一種具有溫差發(fā)電片的集成器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有溫差發(fā)電片的集成器件，其包括鈣鈦礦太陽能電池，所述鈣鈦礦太陽能電池包括導(dǎo)電基底、設(shè)置在所述導(dǎo)電基底上的光陽極、設(shè)在所述光陽極上的鈣鈦礦光敏層及設(shè)置在所述鈣鈦礦光敏層上的碳對(duì)電極。所述集成器件還包括設(shè)置在所述碳對(duì)電極上的溫差發(fā)電片，所述溫差發(fā)電片與所述鈣鈦礦太陽能電池通過串聯(lián)的方式電性連接。本發(fā)明還涉及一種具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法。
【專利說明】
一種具有溫差發(fā)電片的集成器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用相關(guān)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有溫差發(fā)電片的集成器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人們對(duì)煤、石油、天然氣這幾種化石能源的依賴，造成了不斷加深的能源缺乏問題及環(huán)境污染問題，尋求清潔可再生的綠色環(huán)保型能源越來越受到人們的關(guān)注。其中，太陽能電池由于其能夠利用清潔無污染的太陽能制備源源不斷的電能，一直是人們研究的焦點(diǎn)。I丐欽礦材料由于具有尚的吸光度、尚的電子遷移率、材料廉價(jià)、易于合成等特點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于太陽能電池。
[0003]標(biāo)準(zhǔn)太陽光的波長(zhǎng)范圍為300nm?1400nm，鈣鈦礦太陽能電池受到材料禁帶寬度的限制，其通常只能吸收400nm?SOOnm波長(zhǎng)范圍的可見光，太陽光中其余波長(zhǎng)的光都得不到有效的利用，限制了太陽光譜的利用范圍。為解決上述問題，現(xiàn)有的主要解決方案有兩種，一種是對(duì)鈣鈦礦材料進(jìn)行摻雜，調(diào)整鈣鈦礦材料的帶隙從而實(shí)現(xiàn)吸收光譜的擴(kuò)寬，然而這種方式制作工藝繁瑣，改善效果有限；另一種是制備一種疊層或者多節(jié)太陽能電池，不同的節(jié)點(diǎn)吸收不同波長(zhǎng)的太陽光從而實(shí)現(xiàn)全光譜吸收，然而這種方式導(dǎo)致太陽能電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，體積較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種具有溫差發(fā)電片的集成器件，其基于鈣鈦礦太陽能電池的工作特點(diǎn)，將鈣鈦礦太陽能電池與溫差發(fā)電片集成在一起。所述鈣鈦礦太陽能電池將太陽光中的可見光部分轉(zhuǎn)化為電能;碳對(duì)電極同時(shí)作為所述溫差發(fā)電片的吸光層，其能有效吸收太陽光中其他波長(zhǎng)的光并將吸收的光轉(zhuǎn)化為熱能傳導(dǎo)到所述溫差發(fā)電片的熱面層，所述溫差發(fā)電片利用材料的賽貝克特性產(chǎn)生電能，擴(kuò)寬了吸收光譜的范圍，提高了太陽光的利用率，降低了成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，且方便制作。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有溫差發(fā)電片的集成器件，其包括鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于:
[0006]所述鈣鈦礦太陽能電池包括導(dǎo)電基底、設(shè)置在所述導(dǎo)電基底上的光陽極、設(shè)在所述光陽極上的鈣鈦礦光敏層及設(shè)置在所述鈣鈦礦光敏層上的碳對(duì)電極；
[0007]所述集成器件還包括設(shè)置在所述碳對(duì)電極上的溫差發(fā)電片，所述溫差發(fā)電片與所述鈣鈦礦太陽能電池通過串聯(lián)的方式電性連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述溫差發(fā)電片包括連接于所述碳對(duì)電極的熱面層、與所述熱面層間隔設(shè)置的冷面層及連接所述熱面層及所述冷面層的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層與所述碳對(duì)電極電性連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述碳對(duì)電極通過導(dǎo)熱硅脂連接于所述熱面層。
