件架上，对准射频靶，靶件相距40mm，射频功率1w/cm²，工作温度350℃，工作压强10^-2P_a（帕），通入掺有5%磷烷（PH₃）的硅烷（siH₄）气体，流量20ml/min，沉积率4

/S（埃/秒）膜厚240 停止。E层做完。

8、SNR光电池芯F层（图三、6）制法。F层是在E层基础上制做的，具体方法：把做完E层的工件放在真空蒸发设备内工作架上，把碲铟铜（Cu In Te）按分子量0.5∶1∶3的比例配制成混合材料，放在蒸发器内，把真空蒸发室抽成5×10^-3P_a（帕），衬底温度控制在50℃，加热蒸发器，膜厚20μm停止，F层做完。

9、SNR光电池G层（图三、7）制法。G层是在F层基础上制做的，具体作法：把做完的F层的工件，放在等离子溅射设备内工作架上，用硒（Se）作成靶材，把工作室抽成2×10^-3P_a（帕），衬底温度小于100℃，用电子枪加热靶材进行溅射，膜厚40μm停止，G层做完。

10、把E、F、G层，用激光绿色光束，直径0.2μm，沿B、C、D层梳刻槽方向，距离梳刻槽投影0.5mm刻槽，槽宽2μm做N沟道（图三、20）。

11、SNR光电池芯，H层（图三、8）做法。H层是在G层基础上并经过YAG绿色激光束刻划之后的工件上制做的。具体方法：把做完上述的工件放进磁控溅射镀膜机内工件架上，垂直对准溅射靶，把二氧化硅做成靶材，固定在射频靶座上，距离工件60mm，真空室抽成10^-3P_a（帕），工件温度250℃即可实施镀膜，厚度20nm停止，得二氧化硅隔离薄膜。

12、按上述制A、B、C、D、E、F、G层顺序、工艺、材料和刻P、N沟道方法，重复再做一遍，得（9-15）7层薄膜，编号为I、J、K、L、M、N、O层。

13、SNR光电池电极B（图三、16）制法，电极B是在SNR光电池芯O层基础上制做的。具体方法：把做完SNR光电池芯O层的工件，放进真空蒸发镀膜机内工件架上，用银（Ag）丝φ0.5-0.8mm直径的银丝和φ1.0mm铝丝作蒸发物，放在钨制蒸发器上，真空室工作压强为3×10^-3P_a（帕），加热蒸发器，使银丝蒸发成银分子，然后铝丝蒸发落在O层上成膜，厚度2μm停止。

镀银膜前需先把φ0.5mm，钢丝间距9.5mm;纵向制成掩模，沿M、N、O层绿色激光束刻槽方向，距离绿色激光束刻的槽投影3μm，把掩模放在工件上，使制完的银铝膜为掩模刻块膜。到此电极B做完。

14、快速固化密封胶的涂法（图三、17），把做完电极B的工件，放在喷涂机上，在工件四周和电极B层上，用快速固化胶进行喷涂，厚度1.5mm停止。并同时在密封胶膜上粘贴PVC保护膜（图三、18）引出同类极性导线于A、B电极上，并把A、B电极引出电池外。

15、在光电池四周镶嵌防震橡胶条，（图二、7）和固定铝合金加强边框（图二、8）光电池到此制完。

二、振荡装置（图四）构造有：二极管稳压器、RC振荡器、射随器、阻容放大器、电压负反馈电路、幅值控制电路、前置放大器、功率驱动放大器、推挽功率放大器组成。（详见图四、a）

由BG₁、BG₂、R₁-R₆、C₂-C₅、电位器W₁、W₂组成共集电极RC振荡器。调节W1可调整振荡频率。使其为50HZ。W2是用来调节振荡强弱的。

BG₃、R₇-R₈、C₇、BG₄、R₁₀、R₁₂、C₈及BG₅、R₁₀等组成射随器1。阻容放大器和射随器2的电路。它的作用是减少后级幅值控制电路，对RC正弦振荡器的影响。阻容放大器，主要是加强这种隔离效果。射随器2，主要是起阻抗匹配作用，同时也减少了幅值控制电路对后级前置放大器的不利影响。幅值控制电路由BG₆、D₁-D₄、C₉、C₁₁、R₁₇、R₁₈、C₂₀、C₂₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄组成。当输出电压幅值增加时，变压器B3附加绕组中的感应电压，就会相应升高，该电压经整流滤波后加至幅值，控制管BG₆的基极，导至BG₆集电极电流增加，即流过二极管D₁和D₂的正向电流增加，也是D₁和D₂的动态电阻在减少。

