CN204089677U - 一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述移动电源包括套设于电子设备壳体外的基板，在基板上设置有太阳能电池组、充电控制电路、以及输出端口，太阳能电池组由一个或多个高效柔性GaAs基太阳能电池构成，太阳能电池组的效率可达25％以上，因此所需电池的面积可以减小到普通太阳能电池的三分之一，使得基于高效柔性太阳能电池的移动电源小巧、轻便且高效；高效柔性GaAs基太阳能电池具有柔性、轻质和易于集成的特点，能够完美地集成到电子设备的表面或者其保护套上，不影响其美观和工作性能。太阳能电池组可以直接给电子设备进行充电，也可以增加一个超薄高效蓄电池作为备用电池，在太阳能电池组充电效果不好的情况下给电子设备进行充电。

Description

一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源

技术领域

本实用新型涉及电力供应技术领域，具体地涉及一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源。 

背景技术

以智能手机、平板电脑、PDA和MP3/MP4等电子设备为代表的移动经济是当前和下一轮经济发展的重要引擎。随着电子设备在电子商务、网络社区、娱乐游戏和时事资讯等大信息时代实时通讯中日益增长的应用领域和使用频率，这些电子产品普遍存在着电源续航能力不足的问题。“移动电源”这个概念是随着电子产品的普及和快速增长而发展起来的，移动电源是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器。针对电子产品功能日益多样化，使用更加频繁，与我们日常生活的关联也越来越密切，如何提高电子产品的使用时间、方便人们的生活、及时补充电量、发挥其最大功用的重要性就更加刻不容缓。而移动电源，就是针对并解决这一问题的最佳方案，随身携带一个移动电源，就可以随时随地为多种电子产品充电。随着移动电源的发展，出现了太阳能电池移动电源，在使用过程中可以将太阳能转换为电能给电子产品充电。 

现有技术中的太阳能电池移动电源大多采用传统硅基太阳能电池，其电池板厚重，或者是非晶硅薄膜太阳能电池，其光电转换效率只有7％左右、独立充电时间长达20小时左右，不能高效独立地对电子产品进行充电，且太阳能移动电源必须依赖锂离子电池等储能部件，在使用的时候必须将太阳能转换为电能以后存储在蓄电池里面。目前应用于航空航天领域的GaAs基太阳能电池的光电转换效率20-22％，但是其成本很高，而且制作在刚性GaAs衬底上，不具柔性，无法应用在普通电子产品中。 

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中太阳能电池移动电源采用的太阳能电池光电转换效率低，体积大且厚重，移动电源依赖蓄电池等储能部件的缺点，从而提出一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案： 

一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述移动电源包括套设于电子设备壳体外的基板，在所述基板上设置有太阳能电池组、与所述太阳能电池组连接的充电控制电路、以及输出端口，其中： 

所述太阳能电池组，由一个或多个高效柔性GaAs基太阳能电池构成，所述高效柔性GaAs基太阳能电池包含器件层、器件层上方设置的金属电极层以及器件层下方设置的背衬层； 

所述充电控制电路控制所述太阳能电池组中接入的太阳能电池的数量，通过充电控制电路的输出端提供稳定的充电电压，所述充电控制电路能够防电池反向漏电； 

所述输出端口与所述充电控制电路的输出端连接，为电子设备提供充电接口。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述高效柔性GaAs基太阳能电池中的器件层包括由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料GaAs组成的单结、双结或多结叠层结构。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述充电控制电路包括电压电流控制芯片、旁路开关以及阻塞二极管，所述阻塞二极管的正极连接一个太阳能电池、负极连接蓄电池，所述电压电流控制芯片通过旁路开关连接到所述太阳能电池和阻塞二极管正极之间。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述充电控制电路中还包括稳压二极管，与所述太阳能电池组串联，用于保证太阳能电池组产生稳定的输出电压。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，还包括： 

液晶屏，所述电压电流控制芯片通过所述液晶屏显示实时的输出电压和输出电流。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述充电控制电路设置在电路板上，所述电路板为印刷电路板或者集成电路器件。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述输出端口与所述电子设备的充电接口对应设置。 

