一種輸出高電壓的太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸出高電壓的太陽(yáng)能電池，具體說(shuō)是一種降低電壓開關(guān)應(yīng)力且輸出電壓為高電壓的太陽(yáng)能電池。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，由于單塊太陽(yáng)能電池提供的都是電壓較低的直流電，不能滿足現(xiàn)有用電設(shè)備的用電需求，也不能滿足并網(wǎng)的要求，因此需要把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為實(shí)際需要的高壓直流電。因而高增益、性能穩(wěn)定的升壓變換器成為一個(gè)研宄熱點(diǎn)，該研宄對(duì)推動(dòng)光伏電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大的意義。
[0003]最基本的升壓變換器是單管Boost變換器，然而這種變換器的升壓范圍十分有限，很難滿足高增益的變換要求，且開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸出電壓。
[0004]目前，改進(jìn)現(xiàn)有的升壓變換器主要有以下幾種:
[0005]第一種是利用變壓器，在原有的直流-直流變換器中間加入一個(gè)高頻的變壓器，通過(guò)改變變壓器變比實(shí)現(xiàn)高增益升壓的目的。此時(shí)，電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)際上由原來(lái)的直流-直流，變?yōu)橹绷?交流-交流-直流，整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率降低。
[0006]第二種是利用耦合電感，但耦合電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性，并且會(huì)引起開關(guān)器件電壓應(yīng)力過(guò)高，帶來(lái)電磁干擾等影響，導(dǎo)致變換器工作損耗較大。
[0007]第三種是加入級(jí)聯(lián)升壓?jiǎn)卧瑔卧獢?shù)越多，電壓增益越大，但電路元件數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。
[0008]第五種是交錯(cuò)并聯(lián)直流-直流變換器，其包括兩個(gè)電感，兩個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的漏極與第一二極管的陽(yáng)極及第一電感的一端相連，第二功率開關(guān)管的漏極與第二二極管的陽(yáng)極及第二電感的一端相連，第一電感的另一端與第二電感的另一端相連。這種升壓型交錯(cuò)并聯(lián)直流-直流變換器輸出電壓增益較小，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，功率開關(guān)管為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大，續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流較大，反向恢復(fù)損耗較大。
[0009]第六種是軟開關(guān)電路，因此，近年來(lái)，研宄學(xué)者相繼研宄了一些軟開關(guān)電路，主要有兩類:一類是通過(guò)附加有源功率開關(guān)和無(wú)源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；另一類是通過(guò)附加二極管和無(wú)源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，如附圖1所示。這兩類方法的雖然可以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是外加電路復(fù)雜，而且不能降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力。
[0010]還有一種由電容、二極管、三極管構(gòu)成的直流升壓矩陣電路，如附圖2所示，即輸出電源與矩陣的連接只在第一行電容的一端和最后一行電容的一端，輸入電源與矩陣只在第一列電容的一端和最后一列電容的一端通過(guò)三極管連接，同一行相鄰2列的電容由2只同向二極管并聯(lián)且相鄰2行的二極管為共用二極管，同一列的各個(gè)電容同向串聯(lián)且在最后一行電容的一端連接有2只二極管，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂品椒ㄊ悄茏屚恍械拿恐浑娙菪纬沙潆娀芈返?只三極管同時(shí)導(dǎo)通，且接于第一列電容的三極管和最后一列電容的三極管對(duì)應(yīng)導(dǎo)通使得各行電容是輪流充電的。但這種升壓電路所需的開關(guān)、電容、二極管等元件太多，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本太高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，是針對(duì)前述【背景技術(shù)】中的缺陷和不足，提供一種輸出高電壓的太陽(yáng)能電池，提高輸出電壓，減少能量損耗。
[0012]本發(fā)明包括光采集轉(zhuǎn)換模塊與升壓模塊。
[0013]所述光彩及轉(zhuǎn)換模塊包括:
[0014]多晶娃襯底，所述多晶娃襯底中晶粒間的疇界處存在著大量的不飽和懸掛鍵。
[0015]背電極，該背電極設(shè)置于所述多晶硅襯底的下表面，且與該多晶硅襯底的下表面歐姆接觸。
[0016]所述光采集轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步包括碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述多晶硅襯底的上表面，且與該多晶硅襯底的上表面接觸，所述碳納米管結(jié)構(gòu)在不飽和懸掛鍵的作用下吸附于所述多晶硅襯底的上表面，減少能耗損失，飽和疇界處的部分懸掛鍵，降低懸掛鍵對(duì)載流子的俘獲，從而提高所述光采集轉(zhuǎn)換模塊的光電轉(zhuǎn)換效率及載流子的迀移率。
[0017]所述升壓模塊由一種降低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路構(gòu)成；