[0010]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法，其包括以下步驟:
[0011](I)預(yù)處理導(dǎo)電基底；
[0012](2)在所述導(dǎo)電基底上形成光陽極；
[0013](3)在所述光陽極上形成鈣鈦礦光敏層；
[0014](4)在所述鈣鈦礦光敏層上形成碳對(duì)電極，以得到鈣鈦礦太陽能電池；
[0015](5)提供一個(gè)溫差發(fā)電片，將所述溫差導(dǎo)電片連接于所述碳對(duì)電極，同時(shí)，所述鈣鈦礦太陽能電池通過串聯(lián)的方式與所述溫差發(fā)電片電性連接。
[0016]進(jìn)一步的，所述溫差發(fā)電片的熱面層通過導(dǎo)熱硅脂連接于所述鈣鈦礦太陽能電池。
[0017]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的具有溫差發(fā)電片的集成器件，其將鈣鈦礦太陽能電池與溫差發(fā)電片集成在一起。所述鈣鈦礦太陽能電池將太陽光中的可見光部分轉(zhuǎn)化為電能;碳對(duì)電極同時(shí)作為所述溫差發(fā)電片的吸光層，其能有效吸收太陽光中其他波長(zhǎng)的光并將吸收的光轉(zhuǎn)化為熱能傳導(dǎo)到所述溫差發(fā)電片的熱面層，所述溫差發(fā)電片利用材料的賽貝克特性產(chǎn)生電能，擴(kuò)寬了吸收光譜的范圍，提高了太陽光的利用率，降低了成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，且方便制作。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的具有溫差發(fā)電片的集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:100-集成器件，10-鈣鈦礦太陽能電池，11-導(dǎo)電基底，111-導(dǎo)電玻璃，112-導(dǎo)電薄膜，12-光陽極，13-鈣鈦礦光敏層，14-碳對(duì)電極，20-溫差發(fā)電片，21-熱面層，22-冷面層，23-半導(dǎo)體層。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明第一實(shí)施方式提供的具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法包括以下步驟:
[0022]第一步，預(yù)處理導(dǎo)電基底。具體地，首先，提供一個(gè)導(dǎo)電基底11，將所述導(dǎo)電基底11用丙酮和乙醇分別超聲清洗15分鐘;之后，將所述導(dǎo)電基底11烘干后再用紫外臭氧清洗機(jī)進(jìn)行表面改性。所述導(dǎo)電基底11的方塊電阻可達(dá)7 Ω/□，光透率大于90%，耐受溫度可達(dá)500°C。本實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電基底11包括導(dǎo)電玻璃111及形成在所述導(dǎo)電玻璃111上的導(dǎo)電薄膜112。
[0023]第二步，制備光陽極。具體地，采用旋涂法在所述導(dǎo)電薄膜112上制備T12致密層及T12多孔層，以得到光陽極12。本實(shí)施方式中，所述致密層的厚度為20nm，所述多孔層的厚度為200nm;可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述致密層的厚度可以為20nm?80nm之間的任意值，所述多孔層的厚度可以為200nm-800nm之間的任意值。
[0024]第三步，制備鈣鈦礦光敏層。具體的，首先將CH3NH3I與PbI2按照摩爾比為1:1配比成γ-丁內(nèi)酯溶液;之后將所述γ-丁內(nèi)酯溶液在60°c下充分混合12小時(shí)，得到黃色的澄清液;最后，采用旋涂法將所述澄清液沉積在所述光陽極12的表面上，以形成鈣鈦礦光敏層13ο
[0025]第四步，制備碳對(duì)電極。具體地，采用尼龍酸二甲酯(DBE)作為有機(jī)載體、丙烯酸樹脂及乙基纖維素作為粘結(jié)劑、石墨粉及炭黑粉作為導(dǎo)電填料通過球磨制備低溫碳漿料;之后，采用絲網(wǎng)印刷工藝將所述低溫碳漿料直接印刷在所述鈣鈦礦光敏層13上，以得到碳對(duì)電極14，完成鈣鈦礦太陽能電池10的制備。
[0026]第五步，集成器件的組成。具體地，提供一個(gè)溫差發(fā)電片20，將所述鈣鈦礦太陽能電池10放置在所述溫差發(fā)電片20的熱面層21上，并采用導(dǎo)熱硅脂將所述鈣鈦礦太陽能電池10與所述熱面層21進(jìn)行連接;之后，將所述鈣鈦礦太陽能電池10與所述溫差發(fā)電片20采用串聯(lián)的方式進(jìn)行電連接，得到具有溫差發(fā)電片的集成器件100。
