CN112769398A

CN112769398A - 一种柔性微生物光伏贴片

Info

Publication number: CN112769398A
Application number: CN202011584119.XA
Authority: CN
Inventors: 程友良; 集鑫锋
Original assignee: Beijing Huadian Grace Technology Innovation Co ltd; North China Electric Power University
Current assignee: Beijing Huadian Grace Technology Innovation Co ltd; North China Electric Power University
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112769398B

Abstract

本发明提供了一种柔性微生物光伏贴片，包括发电部分、发光部分、储能部分和调控部分，所述发电部分包括柔性衬底贴片和打印在柔性衬底贴片上的太阳能电池模块，所述发光部分为多层结构组成的有机电致发光显示器，所述储能部分为钠硫电池，所述调控部分选用网络化、智能化电量自动监控系统；其克服了传统BIPV技术对体积的限制，占用空间小，并且安装方便，直接贴在接触物表面即可，并且它能够根据采用的藻类微生物的种类或OLED灯光效果不同而发出不同颜色的光，同时兼顾环保和装饰美观性。

Description

一种柔性微生物光伏贴片

技术领域

本发明属于光伏太阳能利用技术领域，具体涉及一种柔性微生物光伏贴片。

背景技术

太阳能作为一种清洁、安全、可再生的能源日益受到社会关注。现如今太阳能发电技术也发展的越来越成熟，越来越多样，其中光伏建筑一体化(BIPV)技术就是这众多技术当中很受欢迎的一种。现在主流的BIPV理念就是将光伏组件直接作为建材使用，这样建造出来的建筑既可以实现节能理念，外形又可以变得更加美观。

但是作为建材使用的光伏组件一般具备一定结构强度使得体积较大，一定程度上限制了其应用范围，尤其是大小型商业性会场的布置，其需要装设大量LED灯光，往往需要铺设大量电路为各色灯光带供电，同时进行额外的装饰贴板，导致会场布置及拆除的繁琐工作和成本消耗。

本发明基于传统BIPV理念，并在传统BIPV理念基础上进行了拓展，提供了一种柔性微生物光伏贴片，它与传统BIPV理念不同，不直接作为建材使用，但是它却能够实现一定范围内的小型电器供电，同时还能够为环境，尤其是大小型会场以及家具室内提供照明或灯光美化效果。

发明内容

基于上述现状，本发明提供了一种柔性微生物光伏贴片，其克服了传统BIPV技术对体积的限制，占用空间小，并且安装方便，直接贴在接触物表面即可，并且它能够根据采用的藻类微生物的种类或OLED灯光效果不同而发出不同颜色的光，同时兼顾环保和装饰美观性。所以，它具有通用性强、安装简单、操作便捷、性价比高、环保美观等特点。

本发明采用的技术方案如下：一种柔性微生物光伏贴片，包括发电部分、发光部分、储能部分。

所述发电部分包括柔性衬底贴片和打印在柔性衬底贴片上的太阳能电池模块，所述柔性衬底贴片可选择纸基材料(例如A4纸)，所述太阳能电池模块为在柔性衬底贴片上打印微生物墨水，所述微生物墨水上层覆盖水凝胶涂层，基于微生物光合作用产生电子的原理构成太阳能电池，水凝胶涂层用于锁住柔性衬底贴片上的水分。本发明的太阳能电池分别可以在光照条件下利用有氧光合作用产生电子，在黑暗条件下利用自身产生的糖类或其他由二氧化碳生成的含碳有机物的氧化过程产生电子，即其具有既可以在光照又可以黑暗条件下产生电流的能力。

优选地，所述微生物墨水为蓝藻与水的混合液体；所述太阳能电池模块包括相互串联的多块。

所述发光部分为多层结构组成的有机电致发光显示器，依次由金属阴极、缓冲层、电子传输层、空穴阻挡层、发光层、空穴传输层、缓冲层以及ITO阳极组成，其利用发电部分所提供的电能发出荧光。

