專利名稱：具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏電池，更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用微流控技術(shù) 以達(dá)到較高光伏轉(zhuǎn)化效率的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池。
背景技術(shù)：
太陽能電池板由半導(dǎo)體材料制成，可將太陽光的輻射能轉(zhuǎn)化為直流電。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴_電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由η區(qū)流向ρ區(qū)， 電子由P區(qū)流向η區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率隨太陽光入射角度增大及工作溫度升高而下降。因此減小太陽光入射角度，保證太陽能電池板在最佳的工作溫度范圍，是提高其轉(zhuǎn)化效率的有效 方法。傳統(tǒng)的光伏電池組件散熱器大多采用散熱鰭片結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于與外界空氣有較大 的散熱面積，熱量交換速率較高。但散熱鰭片底部(即與發(fā)熱元件的接觸面)到散熱鰭片 頂端之間的熱量交換完全經(jīng)由散熱鰭片材料本身的熱傳導(dǎo)完成，需耗費(fèi)大量導(dǎo)熱性能優(yōu)良 的貴重金屬；即便如此，受金屬自身導(dǎo)熱能力所限，仍難達(dá)到更好的散熱效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有電池存在仍難達(dá)到更好的散熱效果的 問題，提供了一種采用微流控技術(shù)以達(dá)到較高光伏轉(zhuǎn)化效率的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光 伏電池。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的所述的具有微流控結(jié) 構(gòu)的太陽能光伏電池包括上蓋片、太陽能電池板、下蓋片及工作介質(zhì)。太陽能電池板放入下蓋片之中，上蓋片對(duì)正地蓋在下蓋片上，上蓋片與下蓋片的 接觸面采用粘合劑密封連接。上蓋片的下表面和太陽能電池板的上表面之間設(shè)置成上流 道，太陽能電池板的下表面和下蓋片的槽底面之間設(shè)置成下流道之主流道。在下蓋片底端 的散熱鰭片的內(nèi)部設(shè)置有下流道之支流道，下流道之主流道和下流道之支流道相連通。上 流道和下流道之主流道通過太陽能電池板端面與下蓋片的槽側(cè)壁之間的縫隙相連通。具有 微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的左端設(shè)置有工作介質(zhì)入口，具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏 電池的右端設(shè)置有工作介質(zhì)出口，工作介質(zhì)入口與工作介質(zhì)出口皆和下流道之主流道與上 流道連通。工作介質(zhì)充滿上流道、下流道之主流道及下流道之支流道。技術(shù)方案中所述的下蓋片是長(zhǎng)方形的并在其上設(shè)置有一長(zhǎng)方形槽的構(gòu)件。下蓋片 底端均布有散熱鰭片，散熱鰭片的對(duì)稱面和下蓋片的縱向?qū)ΨQ面垂直相交，相鄰散熱鰭片 的間距為8-12mm，散熱鰭片設(shè)置有用作下流道之支流道的中空部分，散熱鰭片中空部分的 上端和下蓋片上的長(zhǎng)方形槽相通。在下蓋片長(zhǎng)方形槽的四角處設(shè)置有向下凹的長(zhǎng)方形的太 陽能電池板安裝平面，即設(shè)置有四個(gè)安裝太陽能電池板的長(zhǎng)方形凹坑，每個(gè)長(zhǎng)方形凹坑和 下蓋片上的長(zhǎng)方形槽相鄰的一側(cè)與長(zhǎng)方形槽相通，太陽能電池板安裝平面凹下的深度大于太陽能電池板的厚度。