[0027]本發(fā)明第二實(shí)施方式提供的具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法包括以下步驟:
[0028]第一步，預(yù)處理導(dǎo)電基底。具體地，首先，提供一個(gè)導(dǎo)電基底11，將所述導(dǎo)電基底11用丙酮和乙醇分別超聲清洗15分鐘;之后，將所述導(dǎo)電基底11烘干后再用紫外臭氧清洗機(jī)進(jìn)行表面改性。所述導(dǎo)電基底11的方塊電阻可達(dá)7 Ω/□，光透率大于90%，耐受溫度可達(dá)500°C。本實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電基底11包括導(dǎo)電玻璃111及形成在所述導(dǎo)電玻璃111上的導(dǎo)電薄膜112。
[0029]第二步，制備光陽極。具體地，采用旋涂法在所述導(dǎo)電薄膜112上制備T12致密層及Al2O3多孔層，以得到光陽極12。本實(shí)施方式中，所述致密層的厚度為50nm，所述多孔層的厚度為500nmo
[0030]第三步，制備鈣鈦礦光敏層。具體的，首先將CH3NH3I與PbCl2按照摩爾比為3:1配比成DMF溶液;之后將所述DMF溶液在60 V下充分混合12小時(shí)，得到黃色的澄清液;最后，采用旋涂法將所述澄清液沉積在所述光陽極12的表面上，以形成鈣鈦礦光敏層13。
[0031]第四步，制備碳對(duì)電極。具體地，采用尼龍酸二甲酯(DBE)作為有機(jī)載體、丙烯酸樹脂及乙基纖維素作為粘結(jié)劑、石墨粉及炭黑粉作為導(dǎo)電填料通過球磨制備低溫碳漿料;之后，采用絲網(wǎng)印刷工藝將所述低溫碳漿料直接印刷在所述鈣鈦礦光敏層13上，以得到碳對(duì)電極14，完成鈣鈦礦太陽能電池10的制備。
[0032]第五步，集成器件的組裝。具體地，提供一個(gè)溫差發(fā)電片20，將所述鈣鈦礦太陽能電池10放置在所述溫差發(fā)電片20的熱面層21上，并采用導(dǎo)熱硅脂將所述鈣鈦礦太陽能電池10與所述熱面層21進(jìn)行連接;之后，將所述鈣鈦礦太陽能電池10與所述溫差發(fā)電片20采用串聯(lián)的方式進(jìn)行電連接，得到具有溫差發(fā)電片的集成器件100。
[0033]本發(fā)明第三實(shí)施方式提供的具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法包括以下步驟:
[0034]第一步，預(yù)處理導(dǎo)電基底。具體地，首先，提供一個(gè)導(dǎo)電基底11，將所述導(dǎo)電基底11用丙酮和乙醇分別超聲清洗15分鐘;之后，將所述導(dǎo)電基底11烘干后再用紫外臭氧清洗機(jī)進(jìn)行表面改性。所述導(dǎo)電基底11的方塊電阻可達(dá)7 Ω/□，光透率大于90%，耐受溫度可達(dá)500°C。本實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電基底11包括導(dǎo)電玻璃111及形成在所述導(dǎo)電玻璃111上的導(dǎo)電薄膜112。
[0035]第二步，制備光陽極。采用水熱法在所述導(dǎo)電基底11上制備ZnO納米線，以獲得光陽極12。具體地，采用磁控濺射方法在所述導(dǎo)電基底11上沉積一層30nm厚的ZnO種子層;之后，所述種子層在含有濃度為0.03mol/L的Zn(NO3)2.6H20、濃度為0.025mol/L的環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)以及濃度為0.005mol/L的聚乙烯亞胺(PEI)的反應(yīng)水溶液中，90 °C下水熱生長(zhǎng)2?8小時(shí);之后，所述種子層在450°C的空氣中退火I?2小時(shí)，以得到所述光陽極12。
[0036]第三步，制備鈣鈦礦光敏層。具體的，配置含有462mg/ml的PbI2的DMF溶液以及含有I Omg/ml的CH3NH31的異丙醇溶液;采用旋涂法將所述DMF溶液涂覆在所述光陽極12的表面以制備PbI2薄膜;烘干后再放入所述異丙醇溶液中浸潤(rùn)2秒;之后將其放入含有CH3NH3I的異丙醇溶液中使其反應(yīng)15分鐘，所述PbI2薄膜由黃色逐漸成為棕黑色;最后，取出并用異丙醇清洗及烘干，制備得到鈣鈦礦光敏層13。
[0037]第四步，制備碳對(duì)電極。具體地，采用尼龍酸二甲酯(DBE)作為有機(jī)載體、丙烯酸樹脂及乙基纖維素作為粘結(jié)劑、石墨粉及炭黑粉作為導(dǎo)電填料通過球磨制備低溫碳漿料;之后，采用絲網(wǎng)印刷工藝將所述低溫碳漿料直接印刷在所述鈣鈦礦光敏層13上，以得到碳對(duì)電極14，進(jìn)而完成鈣鈦礦太陽能電池10的制備。