上述基于高效柔性太阳能电池的移动电源，还包括： 

超薄高效蓄电池，所述超薄高效蓄电池作为备用电池，用于在太阳能电池组充电效果不好的情况下给电子设备进行充电。 

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点： 

(1)本实用新型所述的一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述移动电源包括套设于电子设备壳体外的基板，在所述基板上设置有太阳能电池组、与所述太阳能电池组连接的充电控制电路、以及输出端口，所述太阳能电池组由一个或多个高效柔性GaAs基太阳能电池构成，高效柔性GaAs基太阳能电池的最高光电转换效率在28％以上，太阳能电池组的效率可达25％以上，因此所需电池的面积可以减小到普通太阳能电池的三分之一，使得基于高效柔性太阳能电池的移动电源小巧、轻便且高效；高效柔性GaAs基太阳能电池在室内照明或阴天弱光照射下能够高效率工作，甚至无需锂离子电池也可以实时为电子设备供电，解决了太阳能电池移动电源对锂离子电池等储能部件的依赖，既降低电源成本，又减轻其重量。 

(2)本实用新型所述的一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源，器件层主要包括由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料GaAs组成的单结、双结或多结叠层结构，由于剥离了沉重且刚性的衬底材料，GaAs基太阳能电池的总体厚度仅几十微米而且重量是普通GaAs基太阳能电池重量的十分之一左右，因此高效柔性GaAs基太阳能电池能够完美地集成到电子设备的表面或者其保护 套上，不影响其美观和工作性能。 

(3)本实用新型所述的一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源，所述控制芯片通过所述液晶屏显示实时的输出电压和输出电流，可以实时方便地监测太阳能电池组的工作状态。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中 

图1是本实用新型一个实施例的基于高效柔性太阳能电池的移动电源与手机连接的示意图； 

图2是本实用新型一个实施例的基于高效柔性太阳能电池的移动电源的内部结构示意图； 

图3是本实用新型一个实施例的一种高效柔性GaAs基太阳能电池的性能参数； 

图中附图标记表示为：1-电子设备、2-基板、3-太阳能电池组、4-充电控制电路、5-输出端口、6-控制芯片、7-液晶显示屏、8-连接线、9-电子设备充电接口、D1-短路状态、P1-最大输出功率状态、K1-开路状态、M₁-第一太阳能电池、M₂-第二太阳能电池、M_n-第n太阳能电池、d₁-第一阻塞二极管、d₂-第二阻塞二极管、d_n-第n阻塞二极管、S₁-第一开关、S₂-第二开关、S_n-第n开关、zd₁-第一稳压二极管、zd₂-第二稳压二极管、zd_n-第n稳压二极管。 

具体实施方式

实施例1 

本实施例提供一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源,图1为基于高效柔性太阳能电池的移动电源与手机连接的示意图，所述移动电源包括套设于电子设备1壳体外的基板2，在所述基板2上设置有太阳能电池组3、与所述太阳能电池组连接的充电控制电路4、以及输出端口5，所述电子设备1的充电接口9通过连接线8与基板2上的输出端口5连接。其中： 

所述太阳能电池组3由一个或多个高效柔性GaAs基太阳能电池构成，所述高效柔性GaAs基太阳能电池包含器件层、器件层上方设置的金属电极层以及器件层下方设置的背衬层。所述高效柔性GaAs基太阳能电池中的器件层包括由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料GaAs组成的单结、双结或多结叠层结构，所述器件层厚度为1-10微米，所述金属电极层的厚度为1-20微米，所述背衬层的厚度为1-30微米。所述高效柔性GaAs基太阳能电池的总体厚度为几十微米。由于剥离了沉重且刚性的衬底材料，GaAs基太阳能电池的总体厚度仅几十微米而且重量是普通GaAs基太阳能电池重量的十分之一左右，因此高效柔性GaAs基太阳能电池能够完美地集成到电子设备的表面或者其保护套上，不影响其美观和工作性能，且携带和使用都非常方便。 

