一种基于的制作方法

一种基于
ⅲ-ⅴ
族半导体的高效太阳能电池结构
技术领域
[0001]
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种基于
ⅲ-ⅴ
族半导体的高效太阳能电池结构。


背景技术：

[0002]
自二十世纪到二十一世纪，随着人倾生活的进步，对于能源的需求是愈来愈高，但由于地球可用资源有限，为免资源耗尽，太阳能产业应运而生，太阳能是一种绿色环保的永续能源，开发太阳能电池可以将光能储存从而得到利用。太阳能电池是半导体吸收光量或光子后，电子被激发并发生跃迁，激发的电子驱动电路从而形成电池半导体。目前使用的各式太阳能电池材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅等半导体种类或iii-v族、二六族的元素链接的材料。
[0003]
iii-v族太阳能电池，又称为聚光型太阳能电池，具有远高于硅晶太阳能电池的光电转换效率。iii-v族太阳能电池是以在iii-v族基板上，以化学气相沉积法形成薄膜，此类薄膜太阳能电池结构很早就应用在人造卫星的太阳能电池板上，具有可吸收光谱范围极广且转换效率可高逾30％、且寿命较其它种类太阳能电池长、性质稳定的优点。
[0004]
iii-v族太阳能电池尽管不需要用到硅晶，但芯片成本仍然相对高昂，而且目前的太阳能电池没有相对应的保护措施，致使其寿命仍然不长，并且由于太阳光的照射角度是实时变化的，因此导致吸光效率随着照射角的变化而降低，同时无法对白天的多余太阳能进行收集，致使iii-v族太阳能电池的光电转化率难以提高。


技术实现要素：

[0005]
1．要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于
ⅲ-ⅴ
族半导体的高效太阳能电池结构，可以通过在吸光层上设置多根引光棒的方式，不仅可以辅助吸光层提高吸光效率，同时可以自主感知太阳照射角度，利用不同太阳光照射引起的温度变化，从而控制引光棒朝向温度高的方向倾斜，实现引光棒的自主追光，实时与太阳光近似保持直射来提高吸光效果，并且可以通过预埋的蓄光包对白天多余的太阳能进行吸收储存，在夜晚通过控粉膜和遮光粉的配合，对面向外界的方向进行覆盖遮光，强制将蓄光包的放光方向导向面向
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层的角度，从而提高对光能的利用率，显著提升光电转化效率。
[0006]
2．技术方案为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0007]
一种基于
ⅲ-ⅴ
族半导体的高效太阳能电池结构，包括保护底板，所述保护底板外端密封套接有防护外壳，所述防护外壳内端连接有位于保护底板上侧的透明基板，所述透明基板上端连接有非晶硅层，所述非晶硅层上端连接有
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层，所述
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层上端连接有透明导光层，所述透明导光层上端连接有吸光层，所述吸光层上端连接有多根均匀分布的引光棒，所述引光棒包括导光柱、吸光帽和追光套，所述追光套
固定套接于导光柱外端，且导光柱与吸光层上端连接，所述吸光帽连接于导光柱上端，所述追光套包括包裹套和多根温控丝，且温控丝均匀镶嵌于包裹套内。
[0008]
进一步的，所述包裹套外端镶嵌连接有多个均匀分布的光热球，所述光热球内端与温控丝之间连接有导热丝，光热球可以将光能转化为热能，然后通过导热丝传导热量对温控丝进行加热，从而触发其收缩动作，形成向高热能区域的弯曲。
[0009]
进一步的，所述包裹套采用柔性隔热材料制成，所述光热球采用光热转化材料制成，所述温控丝采用热缩材料制成。
[0010]