沿下蓋片縱向?qū)ΨQ面并在長(zhǎng)方形槽的左右兩邊對(duì)稱地設(shè)置有工作介質(zhì)入口與工作介質(zhì)出口，工作介質(zhì)入口與工作介質(zhì)出口和下蓋片上的長(zhǎng)方形槽相通，工作 介質(zhì)入口與工作介質(zhì)出口的底面和下蓋片上的長(zhǎng)方形槽的底面共面；所述的上流道中充滿 工作介質(zhì)的厚度為20 μ m-65 μ m。下流道之主流道充滿工作介質(zhì)的厚度為80 μ m-110 μ m。 下流道之支流道充滿工作介質(zhì)的寬度為40 μ m-60 μ m ；所述的工作介質(zhì)是易于吸熱揮發(fā)的 高透光性的水、乙醇或丙酮或由它們的混合物制備而成的半飽和蒸汽溶液；所述的上蓋片 是由光伏玻璃或PMMA材料壓制而成。下蓋片是由易于傳導(dǎo)熱量的銅材或鋁材壓制而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是1.當(dāng)太陽光經(jīng)過本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池中的上蓋片、液 體膜的折射作用到達(dá)太陽能電池板表面時(shí)，入射角度減小，可提高太陽能電池板的光伏轉(zhuǎn) 化效率。2.本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池中的太陽能電池板的上下表 面均浸沒在液體介質(zhì)中，液體介質(zhì)在外界動(dòng)力下循環(huán)流動(dòng)，散熱迅速且均勻，可提高太陽能 電池板的光伏轉(zhuǎn)化效率。3.本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池中的下蓋片上的散熱鰭片內(nèi) 部為中空，液體介質(zhì)在其中形成熱管，可加快散熱速度，也可節(jié)省大量貴重金屬材料，減輕 太陽能電池組件重量。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明圖Ι-a是組成本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的上蓋片的軸測(cè) 投影圖；圖Ι-b是組成本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的太陽能電池板 的軸測(cè)投影圖；圖1-c是組成本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的下蓋片的軸測(cè) 投影圖；圖2是表示本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池結(jié)構(gòu)組成的主視圖 上的全剖視圖；圖3是表示圖2中A位置的結(jié)構(gòu)并表示微流道中工作介質(zhì)形成流體的局部放大視 圖；圖4是表示太陽光從本發(fā)明所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池表面入射 的光路示意圖；圖中1.上蓋片，2.太陽能電池板，3.下蓋片，4.工作介質(zhì)，5.上流道，6.下流道， 6-1.下流道之主流道，6-2.下流道之支流道，7.工作介質(zhì)入口，8.工作介質(zhì)出口，9.散熱鰭 片，10.太陽能電池板安裝平面，h.太陽能電池板的安裝寬度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述本發(fā)明提供的太陽能光伏電池基于微流控技術(shù)，改善太陽能光伏電池的光照及散熱條件，提高了光伏轉(zhuǎn)化效率。參閱圖1與圖2，所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池從上至下依次包括上 蓋片1、太陽能電池板2及下蓋片3，上蓋片1、太陽能電池板2及下蓋片3疊放在一起，太陽 能電池板2嵌在下蓋片3之中，采用粘合劑將上蓋片1與下蓋片3通過接觸面緊密連接并 實(shí)現(xiàn)密封。上蓋片1的下表面和太陽能電池板2的上表面之間形成上流道5，在太陽能電池 板2的下表面和下蓋片3的槽底面之間形成下流道6中的下流道之主流道6-1，在下蓋片3 底端的散熱鰭片9的內(nèi)部設(shè)置有下流道6中的下流道之支流道6-2，下流道之主流道6-1和 下流道之支流道6-2相連通。上流道5和下流道6之間通過太陽能電池板2 (沿長(zhǎng)度方向 的)側(cè)端面與下蓋片3槽側(cè)壁之間的縫隙相連通。