由射随器2输出的50HZ信号电压，通过耦合电容C₁₀接至D₁和D₂的连接处，然后再送到后级BG₇的基极在D₁的正极和D₂的负极对地之间接有电容C₉和C₁₁，使正弦波电压的正半周和负半周，都能旁路衰减，当D₁、D₂的动态电阻随着输出电压的升高而减少时，这种旁路衰减作用就越强，这种通过电容C₁₂耦合给BG₇基极的交流电压就越小，从而使输出减小，起到了稳定幅值的作用。调节R₃₄可使输出电压稳定在某一个范围内。

BG₇射极输出的电压，经C₁₃加至BG₈的基极，BG₈、B₁、BG₉、B₂分别构成了前置放大和驱动放大器。该两级均采用变压器耦合甲类放大器，对信号电压进行放大，同时要失真小，并有足够的功率增益去推动末级功放级，C₁₄、C₁₇分别并联在变压器B₁和B₂的初级上，对BG₈、BG₉的集电极感性负载起补偿作用，使波形和失真度得到明显改善。

末级推挽功率放大级，用BG₁₀和BG₁₁组成。

此外，为了稳定输出电压的幅度，同时改善输出波形减少失真度，特设负反馈电路。反馈电压从B₃的一个绕组取得，通过C₁₉、R₃₀和R₃₁组成的反馈网络分别作用于前置放大器BG₉和驱动放大器BG₉的发射极，以此来稳定输出电压的目的。

三、低频放大装置（图五）是由多只3DD15D三极管组成的达林顿管制成的。

四、功率放大装置（图七），由三极管制成的复合管（图七、1）、电子元件（图七、2）组成的电流放大器和用变压器（图七、3）制成的电压变压器，联接器组成。电压变压器铁芯用0.35mm硅钢片（12000高斯）剪叠，用φ0.57mm和φ1.6mm铜线按变压比绕制。

振荡器制定有两种方法，按图四、a电路按装，按图六所述顺序，前置连接SNR光电池，后级连接低频放大装置和功率放大装置，可得用光产生电能正弦波供电电源;如用图四、b电路制定振荡装置，按图六顺序，前置SNR光电池，后级连接低频放大装置和功率放大装置，可得用光产生电能，方波供电电源。此方案有轻微燥音，效果不如正弦波。

Claims

1、一种利用自然光和太阳光中的可见光和非可见光的近红外线、可见光、紫外线、X射线、宇宙射线的光分子产生电力，为用电设备提供220V和380V交流电源的供电设备，其特征：有SNR光电池、振荡装置、低频放大装置、功率放大装置组成。

2、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯是用SNR集成电路工艺制成的。

3、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：光电池芯是用SNR集成电路又用集成方法制成的薄膜高效光电池。

4、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯，是在透明电极A上制做的。

5、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯的A层是用硅烷（SiH₄）和硼烷（B₂H₆）材料制成的。

6、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯的B层是用锗（Ge）材料制成的。

7、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯的C层是用砷化镓（GaAs）材料制成的。

8、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯D层是用铋（Bi）材料制成的。

9、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征SNR光电池芯E层是用硅烷（SiH₄）和磷烷（PH₃）材料制成的。

10、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯F层是用碲铟铜（Cu In Te）材料制成的。

11、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯G层，是用硒（Se）材料制成的。

12、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯H层，是用二氧化硅（SiO₂）材料制成的。

13、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯I层，是用硅烷（SiH₄）和硼烷（B₂H₆）材料制成的。

14、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯J层，是用锗（Ge）材料制成的。

15、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR电池芯K层，是用砷化镓（GaAs）材料制成的。

16、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯L层，是用铋（Bi）材料制成的。

17、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯M层，是用硅烷（SiH₄）和磷烷（PH₃）材料制成的。

18、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯N层，是用碲铟铜（Cu In Te）材料制成的。

19、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：SNR光电池芯O层，是用硒（Se）材料制成的。

20、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：在电池芯O层上，镀制一层银（Ag）和铝（AL）膜作电极B的。

21、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：透明电极A分块，是用激光划刻机，红激光束切割的。

22、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征，B、C、D、层分块是用梳刻机刻块的。

23、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：E、F、G层刻槽分割，是用激光绿色激光束刻划的。

24、根据权利要求1所述SNR光电池，其特征：电极B银膜层分块是用细丝掩模制成的。

25、根据权利要求1所述振荡装置，其特征：用稳压二极管、RC振荡器、射随器、阻容放大器、电压负反馈电路、幅值控制电路、前置放大器、功率驱动放大器，推挽功率放大器组成。

26、根据权利要求1所述低频放大装置，其特征：由多个3DD15D三极管组成的达林顿管实现的。

27、根据权利要求1所述功率放大装置，其特征：由变压器、电流放大器组成的。