进一步的，所述包裹套内端镶嵌连接有蓄光包，且蓄光包采用蓄光材料制成，蓄光包可以将白天多余的光能进行部分储存用于在夜晚释放，延长光电转化时间，所述导光柱与吸光帽之间开设有控光椭球腔，所述控光椭球腔底壁上连接有控粉膜，所述控粉膜外表面附着有遮光粉，在白天由于气温较高的原因，控粉膜内气体会受热膨胀导致控粉膜鼓包，控粉膜上附着的遮光粉向边缘滑落，不会阻挡吸光帽到导光柱的光路，在夜晚气温降低后控粉膜内气体收缩，控粉膜恢复原状边缘的遮光粉重新滑落至原位，对控粉膜进行全面均匀的覆盖，阻挡导光柱到吸光帽的光路，进而在蓄光包释放光能时减少向外界的逸散。
[0011]
进一步的，所述控粉膜包括透光膜层，所述透光膜层外表面上开设有多个均匀分布的滞留槽，所述透光膜层外表面上还连接有多根均匀分布的分布导光纤维，且滞留槽与分布导光纤维之间交错排布，滞留槽用于临时性的容纳遮光粉，分布导光纤维则起到促进遮光粉均匀分布的作用，协同配合后可以避免遮光粉在透光膜层瘪陷时直接大范围的快速聚集至中央，导致边缘覆盖率较低，滞留槽可以延缓遮光粉的滑落速度，配合滞留槽的单点容纳特性可以辅助遮光粉于透光膜层外表面均匀分布，实现全面覆盖的高质量遮光效果，同时滞留槽可以改善透光膜层的透光效果，减少光照反射。
[0012]
进一步的，所述控粉膜内填充低密度高导热性的气体，且控粉膜采用透明弹性材料制成，所述遮光粉采用轻质黑色材料制成，且遮光粉的粒径大于分布导光纤维的长度，控粉膜内气体较轻受热时膨胀程度较大，同时本身不会影响光路传播，遮光粉在密集分布时则可以有效阻挡光路传播，并且遮光粉在透光膜层上密集分布时会将分布导光纤维覆盖住，光线无法从分布导光纤维处漏出导致损失。
[0013]
进一步的，所述导光柱采用柔性导光材料制成，所述透明导光层采用硬性透明导光材料制成，且硬性透明导光材料为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡中的任意一种透明导光导电氧化物。
[0014]
进一步的，所述吸光帽和吸光层均采用吸光材料制成，且吸光帽和吸光层外表面均设为漫反射面，漫反射面可以提高吸光帽和吸光层的吸光效率。
[0015]
进一步的，所述
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层自上至下依次包括n型半导体层、本征半导体层和p型半导体层。
[0016]
进一步的，相邻所述引光棒之间的距离与引光棒的长度比为1：0.8-1，可以保证引光棒具有足够的偏转空间来实现追光，同时尽可能的密集分布来提高吸光效率。
[0017]
3．有益效果相比于现有技术，本发明的优点在于：（1）本方案可以通过在吸光层上设置多根引光棒的方式，不仅可以辅助吸光层提高吸光效率，同时可以自主感知太阳照射角度，利用不同太阳光照射引起的温度变化，从而控制
引光棒朝向温度高的方向倾斜，实现引光棒的自主追光，实时与太阳光近似保持直射来提高吸光效果，并且可以通过预埋的蓄光包对白天多余的太阳能进行吸收储存，在夜晚通过控粉膜和遮光粉的配合，对面向外界的方向进行覆盖遮光，强制将蓄光包的放光方向导向面向
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层的角度，从而提高对光能的利用率，显著提升光电转化效率。
[0018]
（2）包裹套外端镶嵌连接有多个均匀分布的光热球，光热球内端与温控丝之间连接有导热丝，光热球可以将光能转化为热能，然后通过导热丝传导热量对温控丝进行加热，从而触发其收缩动作，形成向高热能区域的弯曲。
[0019]
（3）包裹套内端镶嵌连接有蓄光包，且蓄光包采用蓄光材料制成，蓄光包可以将白天多余的光能进行部分储存用于在夜晚释放，延长光电转化时间。
[0020]