下流道6和上流道5即構(gòu)成本發(fā)明所述 的微流道，具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的左端設(shè)置有工作介質(zhì)入口 7，具有微流控結(jié) 構(gòu)的太陽能光伏電池的右端設(shè)置有工作介質(zhì)出口 8，工作介質(zhì)入口 7與工作介質(zhì)出口 8皆和 下流道6與上流道5連通。具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的內(nèi)部充入易于相變傳熱的 液體工作介質(zhì)4。本發(fā)明所采用的工作介質(zhì)4是水、乙醇、丙酮等易于吸熱揮發(fā)的高透光性 的液體或由它們的混合物制備而成的半飽和蒸汽溶液。工作介質(zhì)4在外界動(dòng)力作用下在微 流道(上流道5和下流道6)中流動(dòng)形成流場(chǎng)。所述的上蓋片1是由光伏玻璃或PMMA材料壓制而成的長(zhǎng)方形的薄板構(gòu)件。所述的太陽能電池板2是用于太陽能光伏轉(zhuǎn)換的長(zhǎng)方形的板式構(gòu)件。所述的下蓋片3是由銅或鋁等易于傳導(dǎo)熱量的材料壓制而成的長(zhǎng)方形的并在其 上對(duì)稱地設(shè)置有一長(zhǎng)方形槽的構(gòu)件，下蓋片3底端均布有具有散發(fā)熱量的散熱鰭片9，散熱 鰭片9是片狀的，片狀的散熱鰭片9的對(duì)稱面和下蓋片3的縱向?qū)ΨQ面垂直相交，相鄰散熱 鰭片的間距為8-12mm，具體數(shù)值與鰭片高度和材料有關(guān)。散熱鰭片9設(shè)置有中空部分，散 熱鰭片9中空部分的寬度為40 μ m-60 μ m,散熱鰭片9中空部分的上端和下蓋片3上的長(zhǎng) 方形槽相通，散熱鰭片9中空部分即是下流道之支流道6-2。在下蓋片3的長(zhǎng)方形槽的四 角處設(shè)置有向下凹的長(zhǎng)方形的太陽能電池板安裝平面10，即設(shè)置有四個(gè)安裝太陽能電池板 2的長(zhǎng)方形的凹坑，每個(gè)長(zhǎng)方形凹坑和下蓋片3上的長(zhǎng)方形槽相鄰的一側(cè)與長(zhǎng)方形槽相通， 太陽能電池板安裝平面10凹下的深度大于太陽能電池板2的厚度，目前市場(chǎng)銷售的各種型 號(hào)的太陽能電池板均能夠滿足本專利所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的需要，將 太陽能電池板2放置在四個(gè)太陽能電池板安裝平面10上，太陽能電池板2恰好嵌在四個(gè)安 裝太陽能電池板2的長(zhǎng)方形的凹坑里實(shí)現(xiàn)前后與左右的固定。因?yàn)橄律w片3上的長(zhǎng)方形槽 的寬度大于太陽能電池板2的寬度，或者說，放置太陽能電池板2的每2個(gè)太陽能電池板安 裝平面10之間的寬度即太陽能電池板的安裝寬度h小于下蓋片3上的長(zhǎng)方形槽的寬度(太 陽能電池板的安裝寬度h等于太陽能電池板2的寬度)，所以太陽能電池板2的放好以后， 太陽能電池板2的上下腔(上流道5和下流道6)由太陽能電池板2例端面與下蓋片3的 長(zhǎng)方形槽側(cè)壁之間的縫隙相連通。沿下蓋片3縱向?qū)ΨQ面并在長(zhǎng)方形槽的左右兩邊對(duì)稱地 設(shè)置有橫截面為矩形的凹槽即工作介質(zhì)入口 7與工作介質(zhì)出口 8，工作介質(zhì)入口 7與工作介 質(zhì)出口 8和下蓋片3上的長(zhǎng)方形槽相通，工作介質(zhì)入口 7與工作介質(zhì)出口 8的底面和下蓋 片3上的長(zhǎng)方形槽的底面共面。將太陽能電池板2放置在下蓋片3上的四個(gè)太陽能電池板安裝平面10上，再將上蓋片1蓋在下蓋片3上對(duì)正，在上蓋片1與下蓋片3四周的接合面上涂刷粘合劑，通過加壓鍵合的方式使二者緊密連接。所采用的粘合劑如市售AB膠等，應(yīng)保證上蓋片1與下蓋片3 的連接緊密可靠，上蓋片1與下蓋片3間充入工作介質(zhì)4時(shí)不會(huì)泄露。其它滿足上述條件的 粘合劑也適用于本發(fā)明。上蓋片1與下蓋片3連接后內(nèi)部封閉空間中形成微流道，微流道即 是由太陽能電池板2分隔成的上流道5和下流道6統(tǒng)稱。所述的上流道5是由上蓋片1的 下表面與太陽能電池板2的上表面封閉而成，上流道5的厚度介于20 μ m-65 μ m之間，工作 介質(zhì)4可在上流道5中形成一層液體膜，上流道5中液體膜的厚度介于20-65 μ m之間。