[發明專利]一種基于Cu-ZnO薄膜的自控太陽能薄膜電池

有效

• 申請號: 201210037482.9
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN102544123A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊平;張立強
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/072;H02J7/35
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池結構，尤其是一種利用Cu-ZnO薄膜作為太陽能電池控制電路的太陽能薄膜電池。

背景技術

隨著微/納/光電子技術的發展，透明導電薄膜材料被廣泛的用于激光器、太陽能電池、探測器、傳感器等領域。因此，薄膜材料的性質決定了薄膜元器件的性質。納米陶瓷薄膜是由金屬和陶瓷材料（介質材料）所構成的復合薄膜，因其具有優良的光學特性，被廣泛的應用于光學器件、信息存儲及太陽能電池等方面。

中國專利公開號為CN201054355公開一種納米硅太陽能薄膜電池，采用硅薄膜作為太陽能電池，在工作時，外部需依靠太陽能控制器實現對外部設備進行供電，而采用太陽能控制器時必須與薄膜電池通過引線進行連接。因控制結構處于外部，所以具有易損壞、壽命低，影響了太陽能電池板特別是薄膜電池的發展及應用。

發明內容

本發明的目的是為克服現有薄膜太陽能電池外圍控制電路易損壞而提出一種基于Cu摻雜ZnO薄膜集成的、能夠自動控制的新型太陽能薄膜電池，降低設計制造和維修成本，提高薄膜太陽能電池的整體使用壽命。

本發明采用的技術方案是：最外部是透明玻璃罩，透明玻璃罩內部的最上部是Cu-ZnO納米薄膜，Cu-ZnO納米薄膜的正下部連接PN異質結構，N型異質結位于P型異質結上部且與Cu-ZnO納米薄膜相接；由Cu-ZnO納米薄膜、內置紐扣電源和電磁開關相連接組成位于透明玻璃罩內部的第一回路；由N型異質結、P型異質結、電磁開關和位于透明玻璃罩外部的蓄電池連接組成第二回路；由電磁開關、位于透明玻璃罩外部的功率器件及蓄電池相連接組成放電回路；太陽光透過透明玻璃罩射入Cu-ZnO納米薄膜，波長在415nm左右的可見光線被Cu-ZnO納米薄膜吸收，其余光線透過Cu-ZnO納米薄膜到達N型異質結和P型異質結產生電勢；所述第一回路導通，電磁開關工作，接通所述第二回路，由N型異質結和P型異質結產生的電勢對蓄電池充電；無太陽光時所述第一回路斷開，電磁開關不工作，所述放電回路導通對功率器件供電。?

本發明的優點是：與現有的薄膜電池相比，本發明將Cu-ZnO納米薄膜作為太陽能電池的控制電路并集成到薄膜太陽能電池板中，利用Cu-ZnO納米薄膜在可見光范圍內的光學特性，實現對薄膜太陽能電池充放電的自動控制，形成了具有自控特征的新型太陽能電池。本發明無需再附加太陽能控制器，通過取代原有控制電路，從根本上解決當前薄膜太陽能電池需要添加外圍控制電路且外圍控制電路易損壞、壽命低的問題，降低外圍電路的設計制造和維修成本，提高了薄膜太陽能電池的使用壽命。

附圖說明

圖1?本發明基于Cu-ZnO薄膜的自控太陽能薄膜電池的結構及工作原理示意圖；

圖2是圖1中基于Cu-ZnO薄膜的自控太陽能薄膜電池的內部集成及外部電路連接示意圖；

圖3?是可見光范圍內Cu-ZnO納米薄膜4的吸收特性；

圖1及圖2中各部分分別代表如下：1.電磁開關；2.內置紐扣電源；3.透明玻璃罩；4.Cu-ZnO納米薄膜；5.功率器件（以燈泡為例）；6.N型異質結；7.P型異質結；8.蓄電池。?

具體實施方式

參見圖1和圖2所示，本發明最外部是透明玻璃罩3，透明玻璃罩3為本發明提供保護作用，但又不影響太陽光線的透過，太陽光由上向下照射在透明玻璃罩3上并透過透明玻璃罩3。蓄電池8位于透明玻璃罩3外部，在透明玻璃罩3的內部中，最上部是Cu-ZnO納米薄膜4，Cu-ZnO納米薄膜4的正下部連接PN異質結構，其中N型異質結6位于P型異質結7上部且與Cu-ZnO納米薄膜4相接。透明玻璃罩3內部還設有電磁開關1和內置紐扣電源2，Cu-ZnO納米薄膜4通過內置紐扣電源2連接電磁開關1，電磁開關1再連接Cu-ZnO納米薄膜4，由此，Cu-ZnO納米薄膜4、內置紐扣電源2和電磁開關1三者在透明玻璃罩3內組成本發明的第一回路。N型異質結6通過電磁開關1連接位于透明玻璃罩3外部的蓄電池8，蓄電池8再連接P型異質結7，由此，N型異質結6、電磁開關1、蓄電池8和P型異質結7組成本發明的第二回路。本發明將Cu-ZnO納米薄膜4集成在PN異質結構與透明玻璃罩3之間，與電磁開關1、內置紐扣電源2、N型異質結6及P型異質結7共同構成本發明透明玻璃罩3內部中的集成結構。位于透明玻璃罩3外部的蓄電池8通過引線與透明玻璃罩3內部的集成結構相連接，同時，蓄電池8通過引線與功率器件5相連接，由電磁開關1、功率器件5及蓄電池8相連接組成放電回路。

由圖3可知，Cu摻雜ZnO納米薄膜（Cu摻雜量q=0.3，體積分數）在415nm的波段具有一個吸收峰?？梢詫⒖梢姽獠ㄩL大致分為三個區域：I、III?為透射區，II為吸收區。在透射區，有超過80%的大部分的光線透過Cu-ZnO納米薄膜4后照射到PN異質結。在吸收區，光線被Cu-ZnO納米薄膜4吸收。因此，本發明工作時，當日光照射時，太陽光線透過透明玻璃罩3射入Cu-ZnO納米薄膜4，其中波長在415nm左右的可見光線被Cu-ZnO納米薄膜4吸收，其余光線透過Cu-ZnO納米薄膜4到達N型異質結6和P型異質結7產生電勢。同時，由于Cu-ZnO納米薄膜4吸收了能量之后，使得由Cu-ZnO納米薄膜4、內置紐扣電源2和電磁開關1組成的第一回路導通，電磁開關1工作，電磁開關1工作便接通了由N型異質結6、電磁開關1、蓄電池8和P型異質結7組成的第二回路，實現太陽能轉化為電能，此時，由N型異質結6和P型異質結7產生的電勢對蓄電池8進行充電。同理，當無日光照射（即天黑）時，由Cu-ZnO納米薄膜4、內置紐扣電源2和電磁開關1組成的第一回路斷開，電磁開關1斷開不工作，使得由電磁開關1、功率器件5及蓄電池8組成的放電回路導通，實現夜間對功率器件5的供電，此時，蓄電池8作為電源對功率器件4進行供電，實現夜間照明。