[0038]第五步，集成器件的組裝。具體地，提供一個(gè)溫差發(fā)電片20，將所述鈣鈦礦太陽能電池10放置在所述溫差發(fā)電片20的熱面層21上，并采用導(dǎo)熱硅脂將所述鈣鈦礦太陽能電池10與所述熱面層21進(jìn)行連接;之后，將所述太陽能電池10與所述溫差發(fā)電片20采用串聯(lián)的方式進(jìn)行電連接，得到具有溫差發(fā)電片的集成器件100。
[0039]本發(fā)明還提供了一種具有溫差發(fā)電片的集成器件100，所述集成器件100包括鈣鈦礦太陽能電池10及溫差發(fā)電片20，所述鈣鈦礦太陽能電池10與所述溫差發(fā)電片20通過串聯(lián)的方式電性連接。所述溫差發(fā)電片20設(shè)置在所述鈣鈦礦太陽能電池10上。
[0040]所述鈣鈦礦太陽能電池10包括導(dǎo)電基底11、光陽極12、鈣鈦礦光敏層13及碳對(duì)電極14，所述光陽極12連接所述導(dǎo)電基底11及所述鈣鈦礦光敏層13，所述鈣鈦礦光敏層13連接所述光陽極12及所述碳對(duì)電極14。本實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電基底11包括導(dǎo)電玻璃111及形成在所述導(dǎo)電玻璃111上的導(dǎo)電薄膜112，所述光陽極12設(shè)置在所述導(dǎo)電薄膜112上。
[0041]所述溫差發(fā)電片20通過導(dǎo)熱硅脂設(shè)置在所述碳對(duì)電極14上，其包括熱面層21、冷面層22及連接所述熱面層21及所述冷面層22的半導(dǎo)體層23，所述碳對(duì)電極14與所述熱面層21相連接。所述碳對(duì)電極14與所述半導(dǎo)體層23電性連接。
[0042]本發(fā)明提供的具有溫差發(fā)電片的集成器件，其將鈣鈦礦太陽能電池與溫差發(fā)電片集成在一起。所述鈣鈦礦太陽能電池將太陽光中的可見光部分轉(zhuǎn)化為電能;碳對(duì)電極同時(shí)作為所述溫差發(fā)電片的吸光層，其能有效吸收太陽光中其他波長(zhǎng)的光并將吸收的光轉(zhuǎn)化為熱能傳導(dǎo)到所述溫差發(fā)電片的熱面層，所述溫差發(fā)電片利用材料的賽貝克特性產(chǎn)生電能，擴(kuò)寬了吸收光譜的范圍，提高了太陽光的利用率，降低了成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，且方便制作。
[0043]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有溫差發(fā)電片的集成器件，其包括鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于: 所述鈣鈦礦太陽能電池包括導(dǎo)電基底、設(shè)置在所述導(dǎo)電基底上的光陽極、設(shè)在所述光陽極上的鈣鈦礦光敏層及設(shè)置在所述鈣鈦礦光敏層上的碳對(duì)電極； 所述集成器件還包括設(shè)置在所述碳對(duì)電極上的溫差發(fā)電片，所述溫差發(fā)電片與所述鈣鈦礦太陽能電池通過串聯(lián)的方式電性連接。2.如權(quán)利要求1所述的具有溫差發(fā)電片的集成器件，其特征在于:所述溫差發(fā)電片包括連接于所述碳對(duì)電極的熱面層、與所述熱面層間隔設(shè)置的冷面層及連接所述熱面層及所述冷面層的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層與所述碳對(duì)電極電性連接。3.如權(quán)利要求1所述的具有溫差發(fā)電片的集成器件，其特征在于:所述碳對(duì)電極通過導(dǎo)熱硅脂連接于所述熱面層。4.一種具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法，其包括以下步驟: (1)預(yù)處理導(dǎo)電基底； (2)在所述導(dǎo)電基底上形成光陽極； (3)在所述光陽極上形成鈣鈦礦光敏層； (4)在所述鈣鈦礦光敏層上形成碳對(duì)電極，以得到鈣鈦礦太陽能電池； (5)提供一個(gè)溫差發(fā)電片，將所述溫差導(dǎo)電片連接于所述碳對(duì)電極，同時(shí)，所述鈣鈦礦太陽能電池通過串聯(lián)的方式與所述溫差發(fā)電片電性連接。5.如權(quán)利要求4所述的具有溫差發(fā)電片的集成器件的制作方法，其特征在于:所述溫差發(fā)電片的熱面層通過導(dǎo)熱硅脂連接于所述鈣鈦礦太陽能電池。
【文檔編號(hào)】H01L25/16GK106024775SQ201610559181
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】廖廣蘭, 劉智勇, 史鐵林, 譚先華, 孫博, 吳悠妮, 潛世界
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)