CN208143135U - 发电及储能集成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供发电及储能集成装置，包括依次层叠的上电极层、薄膜光伏器件、第一共用电极层、薄膜储能器件、第二共用电极层、整流器件、第三共用电极层、摩擦发电器件和下电极层；上电极层和第二共用电极层电连接；第二共用电极层和下电极层电连接；第一共用电极层和第三共用电极层电连接。该装置利用薄膜光伏器件和摩擦发电器件进行同时或交替供电，并通过薄膜储能器件储存电能，显著提升了该集成装置使用的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体领域，具体涉及发电及储能集成装置。
背景技术
薄膜太阳能电池采用薄膜光伏材料作为光吸收层，薄膜光伏材料可分为硅基薄膜、碲化镉薄膜、铜铟镓硒薄膜、有机薄膜材料等。由于太阳能电池具有非持续性和不稳定性的特点，因此需要与配套的储能装置将电能存储起来，从而保证发电和供电的持续性和稳定性。传统的光伏电站通常有独立的大容量储能装置与太阳能电池组件相连配套，但是系统之间通常会引入无谓的损耗，降低了太阳能发电的利用效率和系统可靠性，而且分离式设计占用了大量的系统空间，因此设计合适的太阳能发电储能集成结构是薄膜太阳能电池发电的重要趋势。
机械能发电和太阳能发电一样，也存在能量输入非持续性和不稳定的问题，也需要有储能装置配套。为了提高机械能发电的利用效率，将机械能发电和储能集成在一起是一种有效手段，
发明人在实现本实用新型实施例的过程中发现现有技术存在以下技术问题：太阳能发电和机械能发电均为间歇性能量供应方式，具有能量供应持续性和稳定性均不佳的问题，严重制约了其应用前景。
实用新型内容
鉴于此，本实用新型实施例提供一种发电及储能集成装置，包括依次层叠的上电极层、薄膜光伏器件、第一共用电极层、薄膜储能器件、第二共用电极层、整流器件、第三共用电极层、摩擦发电器件和下电极层；上电极层和第二共用电极层电连接；第二共用电极层和所述下电极层电连接；第一共用电极层和所述第三共用电极层电连接。
该发电及储能集成装置在使用时薄膜光伏器件处于表层，面对太阳光，以便于最大程度的利用光照，提高工作时的光电转换效率。而最下层为摩擦发电器件可以最大程度地贴近产生机械能的物体或人体，便于充分地吸收机械能，并将机械能有效地转化为电能。
薄膜储能器件位于薄膜光伏器件和摩擦发电器件之间，这样有利于储存薄膜光伏器件和摩擦发电器件所产生的电能，并且各层器件可以通过共用电极层或材料层的方式使整个装置系统的集成度显著提升。薄膜光伏器件和摩擦发电器件通过并联与薄膜储能器件连接，可以在薄膜光伏器件或摩擦发电器件出现故障或供能不足的情况下继续保障薄膜储能器件获得电能供应，大大提升了该耦合装置使用的稳定性和可靠性。
根据本实用新型的具体实施例，所述发电及储能集成装置通过所述第一共用电极层和所述第三共用电极层向外输出电流。
根据本实用新型的具体实施例，所述薄膜光伏器件、所述薄膜储能器件和所述摩擦发电器件均为柔性材料。柔性材料不仅有利于配合使用的场景和环境，还有利于紧密贴合产生机械能的物体或人体。尤其是其应用在可穿戴电子产品领域，可以提升便携性。
根据本实用新型的具体实施例，所述薄膜储能器件为锂离子电池、铝电解电容器、电化学超级电容器或聚合物薄膜电池。
根据本实用新型的具体实施例，所述薄膜储能器件以第一共用电极层或第二共用电极层为结构基底。
根据本实用新型的具体实施例，所述薄膜光伏器件为硅基薄膜、碲化镉薄膜、染料敏化薄膜、钙钛矿薄膜或铜铟镓硒薄膜。
根据本实用新型的具体实施例，所述上电极层为透明导电层。透明导电层可将太阳光透过至薄膜光伏器件被吸收。
根据本实用新型的具体实施例，所述整流器件将所述摩擦发电器件产生的交流电流转换为直流电流。该整流器件包括整流桥。
根据本实用新型的具体实施例，所述摩擦发电器件包括导电层和摩擦层。摩擦发电器件利用得失电子能力不同的两种材料之间的相互摩擦，发生表面电荷转移，将以各种形式广泛存在的机械能转变为电能。
