一种基于铜锌锡硫太阳电池的光伏储能一体化电源制造技术

本发明专利技术公开了一种光伏储能一体化电源，包括光电转换器件、可充电储能系统，二者使用探针和导线直接连接；光电转换器件包括多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池和玻璃板；铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池为依次复合的钼电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、银电极，多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池集成并串联在一片玻璃板上，集成采用激光刻蚀的方法，串联通过设计L型掩膜板和蒸镀银电极的过程实现；可充电储能系统采用固体电极储能电池。本发明专利技术采用集成串联的方式减小了一体化电源的体积、质量、材耗和结构复杂度，且该一体化电源可以实现充电前期大倍率快充、充电后期小倍率缓冲的功能，有利于可充电储能系统充入更多能量、减小充电时间和防止过充电。电。电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铜锌锡硫太阳电池的光伏储能一体化电源


[0001]本专利技术涉及光伏发电
和储能
，具体涉及一种光伏储能一体化电源。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，能源短缺的问题日益凸显。太阳能取之不尽，用之不竭，是理想的可再生能源，但存在分散性、间歇性和随机性等缺点。为了有效地利用太阳能，有学者开发了采用光电转换技术和储能技术相结合的光伏储能一体化电源制备方法。一般的，光伏储能一体化电源以直流电源为核心，根据不同的应用场景与直流电源、电力用交流不间断电源(UPS)、电力用逆变电源(INV)、通信用直流变换电源(DC/DC)等相结合，通过控制电路将太阳电池和储能电池简单地连接起来。这种传统的光伏储能一体化电源集成水平低，需要长距离布线和复杂的电路，往往耗材、体积大、不灵活，且光电转换器件和电能储存系统电压、电流、功率、能量、寿命不匹配，因此整体系统效率低、能量损失严重，多应用于无需考虑重量和体积的离网发电系统，不能满足生活中便携式电源的需求。
[0003]目前，光伏储能一体化电源使用的光电转换器件主要是：硅基太阳电池和有机太阳电池。硅基太阳电池发展最为成熟，具有效率高、稳定性好等一系列优点，在太阳电池产业中占据主导地位，但是在一体化电源中，受限于储能器件的寿命，硅基太阳电池超长的寿命优势无法发挥，同时其成本高、耗材等缺点在一体化电源便携性的要求下被进一步放大，因此不适合用作一体化电源的光电转换器件。有机太阳电池发展迅速，具有省材、成本低等优点，但稳定性和性能衰减的问题尚未解决，这限制了其在一体化电源中的应用。
[0004]铜锌锡硫太阳电池作为最具有潜力的新型无机薄膜太阳电池，在一体化电源领域具有巨大的研究价值，目前为止，尚没有基于铜锌锡硫一体化电源的相关报道和文章。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的在于构筑基于铜锌锡硫太阳电池的一体化电源，以克服现有的硅基太阳电池的一体化电源技术耗材昂贵和有机太阳电池一体化电源技术的稳定性差的不足，该电源具有集成度高、流程简单、稳定性好、效率高、可工业化生产的特点。
[0006]本专利技术技术方案如下：
[0007]一种基于铜锌锡硫太阳电池的光伏储能一体化电源，包括光电转换器件、可充电储能系统，二者使用探针和导线直接连接；
[0008]所述光电转换器件包括多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池和玻璃板；其中，铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池为依次复合的钼电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、银电极，所述多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池集成并串联在一片所述玻璃板上，所述集成采用激光刻蚀的方法，所述串联通过设计L型掩膜板和蒸镀银电极的过程实现；
[0009]所述可充电储能系统采用固体电极储能电池。
[0010]优选的，所述固体电极储能电池包括依次复合的负极集流体、负极材料层、电解质
层、正极材料层和正极集流体。
[0011]优选的，所述的正极集流体与银电极导电连接，所述的负极集流体与钼电极导电连接。
[0012]优选的，所述固体电极储能电池为锂离子电池和钠离子电池中的至少一种。
[0013]优选的，所述的正极材料层的材料包括LiCoO2，LiMn2O4，LiNi
x
Mn
y
Co1‑
x
‑
y
O2，Na3V2(PO4)3中的至少一种，其中0.1≤x≤0.9，0≤y≤0.6，0.1≤x+y≤0.9。
[0014]优选的，通过控制集成串联的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池的片数，实现与可充电储能系统的电压匹配。
[0015]优选的，所述可充电储能系统使用钴酸锂电池时，所述光电转换器件使用11、12、13、14片集成串联的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池，构筑11
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CZTS
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LCO，12
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CZTS
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LCO，13
