[發明專利]一種可穿戴集成式太陽能收集織物及其制備方法

在審

• 申請號: 202111119968.2
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN114023883A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 彭慧勝;孫雪梅;康欣悅;盧西亞諾F.貝澤爾;黃捷思
• 申請（專利權）人: 復旦大學;瑞士聯邦材料科技研究所
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48;G02B19/00;H01G9/20;H02S10/40;H02S30/20
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體為一種可穿戴集成式太陽能收集織物及其制備方法。本發明通過可穿戴太陽能聚光器與纖維太陽能電池的集成，不僅保持了各組分的可穿戴性，還通過擴大光子收集面積、獲取原本從纖維縫隙透過的光子、充分利用纖維太陽能電池的整個圓周面，達到全方位收集光的優勢，使得整體能量收集效率得以提升。測試結果表明，纖維太陽能電池的光電轉換效率顯著提高了84％，并且整體器件具有極高的聚光系數（1.57）以及聚光效率（7.85％）。本發明太陽能電池集成織物的良好的能量收集性能、可穿戴性以及簡便的集成方式，表明在可穿戴電子設備供能系統中具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種可穿戴太陽能收集織物。

背景技術

隨著多功能可穿戴電子設備的持續發展，對于便攜、柔性和實時供電的需求日益迫切。太陽能電池作為可實現實時光電轉換的供能器件得以快速發展。其中，纖維太陽能電池呈纖維結構具有高度柔性，是目前在集成織物中使用最多的太陽能電池。但編織成織物后，纖維太陽能電池僅上半表面能接收正上方入射的太陽光，并且部分入射光從纖維之間的縫隙透過而無法利用，因此無法發揮纖維太陽能電池360°受光的優勢，從而難以實現最優的光電轉換效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種受光面積大、光電轉換效率高的可穿戴集成式太陽能收集織物及其制備方法。

本發明提供的可穿戴集成式太陽能收集織物，由可穿戴太陽能聚光器與纖維太陽能電池集合而成；其中，纖維太陽能電池（記為組分1）在太陽能聚光器（記為組分2）中的集成密度范圍為一個單位到最大集成密度；其集成方式包括如下四種：

(a) 組分1在組分2的側面；

(b) 組分1在組分2的上面；

(c) 組分1嵌入在組分2的中間；

(d)上述任意兩種或三種方式的排列組合。

其中，集成密度為：纖維太陽能電池（組分1）數量/太陽能聚光器（組分2）體積，即單位體積太陽能聚光器上集成的纖維太陽能電池的數量。所述最大集成密度為：在一個單位體積太陽能聚光器（組分2）中集成纖維太陽能電池（組分1）的最大數量；包括組分1在組分2內部緊密堆積，以及組分1在組分2外表面單層緊密排列堆積狀況下的組分1的數量。

本發明中：

組分1—纖維太陽能電池，包括纖維染料敏化太陽能電池、纖維有機太陽能電池、纖維鈣鈦礦太陽能電池等所有纖維狀太陽能電池；單根電極直徑為100-200 μm。

組分2—可穿戴太陽能聚光器，以兩親性共聚物為基體、以熒光染料為光活性分子的柔性可穿戴太陽能聚光器。

本發明中，兩組分的結合方式單純通過物理貼附即可達到提升性能的效果。

本發明中，所述纖維太陽能電池中，單根纖維電池從封裝層引出的兩電極間用熱熔膠隔開，以防相互接觸造成短路；多根纖維電池通過陽極和相鄰電池的陰極依次相連的方式實現串聯，通過相鄰電池的陽極依次相連和相鄰電池的陰極依次相連的方式實現并聯；通過改變纖維電池的數量可調節整個集成器件的開路電壓與短路電流，以實現與負載之間的匹配。

本發明提供的可穿戴集成式太陽能收集織物，通過可穿戴太陽能聚光器與纖維太陽能電池的集成，擴大了光子收集面積、獲取了原本從纖維縫隙透過的光子，充分利用纖維太陽能電池的整個圓柱表面，達到全方位收集光的優勢。

作為示例，設太陽能收集織物面積為0.3 cm³，包含五根纖維太陽能電池和一塊太陽能聚光器。該集成織物具有0.89 mW的高輸出功率，能為多種可穿戴電子設備供電，例如，纖維憶阻器、纖維發光二極管、纖維傳感器、纖維晶體管以及纖維鋰離子電池。這種高性能且可穿戴的太陽能收集織物可與多種設備集成應用。

本發明提供的可穿戴集成式太陽能收集織物的制備方法，具體步驟如下：

（1）纖維太陽能電池的制備