（4）导光柱与吸光帽之间开设有控光椭球腔，控光椭球腔底壁上连接有控粉膜，控粉膜外表面附着有遮光粉，在白天由于气温较高的原因，控粉膜内气体会受热膨胀导致控粉膜鼓包，控粉膜上附着的遮光粉向边缘滑落，不会阻挡吸光帽到导光柱的光路，在夜晚气温降低后控粉膜内气体收缩，控粉膜恢复原状边缘的遮光粉重新滑落至原位，对控粉膜进行全面均匀的覆盖，阻挡导光柱到吸光帽的光路，进而在蓄光包释放光能时减少向外界的逸散。
[0021]
（5）控粉膜包括透光膜层，透光膜层外表面上开设有多个均匀分布的滞留槽，透光膜层外表面上还连接有多根均匀分布的分布导光纤维，且滞留槽与分布导光纤维之间交错排布，滞留槽用于临时性的容纳遮光粉，分布导光纤维则起到促进遮光粉均匀分布的作用，协同配合后可以避免遮光粉在透光膜层瘪陷时直接大范围的快速聚集至中央，导致边缘覆盖率较低，滞留槽可以延缓遮光粉的滑落速度，配合滞留槽的单点容纳特性可以辅助遮光粉于透光膜层外表面均匀分布，实现全面覆盖的高质量遮光效果，同时滞留槽可以改善透光膜层的透光效果，减少光照反射。
[0022]
（6）控粉膜内填充低密度高导热性的气体，且控粉膜采用透明弹性材料制成，遮光粉采用轻质黑色材料制成，且遮光粉的粒径大于分布导光纤维的长度，控粉膜内气体较轻受热时膨胀程度较大，同时本身不会影响光路传播，遮光粉在密集分布时则可以有效阻挡光路传播，并且遮光粉在透光膜层上密集分布时会将分布导光纤维覆盖住，光线无法从分布导光纤维处漏出导致损失。
[0023]
（7）吸光帽和吸光层均采用吸光材料制成，且吸光帽和吸光层外表面均设为漫反射面，漫反射面可以提高吸光帽和吸光层的吸光效率。
[0024]
（8）相邻引光棒之间的距离与引光棒的长度比为1：0.8-1，可以保证引光棒具有足够的偏转空间来实现追光，同时尽可能的密集分布来提高吸光效率。
附图说明
[0025]
图1为本发明正常状态下的结构示意图；图2为本发明引光棒的结构示意图；图3为图2中a处的结构示意图；图4为本发明控粉膜的剖视图；图5为本发明控粉膜夜晚状态下的结构示意图；图6为本发明
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层的结构示意图；
图7为本发明追光状态下的结构示意图。
[0026]
图中标号说明：1保护底板、2防护外壳、3透明基板、4非晶硅层、5
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族多晶半导体层、51n型半导体层、52本征半导体层、53p型半导体层、6透明导光层、7吸光层、8引光棒、81导光柱、82吸光帽、83追光套、831包裹套、832温控丝、833光热球、834导热丝、9控光椭球腔、10控粉膜、101透光膜层、102滞留槽、103分布导光纤维、11遮光粉、12蓄光包。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]
实施例1：请参阅图1，一种基于
ⅲ-ⅴ
族半导体的高效太阳能电池结构，包括保护底板1，保护底板1外端密封套接有防护外壳2，防护外壳2内端连接有位于保护底板1上侧的透明基板3，透明基板3上端连接有非晶硅层4，非晶硅层4上端连接有
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层5，
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层5上端连接有透明导光层6，透明导光层6上端连接有吸光层7，吸光层7上端连接有多根均匀分布的引光棒8。
[0031]
请参阅图2-3，引光棒8包括导光柱81、吸光帽82和追光套83，追光套83固定套接于导光柱81外端，且导光柱81与吸光层7上端连接，吸光帽82连接于导光柱81上端，追光套83包括包裹套831和多根温控丝832，且温控丝832均匀镶嵌于包裹套831内。
[0032]
导光柱81采用柔性导光材料制成，透明导光层6采用硬性透明导光材料制成，且硬性透明导光材料为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌锡中的任意一种透明导光导电氧化物。