根据本实用新型的具体实施例，薄膜光伏器件、薄膜储能器件、整流器件和摩擦发电器件依次紧密贴合封装。本实用新型的发电及储能集成装置可以将上述器件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。其中所有器件在结构上已组成一个整体，形成集成电路，显著地提升了具有该集成电路的电子元件的微小型化、低功耗、智能化和高可靠性。
根据本实用新型的具体实施例，薄膜储能器件还包括电极，所述电极的导电材料为石墨烯或碳纳米纤维纸。石墨烯和碳纳米纤维纸具有良好的导电性和散热性能，适合于集成度较高的应用场景。
本实用新型的实施例提供的发电及储能集成装置可以应用于可移动电子设备中，利用薄膜光伏器件和摩擦发电器件进行同时或交替供电，并通过薄膜储能器件储存电能，显著提升了该集成装置使用的稳定性和可靠性。
本实用新型实施例的发电及储能集成装置的有益效果在于：将薄膜光伏器件、薄膜储能器件和摩擦发电器件集成为一体形成发电及储能集成装置。在器件设计和机构布局方面，利用共用电极结构，将太阳能和机械能发电以及储能高度集中为一体，具有减少太阳能和机械能发电系统能量损耗，降低成本，提高系统可靠性，提高太阳能和机械能利用效率的特点。这种共用电极的薄膜器件高度集成结构，进一步降低太阳能机械能和储能器件的使用成本，具有极佳的便携性能。本实用新型发电及储能集成装置在微型发电储能器件的应用，可作为新一代能源转换与存储技术系统，应用前景十分广泛。
附图说明
通过附图所示，本实用新型的上述及其他目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。
图1为本实用新型的发电及储能集成装置实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型的发电及储能集成装置实施例二的工作原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面采用具体实施例对本实用新型上述实施例的技术方案进行详细说明。
实施例一
图1为本实用新型的发电及储能集成装置实施例一的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种发电及储能集成装置，包括依次层叠的上电极层11、薄膜光伏器件20、第一共用电极层13、薄膜储能器件30、第二共用电极层14、整流器件40、第三共用电极层15、摩擦发电器件50和下电极层12；上电极层11和第二共用电极层14电连接；第二共用电极层14和所述下电极层12电连接；第一共用电极层13和所述第三共用电极层15电连接。本实施例提供的发电及储能集成装置，将太阳能光伏发电、摩擦发电和储能集成耦合在一起，既提高了系统的利用效率，同时还增加了系统的总发电量。
举例来说，在本实施例中：薄膜光伏器件20、薄膜储能器件30和摩擦发电器件50可以均为柔性材料。柔性材料不仅有利于配合使用的场景和环境，还有利于紧密贴合产生机械能的物体或人体。尤其是其应用在可穿戴电子产品领域，可以提升便携性。该发电及储能集成装置通过第一共用电极层13和第三共用电极层15向外输出电流。
举例来说，在本实施例中：薄膜储能器件30可以为锂离子电池、铝电解电容器、电化学超级电容器或聚合物薄膜电池。薄膜储能器件30还包括电极，电极的导电材料为石墨烯或碳纳米纤维纸。石墨烯和碳纳米纤维纸具有良好的导电性和散热性能，适合于集成度较高的应用场景。
薄膜储能器件30可以以第一共用电极层13或第二共用电极层14为结构基底。薄膜储能器件30可以直接在第一共用电极层13或第二共用电极层14上制备，进一步增加了装置的集成度和可靠性。比如薄膜储能器件30可以是薄膜锂电池，其包括电流收集极、正极、电解质、负极和封装保护膜，厚度为5-10μm。薄膜锂电池结构为Al/Li8V2O5/LiPON/V2O5/Au，其中LiPON是固态电解质，Li8V2O5是正极，V2O5是负极。Al和Au是金属导电层，用于和光伏电池及整流桥的连接。负极还可以是石墨稀等碳基导电薄膜。