专利申请CN103258913公开了《一种Ⅲ-Ⅴ族化合物电子器件的制备方法》，本申请中的高效柔性GaAs基太阳能电池是基于该方法获取的，获取的高效柔性GaAs基太阳能电池的性能参数如图2所示，短路状态D1下短路电流I_Sc为28.6mA，开路状态K1下开路电压V_OC为1.08V,最大输出功率状态P1下最大输出功率P_Max为26.44mW,输出功率最大时的工作电压V_Max为0.96V,输出功率最大时的工作电流I_Max为27.54mA,转换效率(Efficiency)为27.2％，填充因子(Filling Factor)为85.6％。通过五个高效柔性GaAs基太阳能电池串联构成的太阳能电池组，可以实现在最大输出功率状态下工作电压为5V左右。 

所述充电控制电路4控制所述太阳能电池组中接入的太阳能电池的数量，通过充电控制电路的输出端提供稳定的充电电压，所述充电控制电路能够防电池反向漏电。根据高效柔性GaAs基太阳能电池的性能参数与电子设备的输入电压和输入电流的要求，设计太阳能电池组的结构以及充电控制电路。多个高效柔性GaAs基太阳能电池串并联可以形成所需输出电压和所需输出电流的太阳能电池组。充电控制电路可实时调节输出电压和电流，使输出电压在电子设备额定电压的允许范围以内，输出电流也在电子设备额定电流的允许 范围内。根据电子设备电池的电量状态决定是否充电，例如：在电池电量不足50％就持续充电，在电池电量为100％时就停止充电，保证电子产品电池有充足的电量。 

如图3所示，所述控制电路包括电压电流控制芯片、旁路开关以及阻塞二极管，所述阻塞二极管的正极连接一个太阳能电池、负极连接蓄电池，所述电压电流控制芯片通过旁路开关连接到所述太阳能电池和阻塞二极管正极之间，控制太阳能电池回路的导通或断开。当电子设备的电池充满电时，控制芯片发出指令，闭合第一开关S₁、第二开关S₂…第n开关S_n，使得第一太阳能电池M₁,第二太阳能电池M₂…第n太阳能电池M_n短路，不再对电子设备的电池进行充电。当电子设备的电池电量不足时，控制芯片发出指令，打开第一开关S₁、第二开关S₂…第n开关S_n，第一太阳能电池M₁、第二太阳能电池组M₂…第n太阳能电池M_n对电子设备的电池进行充电。第一阻塞二极管d₁、第二阻塞二极管d₂…第n阻塞二极管d_n的作用是正向导通时对电子设备的电池进行充电,并且防止电子设备的电池向太阳能电池组逆向放电。 

在优选的实施方式中，充电控制电路中的电压电流控制芯片还对接入的太阳能电池的电流大小进行判断，当接收到的太阳能电池的电流大小低于阈值时，电压电流控制芯片控制该太阳能电池对应的旁路开关闭合断开该太阳能电池回路。此处的目的是当该移动电源放置的位置存在遮挡时，有部分太阳能电池由于被遮挡住，明显该太阳能电池的发电量减小，电流减小，如果接入该充电回路，会影响整个移动电源的充电效率，因此将该遮挡住的部分太阳能电池断开，可以有效防止因为某个太阳能电池的电流过小而影响整个充电电路。 

所述充电控制电路中还包括稳压二极管，与所述阻塞二极管串联，提供电路保护。由于太阳能电池组产生的电流随着光照强度的变化显著，因此需要在第一太阳能电池组M₁、第二太阳能电池组M₂…第n太阳能电池组M_n中分别串联第一稳压二极管zd₁、第二稳压二极管zd₂…第n稳压二极管zd_n。稳压 二极管在反向偏置电压下工作，即使太阳能电池组产生的电流有波动也可以输出恒定的电压，保证太阳能电池组产生稳定的输出电压，稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压，所以可以分别在图3所示的第一稳压二极管zd₁、第二稳压二极管zd₂…第n稳压二极管zd_n的支路上串联更多的稳压二极管。 