所 述的下流道6是由太陽能電池板2的下表面與下蓋片3封閉而成，下流道6又分為下流道之 主流道6-1與下流道之支流道6-2。下流道之主流道6-1是由太陽能電池板2的下表面與 下蓋片3上的長(zhǎng)方形槽的底面封閉而成，下流道之主流道6-1的厚度介于80 μ m-110 μ mμ m 之間，工作介質(zhì)4可在下流道之主流道6-1中形成液體膜的厚度介于80 μ m-110 μ m之間。 下流道之支流道6-2位于散熱鰭片9內(nèi)部并具有微熱管的特性。工作介質(zhì)4在下流道之支 流道6-2中形成液體膜的厚度介于40 μ m-60 μ m。工作介質(zhì)4可在下流道之主流道6_1與 下流道之支流道6-2中形成具有快速傳熱功能的流體。液體工作介質(zhì)4與太陽能電池板2 直接接觸，工作介質(zhì)4在外界動(dòng)力作用下在流道中流過。流道屬于微流控范疇。確切地說， 工作介質(zhì)4由工作介質(zhì)入口 7流入上流道5與下流道6中。工作介質(zhì)4由工作介質(zhì)出口 8 流出上流道5與下流道6。上流道5與下流道6相互連通，工作介質(zhì)4在其中可產(chǎn)生對(duì)流，從而冷卻太陽能電 池板2，保證其工作在具有較高光伏轉(zhuǎn)化效率的30-60°C溫度范圍內(nèi)。具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的工作原理參閱圖3與圖4，工作介質(zhì)4由介質(zhì)入口 7進(jìn)入微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的 內(nèi)部，分別注入上流道5和下流道6中。上流道5中的工作介質(zhì)4形成一層液體薄膜。太 陽光經(jīng)由上蓋片1和液體膜的兩次折射作用到達(dá)太陽能電池板2時(shí)的入射角度減小，同時(shí) 也增加反射光再彈回表面的幾率，因此增加了光伏轉(zhuǎn)化效率。太陽光入射光路如附圖4所 示。上流道5中流動(dòng)的工作介質(zhì)4兼有對(duì)太陽能電池板2上表面冷卻散熱的作用。下流道 6包括位于散熱鰭片9內(nèi)部的下流道之支流道6-2和與太陽能電池板2直接接觸的下流道 之主流道6-1。下流道之主流道6-1中的工作介質(zhì)4流經(jīng)太陽能電池板2的下表面，吸收 光伏轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的熱量，使部分液態(tài)的工作介質(zhì)4氣化。氣態(tài)的工作介質(zhì)4進(jìn)入下流道之 支流道6-2中，接觸散熱鰭片9后放熱冷凝，將熱量傳遞到散熱鰭片9中；散熱鰭片9與外 界環(huán)境空氣接觸面積很大，便于對(duì)外傳遞熱量。下流道之支流道6-2內(nèi)冷凝后的工作介質(zhì) 4在毛細(xì)作用下回流至下流道之主流道6-1。上流道5和下流道6相互連通，工作介質(zhì)4可 在其中形成對(duì)流，保證流場(chǎng)溫度均勻。完成傳熱的工作介質(zhì)4比初始狀態(tài)有少量溫升，由介 質(zhì)出口 8流出微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池進(jìn)行冷卻，如此循環(huán)下去。微流過程如圖3所示。
權(quán)利要求
一種具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池，其特征在于，所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池包括上蓋片(1)、太陽能電池板(2)、下蓋片(3)及工作介質(zhì)(4)；太陽能電池板(2)放入下蓋片(3)之中，上蓋片(1)對(duì)正地蓋在下蓋片(3)上，上蓋片(1)與下蓋片(3)的接觸面采用粘合劑密封連接，上蓋片(1)的下表面和太陽能電池板(2)的上表面之間設(shè)置成上流道(5)，太陽能電池板(2)的下表面和下蓋片(3)的槽底面之間設(shè)置成下流道之主流道(6-1)，在下蓋片(3)底端的散熱鰭片(9)的內(nèi)部設(shè)置有下流道之支流道(6-2)，下流道之主流道(6-1)和下流道之支流道(6-2)相連通，上流道(5)和下流道之主流道(6-1)通過太陽能電池板(2)端面與下蓋片(3)的槽側(cè)壁之間的縫隙相連通，具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的左端設(shè)置有工作介質(zhì)入口(7)，具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池的右端設(shè)置有工作介質(zhì)出口(8)，工作介質(zhì)入口(7)與工作介質(zhì)出口(8)皆和下流道之主流道(6-1)與上流道(5)連通，工作介質(zhì)(4)充滿上流道(5)、下流道之主流道(6-1)及下流道之支流道(6-2)。
