[發明專利]一種提高鈣鈦礦太陽電池組件性能和熱穩定性的方法

在審

• 申請號: 201810188176.2
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN110247627A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 李燦;郭鑫;傅平;秦煒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H02S40/42
• 分類號: H02S40/42;H02S40/44
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明為一種采用大面積鈣鈦礦太陽電池組件與不小于電池面積的熱電發電器件模塊耦合的方法，該方法將熱電發電器件模塊與大面積鈣鈦礦太陽電池組件采用串聯或者并聯連接疊合構成的復合組件。本發明的優點有:1)可提高太陽能中光能和熱能的利用效率，即鈣鈦礦太陽電池組件主要利用紫外和可見光波段，熱電發電器件主要利用紅外光(熱能)以及太陽電池自身光電轉換熱離化所產生的廢熱，從而提高組件的功率輸出，復合組件相對于單個太陽電池組件的最大輸出功率提高了24％；2)熱電組件可及時帶走太陽電池長時間光照和工作時產生的廢熱，使太陽電池組件保持恒定溫度，延長其使用壽命，從而得到更高更穩定的輸出功率。

技術領域

本發明涉及一種提高大面積鈣鈦礦太陽電池組件性能和熱穩定性的技術領域，具體為一種提高鈣鈦礦太陽電池組件性能和熱穩定性的方法，采用大面積鈣鈦礦太陽電池組件與不小于電池面積的熱電發電器件模塊耦合制備的復合組件，不僅可拓寬太陽光譜的吸收利用，提升鈣鈦礦太陽電池的效率；且可及時帶走電池組件長時間被太陽光照和工作時產生的廢熱，延長了鈣鈦礦電池組件的使用壽命，從而得到更高更穩定的輸出功率。

背景技術

太陽能利用主要包括光能和熱能，大面積太陽電池組件可接收太陽光輻射中的紫外和可見光，長波段的紅外光并不能被有效利用，幾乎80％以上的能量并未轉化為電能，其中波長0.5～1.2μm的部分輻射轉化為熱能，而波長大于1.2μm的輻射全部轉化為熱能，這些熱能使大面積太陽電池組件的溫度升高，影響其轉換效率和壽命；因此大面積太陽電池組件光電轉換過程中自身產熱和光照升溫的這部分熱量亟需被帶走以降低太陽電池板的溫度，從而保證太陽電池的轉換效率和穩定性。

其中硅電池目前已經商業化應用，而鈣鈦礦電池憑借其優異的光電性能、制備工藝簡單及材料成本低廉等諸多優勢受到廣泛關注，被認為是目前最有應用前景的新型薄膜太陽電池之一。盡管鈣鈦礦電池的最新認證效率已經達到22.1％，但均是基于實驗室尺度范圍內的小面積器件(≤1cm²)，而且鈣鈦礦太陽電池對溫度的變化更為敏感，當溫度高于45℃時，鈣鈦礦結構就會由四角相轉變成立方相，立方相鈣鈦礦結構的內部缺陷增加，導致其載流子的擴散長度降低，從而降低電池的光電轉換性能和穩定性。因此，目前制約鈣鈦礦電池進入商業市場的重要瓶頸是大面積鈣鈦礦電池組件無法復制小面積電池的光電轉換效率和光熱穩定性較差。

雖然很多科學家采用新型熱穩定性良好的的傳輸層材料和無機鈣鈦礦材料等提高其自身的熱穩定性，但是最終的光電轉換效率并不理想，在此我們提出引入熱電發電器件制備大面積鈣鈦礦太陽電池組件/大面積熱電組件的耦合組件。熱電組件不僅可直接將太陽光熱能和電池自身廢熱轉換為電能，而且具有無噪音，無轉動部件，環境友好等優勢。因此大面積鈣鈦礦太陽電池組件和熱電組件的耦合組件不僅可以有效利用太陽能全光譜，而且可以有效的將廢熱再利用，延長大面積鈣鈦礦電池的使用壽命，最終耦合組件的輸出功率為光伏電池和熱電發電器件兩者輸出功率之和，相對于單個鈣鈦礦太陽電池組件或熱電組件將會有更高更穩定的功率輸出。

據我們所知，目前關于大面積鈣鈦礦太陽電池組件和大面積熱電發電器件耦合組件的這種探索研究目前仍是一個空白，實現兩者的耦合兼具有理論和實際意義。

發明內容

本發明是采用大面積鈣鈦礦太陽電池組件與不小于電池面積的熱電發電器件模塊耦合，旨在提高大面積鈣鈦礦太陽電池組件性能和熱穩定性的技術領域，特指一種將熱電發電器件模塊與大面積鈣鈦礦太陽電池組件采用串聯或者并聯的辦法進行接觸式的耦合連接。本發明的優點在于：其一提高太陽能中光能和熱能的高效利用，即太陽電池組件主要利用紫外和可見光波段，熱電發電器件主要利用紅外光以及太陽電池自身光電轉換熱離化所產生的廢熱；其二在于熱電發電器件可及時帶走太陽電池長時間光照和工作時產生的廢熱，使電池組件保持恒定溫度，延長其使用壽命，從而得到更高更穩定的輸出功率。