上述的充电控制电路可以设置在电路板上，所述电路板为印刷电路板或者集成电路器件，设置在移动电源的基板内部。本实施例所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源还可以包括液晶屏7，所述控制芯片通过所述液晶屏显示实时的输出电压和输出电流，可以实时方便地监测太阳能电池的工作状态。 

该移动电源的输出端口5与所述充电控制电路4的输出端连接，为电子设备提供充电接口，所述输出端口可以选择USB接口。此外，在移动电源外壳的基板上成型有与所述电子设备的接口匹配的开口，作为移动电源的输出端口5，移动电源的输出端口5与所述电子设备的充电接口对应设置，方便电子设备与移动电源连接。如该移动电源为手机的移动电源时，将手机装配在该移动电源内，携带使用都非常方便，该移动电源的输出端口和手机的充电口对应设置，只要将其连接，就可以进行充电，充电非常方便。 

本实施所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源还包括超薄高效蓄电池，此处的超薄高效蓄电池可以选择锂离子电池或其他类型的超薄蓄电池。本实施例中的太阳能电池组可以直接通过电压电流控制芯片给电子设备的电池进行充电，也可以在移动电源内部增加一个超薄高效蓄电池作为备用电池。在太阳能电池组充电效果不好的情况下给电子设备进行充电。 

高效柔性GaAs基太阳能电池的最高光电转换效率在28％以上，太阳能电池组件的效率可达25％以上，因此所需电池的面积可以减小到普通太阳能电池的三分之一，使得基于高效柔性太阳能电池的移动电源小巧、轻便且高效；高效柔性GaAs基太阳能电池在室内照明或阴天弱光照射下能够高效率工作，甚至无需锂离子电池也可以实时为电子设备供电，解决了太阳能电池移动电源对锂离子电池等储能部件的依赖，既降低电源成本，又减轻其重量。由于剥离了沉重且刚性的衬底材料，GaAs基太阳能电池的总体厚度仅几十微米而且重量是普通GaAs基太阳能电池重量的十分之一左右，因此高效柔性GaAs基太阳能电池能够完美地集成到电子设备的表面或者其保护套上，不影响其美观和工作性能。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。 

Claims (8)

1.一种基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，所述移动电源包括套设于电子设备壳体外的基板，在所述基板上设置有太阳能电池组、与所述太阳能电池组连接的充电控制电路、以及输出端口，其中：

所述太阳能电池组，由一个或多个高效柔性GaAs基太阳能电池构成，所述高效柔性GaAs基太阳能电池包含器件层、器件层上方设置的金属电极层以及器件层下方设置的背衬层；

所述充电控制电路控制所述太阳能电池组中接入的太阳能电池的数量，通过充电控制电路的输出端提供稳定的充电电压，所述充电控制电路能够防电池反向漏电；

所述输出端口与所述充电控制电路的输出端连接，为电子设备提供充电接口。

2.根据权利要求1所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，所述高效柔性GaAs基太阳能电池中的器件层包括由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料GaAs组成的单结、双结或多结叠层结构。

3.根据权利要求1所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，所述充电控制电路包括电压电流控制芯片、旁路开关以及阻塞二极管，所述阻塞二极管的正极连接一个太阳能电池、负极连接蓄电池，所述电压电流控制芯片通过旁路开关连接到所述太阳能电池和阻塞二极管正极之间。

4.根据权利要求3所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，所述充电控制电路中还包括稳压二极管，与所述太阳能电池组串联，用于保证太阳能电池组产生稳定的输出电压。

5.根据权利要求3所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，还包括：

液晶屏，所述电压电流控制芯片通过所述液晶屏显示实时的输出电压和输出电流。

6.根据权利要求3所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，所述充电控制电路设置在电路板上，所述电路板为印刷电路板或者集成电路器件。

7.根据权利要求1所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，所述输出端口与所述电子设备的充电接口对应设置。

8.根据权利要求1所述的基于高效柔性太阳能电池的移动电源，其特征在于，还包括：

超薄高效蓄电池，所述超薄高效蓄电池作为备用电池，用于在太阳能电池组充电效果不好的情况下给电子设备进行充电。