2.按照權(quán)利要求1所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池，其特征在于，所述的下 蓋片(3)是長(zhǎng)方形的并在其上設(shè)置有一長(zhǎng)方形槽的構(gòu)件，下蓋片(3)底端均布有散熱鰭片 (9)，散熱鰭片(9)的對(duì)稱面和下蓋片(3)的縱向?qū)ΨQ面垂直相交，相鄰散熱鰭片的間距為 8-12mm，散熱鰭片(9)設(shè)置有用作下流道之支流道(6_2)的中空部分，散熱鰭片(9)中空部 分的上端和下蓋片(3)上的長(zhǎng)方形槽相通，在下蓋片(3)長(zhǎng)方形槽的四角處設(shè)置有向下凹 的長(zhǎng)方形的太陽能電池板安裝平面(10)，即設(shè)置有四個(gè)安裝太陽能電池板(2)的長(zhǎng)方形凹 坑，每個(gè)長(zhǎng)方形凹坑和下蓋片(3)上的長(zhǎng)方形槽相鄰的一側(cè)與長(zhǎng)方形槽相通，太陽能電池 板安裝平面(10)凹下的深度大于太陽能電池板(2)的厚度，沿下蓋片(3)縱向?qū)ΨQ面并在 長(zhǎng)方形槽的左右兩邊對(duì)稱地設(shè)置有工作介質(zhì)入口(7)與工作介質(zhì)出口(8)，工作介質(zhì)入口 (7)與工作介質(zhì)出口(8)和下蓋片(3)上的長(zhǎng)方形槽相通，工作介質(zhì)入口(7)與工作介質(zhì)出 口(8)的底面和下蓋片(3)上的長(zhǎng)方形槽的底面共面。
3.按照權(quán)利要求1所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池，其特征在于，所述的上 流道(5)中充滿工作介質(zhì)(4)的厚度為20 μ m-65 μ m ；下流道之主流道(6-1)充滿工作介質(zhì)(4)的厚度為80μπι-110μπι;下流道之支流道(6-2)充滿工作介質(zhì)(4)的寬度為40μπι-60μπι。
4.按照權(quán)利要求1所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池，其特征在于，所述的工作介質(zhì)(4)是易于吸熱揮發(fā)的高透光性的水、乙醇或丙酮或由它們的混合物制備而成的半 飽和蒸汽溶液。
5.按照權(quán)利要求1所述的具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池，其特征在于，所述的上 蓋片(1)是由光伏玻璃或PMMA材料壓制而成；下蓋片(3)是由易于傳導(dǎo)熱量的銅材或鋁材壓制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有微流控結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池，旨在克服太陽能電池存在難達(dá)到更好散熱效果的問題。該電池包括上蓋片、太陽能電池板、下蓋片及工作介質(zhì)。太陽能電池板放入下蓋片之中，上蓋片蓋在下蓋片上，上蓋片與下蓋片采用粘合劑密封連接。上蓋片下表面和太陽能電池板上表面之間為上流道；太陽能電池板下表面和下蓋片的槽底面之間為下流道之主流道；下蓋片底端的散熱鰭片內(nèi)部設(shè)置有下流道之支流道，下流道之主流道和下流道之支流道相連通，上流道和下流道之主流道之間相連通。電池左端設(shè)置工作介質(zhì)入口，電池右端設(shè)置工作介質(zhì)出口，工作介質(zhì)入口與工作介質(zhì)出口皆和下流道之主流道與上流道連通，工作介質(zhì)充滿密封連接的上蓋片與下蓋片之間。
文檔編號(hào)H01L31/052GK101840948SQ20101012641
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者左春檉, 張昭, 楊凱鈞 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)