举例来说，在本实施例中：薄膜光伏器件20可以为硅基薄膜、碲化镉薄膜、染料敏化薄膜、钙钛矿薄膜或铜铟镓硒薄膜。摩擦发电器件50产生交流电流经整流器件40转换为直流电流。整流器件40为整流桥。摩擦发电器件50包括导电层和摩擦层。摩擦发电器件50是利用得失电子能力不同的两种材料之间的相互摩擦，发生表面电荷转移，将以各种形式广泛存在的机械能转变为电能。薄膜光伏器件20、薄膜储能器件30、整流器件40和摩擦发电器件50依次紧密贴合封装。发电及储能集成装置可以将上述器件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。其中所有器件在结构上已组成一个整体，形成集成电路，有利于实现发电及储能集成装置的微小型化、低功耗、智能化和高可靠性。
实施例二
图2为本实用新型的发电及储能集成装置实施例二的工作原理图。在图2所示的发电及储能集成装置工作原理图中，上电极层为透明导电层(图中未显示)。透明导电层可将太阳光透过至薄膜光伏器件20被吸收。该装置在使用时薄膜光伏器件20处于上层，面对太阳光，以便于最大程度的利用光照，提高工作时的光电转换效率。而下层为摩擦发电器件50可以最大程度地贴近产生机械能的物体或人体，便于充分地吸收机械能，并将机械能有效地转化为电能。薄膜储能器件30位于薄膜光伏器件20和摩擦发电器件50之间，这样有利于储存薄膜光伏器件20和摩擦发电器件50所产生的电能，并且各层器件可以通过共用电极层的方式集成，使整个装置系统的集成度显著提升。薄膜光伏器件20和摩擦发电器件50通过并联方式与薄膜储能器件30连接，可以在薄膜光伏器件20或摩擦发电器件50出现故障或供能不足的情况下继续保障薄膜储能器件30获得电能供应，显著提升了该集成装置使用的稳定性和可靠性。
本实施例提供的发电及储能集成装置可以应用于可移动电子设备中，利用薄膜光伏器件和摩擦发电器件进行同时或交替供电，并通过薄膜储能器件储存电能，解决了现有技术中可移动电子设备的蓄电池体积大、难以长时间连续供电的问题，显著增加了其便携性能，用途十分广泛。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.发电及储能集成装置，其特征在于：
包括依次层叠的上电极层、薄膜光伏器件、第一共用电极层、薄膜储能器件、第二共用电极层、整流器件、第三共用电极层、摩擦发电器件和下电极层；
所述上电极层和所述第二共用电极层电连接；所述第二共用电极层和所述下电极层电连接；所述第一共用电极层和所述第三共用电极层电连接。
2.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：
所述发电及储能集成装置通过所述第一共用电极层和所述第一共用电极层向外输出电流。
3.根据权利要求1或2所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述薄膜光伏器件、所述薄膜储能器件和所述摩擦发电器件均为柔性材料。
4.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述薄膜储能器件为锂离子薄膜电池、铝电解电容器、电化学超级电容器或聚合物薄膜电池。
5.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述薄膜储能器件以所述第一共用电极层或所述第二共用电极层为结构基底。
6.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述薄膜光伏器件为硅基薄膜、碲化镉薄膜、染料敏化薄膜、钙钛矿薄膜或铜铟镓硒薄膜。
7.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述上电极层为透明导电层。
8.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述整流器件包括整流桥。
9.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述整流器件将所述摩擦发电器件产生的交流电流转换为直流电流。
10.根据权利要求1所述的发电及储能集成装置，其特征在于：所述薄膜光伏器件、所述薄膜储能器件、所述整流器件和所述摩擦发电器件依次紧密贴合封装。
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