[0018]本發(fā)明的升壓模塊包括光采集轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的輸入電壓Vin，開關(guān)元件S1、S2、二極管Dl、D2、電感L、輸入電容Cl、中間電容C2和輸出電容Co。由于開關(guān)器件的特性，開關(guān)元件S1、S2分別具有寄生電容Cs1、Cs2O具體連接關(guān)系為:輸入電壓Vin的正極連接電感L的一端和輸入電容Cl的負(fù)端，電感L的另一端連接開關(guān)元件SI的集電極、二極管Dl的陽(yáng)級(jí)，開關(guān)元件SI的發(fā)射極連接開關(guān)元件S2的集電極，開關(guān)元件S2的發(fā)射極連接輸入電壓Vin的負(fù)極，中間電容C2的一端連接二極管Dl的陰極，另一端連接開關(guān)元件SI的發(fā)射極，二極管D2的陽(yáng)極連接二極管Dl的陰極，二極管D2的陰極連接輸入電容Cl的正端，輸出電容Co的一端連接二極管D2的陰極，輸出電容Co的另一端連接輸入電壓Vin的負(fù)極，并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vout，開關(guān)元件S1、S2構(gòu)成開關(guān)元件支路，二極管Dl、D2構(gòu)成二極管支路，開關(guān)元件支路和二極管支路在同一時(shí)刻不同時(shí)導(dǎo)通。
[0019]開關(guān)元件S可以為IGBT或者M(jìn)0SFET，二極管為快恢復(fù)二極管或者肖特基二極管；
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效包括:
[0021]本發(fā)明的光采集轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)使用碳納米管，減少能耗損失，降低懸掛鍵對(duì)載流子的俘獲，從而提高所述光采集轉(zhuǎn)換模塊的光電轉(zhuǎn)換效率及載流子的迀移率；
[0022]升壓電路通過(guò)控制開關(guān)元件S1、S2的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)升壓功能的同時(shí)可使開關(guān)元件S1、S2集電極和發(fā)射極之間的電壓降不超過(guò)輸出電壓的50%，大大降低了其電壓應(yīng)力，且相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)器件少，減小整體開關(guān)管的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，進(jìn)一步減小了變換器的整體損耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路中無(wú)能量損耗元件，提高了太陽(yáng)能電池的工作效率。
【【附圖說(shuō)明】】
[0023]圖1:現(xiàn)有交錯(cuò)并聯(lián)直流-直流變換器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2:現(xiàn)有的直流升壓矩陣電路結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3:本發(fā)明的具有升壓模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第一階段工作情況；
[0027]圖5:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第二階段工作情況；
[0028]圖6:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第三階段工作情況；
[0029]圖7:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第四階段工作情況；
[0030]圖8:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第五階段工作情況；
[0031]圖9:本發(fā)明光采集轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0032]為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施過(guò)程對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]本發(fā)明提供一種輸出高電壓的太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池包括光采集轉(zhuǎn)換模塊與升壓模塊。
[0034]由圖3可知，本發(fā)明的低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路包括光米集轉(zhuǎn)換模塊輸入的電壓Vin、開關(guān)元件S1、S2、二極管Dl、D2、電感L、輸入電容Cl、中間電容C2和輸出電容Co。由于開關(guān)器件的特性，開關(guān)元件S1、S2分別具有寄生電容Cs1、Cs2。
[0035]結(jié)合附圖3對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說(shuō)明，具體連接關(guān)系為:輸入電壓Vin的正極連接電感L的一端和輸入電容Cl的負(fù)端，電感L的另一端連接開關(guān)元件SI的集電極、二極管Dl的陽(yáng)級(jí)，開關(guān)元件SI的發(fā)射極連接開關(guān)元件S2的集電極，開關(guān)元件S2的發(fā)射極連接輸入電壓Vin的負(fù)極，中間電容C2的一端連接二極管Dl的陰極，另一端連接開關(guān)元件SI的發(fā)射極，二極管D2的陽(yáng)極連接二極管Dl的陰極，二極管D2的陰極連接輸入電容Cl的正端，輸出電容Co的一端連接二極管D2的陰極，輸出電容Co的另一端連接輸入電壓Vin的負(fù)極，并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vout。
[0036]下面結(jié)合附圖4-8對(duì)該升壓電路的工作情況進(jìn)行說(shuō)明:
[0037]第一階段，如附圖4所示:開關(guān)元件S1、S2均導(dǎo)通，開關(guān)支路處于導(dǎo)通狀態(tài)，電感電流込將流過(guò)開關(guān)元件S1、S2，電流從輸入電壓Vin的正極經(jīng)過(guò)電感L流向輸入電壓Vin的負(fù)極；不經(jīng)過(guò)二極管D1、D2，二極管支路處于斷開狀態(tài)；
[0038]第二階段，如附圖5所示:開關(guān)元件SI導(dǎo)通，開關(guān)元件S2關(guān)斷，由于開關(guān)元件S2的關(guān)斷，導(dǎo)致開關(guān)支路處于斷開狀態(tài)，電感電流將通過(guò)二極管D