專利名稱：一種同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，屬太陽能光伏發(fā)電和溫差發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能是首屈一指的可再生能源，太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式。太陽能光伏發(fā)電利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能，具有轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)少、能源質(zhì)量高、建設(shè)周期短和發(fā)電方式接近零排放等優(yōu)勢。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在以下不足(1)目前太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在15-20%之間，只是利用了太陽能中很小的一部分，大部分太陽能沒有被充分利用。(2)太陽能電池在運(yùn)行過程中，未被利用的太陽輻射能除了一小部分被反射外，其余大部分被電池吸收轉(zhuǎn)化為熱能。如果這些吸收的熱量不能及時排除，太陽能電池溫度就會逐漸升高而降低發(fā)電效率，據(jù)統(tǒng)計太陽能電池溫度每升高rc功率約減少0. 35%。另外， 太陽能電池長期在高溫下工作還會因迅速老化而縮短使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)太陽能利用效率低的缺點，并能降低太陽能電池工作溫度，進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率。本實用新型提出的同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，包括光電轉(zhuǎn)換電池、熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片；所述的光電轉(zhuǎn)換電池粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的熱端；所述的散熱片粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的冷端；所述的光電轉(zhuǎn)換電池由上電極、減反射膜、擴(kuò)散層、基體和下電極組成，減反射膜、擴(kuò)散層、基體和下電極依次相互重疊，上電極固定在減反射膜中； 所述的熱電轉(zhuǎn)換電池由多對溫差電偶構(gòu)成，每對溫差電偶包括一個N型半導(dǎo)體電極和一個 P型半導(dǎo)體電極，P型半導(dǎo)體電極和N型半導(dǎo)體電極的一端分別焊接在一個金屬電極上，P 型半導(dǎo)體電極和N型半導(dǎo)體電極的另一端分別焊接在另外兩個金屬電極上，多對溫差電偶通過金屬電極相互連接后，在上、下兩面用導(dǎo)熱絕緣片夾緊粘接后成為熱電轉(zhuǎn)換電池。本實用新型提出的同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，在利用太陽能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的同時，利用熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片不斷吸收光電轉(zhuǎn)換電池中的工作廢熱，即降低了光電轉(zhuǎn)換電池的工作溫度，又提高了光電轉(zhuǎn)換電池的光電轉(zhuǎn)換效率，因此本實用新型提出的太陽能電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率。

圖1是本實用新型提出的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1是基體，2是擴(kuò)散層，3是上電極，4是減反射膜，5是下電極，6是N型半導(dǎo)體電極，7是P型半導(dǎo)體電極，8是金屬電極片，9是導(dǎo)熱絕緣片，10是散熱片。
具體實施方式
本實用新型提出的同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括光電轉(zhuǎn)換電池、熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片10。光電轉(zhuǎn)換電池粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的熱端，散熱片粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的冷端。如圖1所示，光電轉(zhuǎn)換電池由上電極3、減反射膜4、擴(kuò)散層2、基體1和下電極5組成，減反射膜4、擴(kuò)散層2、基體1和下電極5依次相互重疊，上電極3固定在減反射膜4中。熱電轉(zhuǎn)換電池由多對溫差電偶構(gòu)成，每對溫差電偶包括一個N型半導(dǎo)體電極6和一個P型半導(dǎo)體電極7，P型半導(dǎo)體電極7和N型半導(dǎo)體電極 6的一端分別焊接在一個金屬電極片8上，P型半導(dǎo)體電極和N型半導(dǎo)體電極的另一端分別焊接在另外兩個金屬電極片8上，多對溫差電偶通過金屬電極片8相互連接后，在上、下兩面用導(dǎo)熱絕緣片9夾緊粘接后成為熱電轉(zhuǎn)換電池。本實用新型的太陽能電池中，擴(kuò)散層(η層)是在基體表面用高溫?fù)诫s擴(kuò)散方法制成的，在兩層交界形成ρ-η結(jié)；上電極是在擴(kuò)散層(η層)表面金屬化后形成的光伏發(fā)電負(fù)電極，下電極是在P層基體背面金屬化形成的光伏發(fā)電正電極；減反射膜4是沉積在擴(kuò)散層 (η層)表面上的一層氮化硅薄膜，用于減少陽光反射。P層基體、η擴(kuò)散層層、減反射膜4、 上電極3和下電極5構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換電池。導(dǎo)熱絕緣片9粘接在ρ層基體背面，導(dǎo)熱絕緣片上粘接有金屬電極片，將N型半導(dǎo)體電極和P型半導(dǎo)體電極焊接在金屬電極片上形成一對溫差電偶，將若干對溫差電偶用金屬電極片焊接串聯(lián)，然后用導(dǎo)熱絕緣片夾緊粘接后就構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換電池；所述的散熱片緊密粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的導(dǎo)熱絕緣片上。本實用新型提出的太陽能電池，在太陽光照射下，具有足夠能量的光子進(jìn)入ρ-η 結(jié)區(qū)，將電子從共價鍵中激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴對。