所述储能部分为钠硫电池，钠硫电池体积小、容量大、寿命长、效率高。

本发明的柔性微生物光伏贴片还包括调控部分，所述调控部分选用网络化、智能化电量自动监控系统，可实时显示记录该微生物太阳能电池的电流、电量等各类电量数据、变化趋势，还可以控制光伏贴片的发光功能。

本发明进一步改进在于：

本发明引进的电量自动监控调节系统设有电量监控设备和反馈调节系统，可时刻监控发电部分输出电量，并根据瞬时电流大小自动反馈调节微生物光合所需相关外界条件，同时控制发光部分的发光与否和亮度大小。

本发明采用先进的钠硫蓄电池来作为储能部分。尤其在白天，当发光部分不再使用，发电部分中微生物太阳能电池所发出的电能除了可以为光伏贴片周围的低能耗电器供电外，还可以将电能储存至蓄电池中，为夜晚发光部分工作提供电能。

采用上述发明所产生的有益效果在于：

1、可利用太阳能电池模块和发光部分排列组合在柔性衬底贴片上形成各式图案，增强了装饰的美观性；

2、柔性衬底贴片适应性强，可直接与建筑物外表面形状配合，安装及拆卸更换均更方便；

3、通用性强，可为建筑物进行供电；在白天，这种贴片利用微生物光电原理进行发电，多种贴片进行集成后，可以为家庭或公共场所当中耗电量少的设备提供电力进行照明补充，更美观；在夜晚，本发明的光伏贴片可以利用藻类的荧光效应或与有机LED(OLED)灯光效果联合为环境进行美化妆点，甚至可以通过贴片的不同形状和组合实现个性化的美化装扮。

附图说明

图1是柔性微生物光伏贴片各部分关系示意图；

图2是微生物太阳能电池发电原理；

图3是本发明有机电致发光显示器结构示意图；

图4有本发明有机电致发光显示器发光原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是柔性微生物光伏贴片各部分关系示意图，本发明的柔性微生物光伏贴片包括发电部分、发光部分、储能部分和调控部分共四部分；

发电部分为微生物太阳能电池结构，包括柔性衬底贴片和打印在柔性衬底贴片上的太阳能电池模块，所述柔性衬底贴片可选择纸基材料(例如A4纸)，所述太阳能电池模块为在柔性衬底贴片上打印微生物墨水，所述微生物墨水上层覆盖水凝胶涂层，具体的，本发明中采用完全打印的BPV装置(fullyprintedBPVdevice)，将碳纳米管阴极、碳纳米管阳极、蓝藻墨水这些组成部分全部打印到纸张上，再将水凝胶薄层作为盐桥覆盖在上面，构成了一个很薄，所占面积很小的BPV电池，其原理如图2所示，是微生物太阳能电池发电原理，在可粘贴的柔性基底5上表面打印蓝藻墨水2、碳纳米管阳极3和碳纳米管阴极4，在蓝藻墨水2、碳纳米管阳极3和碳纳米管阴极4上表面涂覆水凝胶盐桥1，碳纳米管阳极3和碳纳米管阴极4连通发光部分6。本领域技术人员应当熟知的是，图2仅示出了单个微生物太阳能电池的原理示意图，在具体实施方式中，单张柔性衬底贴片(例如A4纸)上，可打印多个太阳能电池模块排列成装饰性图案，所述多个太阳能电池模块相互串联共同为储能部分和发光部分供电。本发明的微生物太阳能电池的化学反应包括光合作用的光反应(a)以及在阴极发生的对氧的还原(b)。具体反应如下:

(b)O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

所述发光部分为多层结构组成的有机电致发光显示器，其结构如图3所示，是本发明有机电致发光显示器结构示意图，依次由金属阴极、缓冲层、电子传输层、空穴阻挡层、发光层、空穴传输层、缓冲层以及ITO阳极组成，其利用发电部分所提供的电能发出荧光。具体的，金属阴极材料可选用氟化锂(LiF)或铝(Al)等；电子传输层材料可采用有机小分子材料8-羟基喹啉铝(Alq3)等；缓冲层材料可选择2-(4-联苯基)-5-苯基恶二唑(PBD)、TiO2等；空穴阻挡层材料可采用4,4'-二(2,2-二苯乙烯基)-1,1'-联苯(DPVBI)等；发光层材料可采用8-羟基喹啉铝(Alq3)、双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝(Balq)等；空穴传输层材料可选用N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)；阳极材料选用掺锡氧化铟(ITO)等。