[0033]
吸光帽82和吸光层7均采用吸光材料制成，且吸光帽82和吸光层7外表面均设为漫反射面，漫反射面可以提高吸光帽82和吸光层7的吸光效率。
[0034]
包裹套831外端镶嵌连接有多个均匀分布的光热球833，光热球833内端与温控丝832之间连接有导热丝834，光热球833可以将光能转化为热能，然后通过导热丝834传导热量对温控丝832进行加热，从而触发其收缩动作，形成向高热能区域的弯曲。
[0035]
包裹套831采用柔性隔热材料制成，光热球833采用光热转化材料制成，例如黑色
炭基材料，温控丝832采用热缩材料制成，热缩材料又称高分子形状记忆材料，是高分子材料与辐射加工技术交叉结合的一种智能型材料。
[0036]
包裹套831内端镶嵌连接有蓄光包12，且蓄光包12采用蓄光材料制成，蓄光包12可以将白天多余的光能进行部分储存用于在夜晚释放，延长光电转化时间。
[0037]
请参阅图4-5，导光柱81与吸光帽82之间开设有控光椭球腔9，控光椭球腔9底壁上连接有控粉膜10，控粉膜10外表面附着有遮光粉11，在白天由于气温较高的原因，控粉膜10内气体会受热膨胀导致控粉膜10鼓包，控粉膜10上附着的遮光粉11向边缘滑落，不会阻挡吸光帽82到导光柱81的光路，在夜晚气温降低后控粉膜10内气体收缩，控粉膜10恢复原状边缘的遮光粉11重新滑落至原位，对控粉膜10进行全面均匀的覆盖，阻挡导光柱81到吸光帽82的光路，进而在蓄光包12释放光能时减少向外界的逸散。
[0038]
控粉膜10包括透光膜层101，透光膜层101外表面上开设有多个均匀分布的滞留槽102，透光膜层101外表面上还连接有多根均匀分布的分布导光纤维103，且滞留槽102与分布导光纤维103之间交错排布，滞留槽102用于临时性的容纳遮光粉11，分布导光纤维103则起到促进遮光粉11均匀分布的作用，协同配合后可以避免遮光粉11在透光膜层101瘪陷时直接大范围的快速聚集至中央，导致边缘覆盖率较低，滞留槽102可以延缓遮光粉11的滑落速度，配合滞留槽102的单点容纳特性可以辅助遮光粉11于透光膜层101外表面均匀分布，实现全面覆盖的高质量遮光效果，同时滞留槽102可以改善透光膜层101的透光效果，减少光照反射。
[0039]
控粉膜内填充低密度高导热性的气体，且控粉膜采用透明弹性材料制成，遮光粉采用轻质黑色材料制成，且遮光粉11的粒径大于分布导光纤维103的长度，控粉膜内气体较轻受热时膨胀程度较大，同时本身不会影响光路传播，遮光粉在密集分布时则可以有效阻挡光路传播，并且遮光粉11在透光膜层101上密集分布时会将分布导光纤维103覆盖住，光线无法从分布导光纤维103处漏出导致损失。
[0040]
请参阅图6，
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层5自上至下依次包括n型半导体层51、本征半导体层52和p型半导体层53。
[0041]
请参阅图7，相邻引光棒8之间的距离与引光棒8的长度比为1：0.8-1，可以保证引光棒8具有足够的偏转空间来实现追光，同时尽可能的密集分布来提高吸光效率。
[0042]
本发明可以通过在吸光层7上设置多根引光棒8的方式，不仅可以辅助吸光层7提高吸光效率，同时可以自主感知太阳照射角度，利用不同太阳光照射引起的温度变化，从而控制引光棒8朝向温度高的方向倾斜，实现引光棒8的自主追光，实时与太阳光近似保持直射来提高吸光效果，并且可以通过预埋的蓄光包12对白天多余的太阳能进行吸收储存，在夜晚通过控粉膜10和遮光粉11的配合，对面向外界的方向进行覆盖遮光，强制将蓄光包12的放光方向导向面向
ⅲ-ⅴ
族多晶半导体层5的角度，从而提高对光能的利用率，显著提升光电转化效率。
[0043]
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。