在Ρ-η結(jié)電場的作用下，電子向帶正電的η區(qū)運(yùn)動，空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動，在P區(qū)和η區(qū)之間產(chǎn)生一個向外的光電發(fā)電電壓； 由于硅太陽能電池(光電轉(zhuǎn)換電池)對于波長小于0. 35 μ m的紫外光和波長大于l.lym 的紅外光沒有反應(yīng)，因此其光電轉(zhuǎn)換效率只有15% 20%。除一小部分(10%)被反射外， 其余的太陽輻射能量被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚构杼柲茈姵販囟壬?，在熱電轉(zhuǎn)換電池的上下兩端形成溫差，熱電轉(zhuǎn)換電池直接將一部分熱能轉(zhuǎn)換成電能，在N型半導(dǎo)體電極和P型半導(dǎo)體電極兩端產(chǎn)生光熱發(fā)電電壓，其余部分熱能則傳遞到散熱片上，借助于熱輻射和自然對流方式將熱量散發(fā)出去，使熱電轉(zhuǎn)換電池冷端(下端)保持較低溫度，同時也降低了硅太陽能電池的工作溫度。本實用新型的一個實施例中，ρ層基體1為厚度0. 3mm的單晶硅片，采用熱擴(kuò)散法在P層基體1上形成深度約0. 5 μ m的η擴(kuò)散層2，在界面形成ρ-η結(jié)；采用真空蒸鍍法在η 層2表面和ρ層基體1背面制作上電極3和下電極5 ；在η層2表面蒸鍍一層二氧化硅膜， 形成減反射膜4。所述的ρ層基體1、η層2、減反射膜4、上電極3和下電極5構(gòu)成硅太陽能光電轉(zhuǎn)換電池。所述的導(dǎo)熱絕緣片9粘接在ρ層基體1背面，導(dǎo)熱絕緣片上粘接有金屬電極片8， 將N型半導(dǎo)體電極6和P型半導(dǎo)體電極7焊接在金屬電極片8上形成一對溫差電偶，將若干對溫差電偶用金屬電極片8焊接串聯(lián)，然后再用一片導(dǎo)熱絕緣片9夾緊粘接后就構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換電池；所述的散熱片10緊密粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的金屬電極片8上。[0016]所述的N型半導(dǎo)體電極6和P型半導(dǎo)體電極7均使用碲化鉍(Bi2Te3)基的固溶體合金材料，導(dǎo)熱絕緣片9采用氧化鋁陶瓷片，金屬電極片8使用銅材料、散熱片10使用鋁合金型材。本實用新型的太陽能電池的工作原理是在太陽光照射下，足夠能量的光子進(jìn)入p-n結(jié)區(qū)，在硅太陽能光電轉(zhuǎn)換電池的上電極3和下電極5之間產(chǎn)生電壓；除一小部分太陽輻射能量被反射外，其余的太陽輻射能量被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使硅太陽能電池溫度升高，在熱電轉(zhuǎn)換電池的上下兩端形成溫差；熱電轉(zhuǎn)換電池直接將一部分熱能轉(zhuǎn)換成電能，在N型半導(dǎo)體電極6和P型半導(dǎo)體電極7兩端產(chǎn)生光熱發(fā)電電壓，其余部分熱能則傳遞到散熱片10上；散熱片10借助于熱輻射和自然對流方式將熱量散發(fā)出去，使熱電轉(zhuǎn)換電池的冷端保持較低溫度，同時也降低了光電轉(zhuǎn)換電池的工作溫度。綜上所述，本實用新型在設(shè)計上對太陽能電池進(jìn)行了創(chuàng)新，是一種同時利用光效應(yīng)和熱電效應(yīng)的太陽能電池，由于熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片可不斷吸光電轉(zhuǎn)換電池中的工作廢熱，降低了光電轉(zhuǎn)換電池的工作溫度，可進(jìn)一步提高其光電轉(zhuǎn)換效率，因此本實用新型提出的太陽能電池具有較高的太陽能轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求1. 一種同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，其特征在于太陽能電池包括光電轉(zhuǎn)換電池、熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片；所述的光電轉(zhuǎn)換電池粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的熱端； 所述的散熱片粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的冷端；所述的光電轉(zhuǎn)換電池由上電極、減反射膜、擴(kuò)散層、基體和下電極組成，減反射膜、擴(kuò)散層、基體和下電極依次相互重疊，上電極固定在減反射膜中；所述的熱電轉(zhuǎn)換電池由多對溫差電偶構(gòu)成，每對溫差電偶包括一個N型半導(dǎo)體電極和一個P型半導(dǎo)體電極，P型半導(dǎo)體電極和N型半導(dǎo)體電極的一端分別焊接在一個金屬電極上，P型半導(dǎo)體電極和N型半導(dǎo)體電極的另一端分別焊接在另外兩個金屬電極上，多對溫差電偶通過金屬電極相互連接后，在上、下兩面用導(dǎo)熱絕緣片夾緊粘接后成為熱電轉(zhuǎn)換電池。
專利摘要本實用新型涉及一種同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，屬太陽能光伏發(fā)電和溫差發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型提出的同時進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換的太陽能電池，包括光電轉(zhuǎn)換電池、熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片，光電轉(zhuǎn)換電池粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的熱端，散熱片粘接在熱電轉(zhuǎn)換電池的冷端。本實用新型的太陽能電池，在利用太陽能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的同時，利用熱電轉(zhuǎn)換電池和散熱片不斷吸收光電轉(zhuǎn)換電池中的工作廢熱，即降低了光電轉(zhuǎn)換電池的工作溫度，又提高了光電轉(zhuǎn)換電池的光電轉(zhuǎn)換效率，因此本實用新型提出的太陽能電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/058GK202018969SQ201020681810
公開日2011年10月26日 申請日期2010年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月25日
發(fā)明者王慶, 高宏 申請人:紫光股份有限公司