所述有机电致发光显示器发光原理如图4所示：在发电部分提供的电压驱动下空穴和电子分别从正极和负极注入到空穴传输层和电子传输层的有机材料中，空穴(h)和电子(e)在发光层中相遇、复合，释放出能量，将能量传递给发光层中有机发光物质的分子，使其从基态跃迁到激发态。激发态很不稳定，受激分子从激发态回到基态，辐射跃迁而产生发光现象。

发光原理分为以下5个阶段：

(1)载流子的注入：在直流低压高电场驱动下，空穴和电子分别从阳极和阴极注入到夹在两电极间的有机层中。

(2)载流子的迁移：注入的空穴和电子分别由空穴传输层和电子传输层迁移到发光层中。

(3)载流子的复合：空穴和电子在发光层中相遇，并产生激子。

(4)激子的迁移：激子在电场作用下将能量传递给有机发光分子，并激发有机分子中的电子从基态跃迁到激发态。

(5)电致发光：激发态能量通过跃迁，将能量以光子的形式释放出来，产生电致发光。

本发明的柔性微生物光伏贴片，在白天发电部分将光合作用产生的电能既可以提供给发光部分又可以存储至储能部分，而发光部分是否在白天使用可以由调控部分控制。在夜晚，储能部分可以将能量提供给发光部分，相应的调控部分同样可以控制发光部分的亮度或开关。调控部分除了可以控制发光部分以外，还可以根据发电部分反馈的电量数据的变化，对发电部分的微生物光合作用条件是否需要发生改变而反馈给用户。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种柔性微生物光伏贴片，包括发电部分、发光部分、储能部分；

所述发电部分包括柔性衬底贴片和打印在柔性衬底贴片上的太阳能电池模块，所述柔性衬底贴片可选择纸基材料，所述太阳能电池模块为在柔性衬底贴片上打印微生物墨水，所述微生物墨水上层覆盖水凝胶涂层；

所述发光部分为多层结构组成的有机电致发光显示器，依次由金属阴极、缓冲层、电子传输层、空穴阻挡层、发光层、空穴传输层、缓冲层以及ITO阳极组成；

所述储能部分为钠硫电池；

所述发电部分、发光部分和储能部分电连接。

所述有机电致发光显示器金属阴极材料可选用氟化锂或铝；电子传输层材料可采用有机小分子材料8-羟基喹啉铝；缓冲层材料可选择2-(4-联苯基)-5-苯基恶二唑或T_iO₂；空穴阻挡层材料可采用4,4'-二(2,2-二苯乙烯基)-1,1'-联苯；发光层材料可采用8-羟基喹啉铝或双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝；空穴传输层材料可选用N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺；阳极材料选用掺锡氧化铟。

2.根据权利要求1所述的光伏贴片，其特征还在于，还包括调控部分，所述调控部分包括电量自动监控系统，所述电量自动监控系统设有电量监控设备和反馈调节系统，可时刻监控发电部分输出电量，并根据瞬时电流大小自动反馈调节微生物光合所需相关外界条件，同时还可以控制发光部分的发光与否和亮度大小。

3.根据权利要求1或2所述的光伏贴片，其特征还在于，所述柔性衬底贴片为A4纸。

4.根据权利要求3所述的光伏贴片，其特征还在于，所述微生物墨水为蓝藻与水的混合液体。

5.根据权利要求4所述的光伏贴片，其特征还在于，所述太阳能电池模块在可粘贴的柔性衬底贴片上表面打印蓝藻墨水、碳纳米管阳极和碳纳米管阴极，在蓝藻墨水、碳纳米管阳极和碳纳米管阴极上表面涂覆水凝胶盐桥。

6.根据权利要求5所述的光伏贴片，其特征还在于，所述太阳能电池模块包括相互串联的多块。