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CZTS
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LCO，14
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CZTS
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LCO一体化电源；所述可充电储能系统使用磷酸钒钠电池时，所述光电转换器件使用10、11、12片集成串联的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池，构筑10
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CZTS
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NVPO，11
‑
CZTS
‑
NVPO，12
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CZTS
‑
NVPO一体化电源。
[0016]优选的，所述光吸收层的材料为铜锌锡的硫化物、硒化物或者硫硒化物，所述光吸收层的材料厚度为1600nm。
[0017]优选的，所述多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池的光吸收层采用溶液旋涂法制备。
[0018]优选的，所述钼电极的材料为Mo箔或单侧覆Cu的Mo箔，所述钼电极的材料厚度为0.5～2μm。
[0019]优选的，所述缓冲层采用化学水浴沉积法制备，所述缓冲层的材料为CdS；
[0020]进一步的，所述缓冲层的材料厚度为40～100nm。
[0021]优选的，所述窗口层采用磁控溅射法制备，所述窗口层的材料为i
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ZnO和ITO；
[0022]进一步的，所述窗口层的材料厚度为400～1000nm。
[0023]优选的，所述的负极材料层的材料为过渡金属的硫化物、过渡金属的氧化物、硅基材料、过渡金属的硒基物中的至少一种；
[0024]进一步的，所述的负极材料层厚度为7～8μm。
[0025]优选的，所述的电解质层的材料为液态电解质和固态电解质中的至少一种；
[0026]进一步的，所述的电解质层的厚度为3.5～5μm。
[0027]优选的，所述的正极材料层厚度为7～8μm。
[0028]优选的，所述正极集流体为Al集流体；
[0029]进一步的，所述正极集流体厚度为0.5～2μm。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]1、采用激光刻蚀的方法将多片铜锌锡硫(硒)太阳电池集成在一块玻璃板上，使用L型银电极将多片铜锌锡硫(硒)太阳电池串联，各片电池的一致性好，集成串联后光电转换效率高，同时减少了一体化电源光电转换器件的材耗和结构复杂程度。
[0032]2、一体化电源的光电转换器件(PC)和可充电储能系统(ESSs)仅使用探针和导线连接，无需控制电路，减小了一体化电源的体积和质量，更加契合一体化电源轻便灵活的要求，在便携式电源等领域具有更大的应用潜力。
[0033]3、一体化电源的光电转换器件(PC)首次使用铜锌锡硫(硒)太阳电池，相对于基于钙钛矿等有机太阳电池的一体化电源稳定性更高，相对于基于单晶硅等硅基太阳电池的一
体化电源成本更低，实现了能源的高效利用，为可持续发展的微型化薄膜电源提供了设计思路。
[0034]4、通过选择集成串联的铜锌锡硫(硒)太阳电池片数，调节光电转换器件(PC)的MPPT和可充电储能系统(ESSs)的充电电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铜锌锡硫太阳电池的光伏储能一体化电源，其特征在于：包括光电转换器件、可充电储能系统，二者使用探针和导线直接连接；所述光电转换器件包括多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池和玻璃板；其中，铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池为依次复合的钼电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、银电极，所述多片铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池集成并串联在一片所述玻璃板上，所述集成采用激光刻蚀的方法，所述串联通过设计L型掩膜板和蒸镀银电极的过程实现；所述可充电储能系统采用固体电极储能电池。2.按照权利要求1所述的一种光伏储能一体化电源，其特征在于：所述固体电极储能电池包括依次复合的负极集流体、负极材料层、电解质层、正极材料层和正极集流体。3.按照权利要求2所述的一种光伏储能一体化电源，其特征在于：所述的正极集流体与银电极导电连接，所述的负极集流体与钼电极导电连接。4.按照权利要求2所述的一种光伏储能一体化电源，其特征在于：所述固体电极储能电池为锂离子电池和钠离子电池中的至少一种。5.按照权利要求4所述的一种光伏储能一体化电源，其特征在于：所述的正极材料层的材料包括LiCoO2，LiMn2O4，LiNi
x
Mn
y
Co1‑
x
‑
y
O2，Na3V2(PO4)3中的至少一种，其中0.1≤x≤0.9，0≤y≤0.6，0.1≤x+y≤0.9。6.按照权利要求4所述的一种光伏储能一体化电源，其特征在于：通过控制集成串联的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池的片数，实现与可充电储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳洋，李计深，费文斌，陈望献，景圣皓，张宗良，蒋良兴，贾明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：