[发明专利]基于褶皱图案化PDMS层的摩擦纳米发电机-太阳能电池复合能量的收集系统和发电方法

说明书

本发明公开了一种基于褶皱图案化PDMS层的摩擦纳米发电机‑太阳能电池复合能量的收集系统，包括太阳能电池收集组件和摩擦纳米发电机组件，所述的太阳能电池收集组件包括图案化褶皱结构的PDMS层和太阳能电池，PDMS层设置在太阳能电池的透明电极上，所述的太阳能电池的闭合回路上连接负载和反向截止二极管；所述摩擦纳米发电机组件包括太阳能电池的透明电极、图案化褶皱结构的PDMS层和整流桥，PDMS层摩擦感应电荷，使透明电极带电荷，经过整流桥，连接负载，与大地形成闭合回路。本发明将摩擦纳米发电机与太阳能电池结合实现晴天太阳能和雨天雨滴机械能向电能的转化，增加能量的收集和储存效率。

技术领域

本发明属于洁净能源技术领域，具体涉及一种基于褶皱图案化PDMS层的摩擦纳米发电机-太阳能电池复合能量的收集系统和发电方法。

背景技术

目前能源需求和环境污染问题使得人们亟待发展绿色能源形式来替代化石能源。太阳能电池可以将阳光辐照能量直接转化为电能，且光电转化过程中不引起附加的环境污染问题而受到人们的关注。在太阳能电池工作过程中，光强时间和空间分布制约电池的工作效率，在雨天这种极端天气下，电池无法对外输出电能。因此，发展一种能在雨天补偿太阳能电池的能源产生装置对解决太阳能电池电能输出的不稳定性具有重要意义。

摩擦纳米发电机可以在雨天产生电能的装置，它可以捕获雨水的机械能转化成电能，将摩擦纳米发电机与太阳能电池结合可以实现晴天太阳能和雨天雨滴机械能向电能的转化。但是目前所制备的摩擦发电机-太阳能电池复合能量收集系统中，由于摩擦发电机的透光性较差，两者复合会降低太阳能电池对光的吸收，而且摩擦纳米发电机和太阳能电池分开设置，手动切换工作，结构复杂，操作麻烦。公告号为CN105337560B中国专利公开了一种复合能源装置和发电方法，该复合能源装置由太阳能电池和覆盖在太阳能电池表面的透明摩擦发电机构成。针对雨季或晚上，用透明的摩擦发电机代替太阳能电池表面最上层的商用保护板，组成一种新型的复合能源装置。在晴天时，太阳光透过摩擦发电机后，太阳能电池照常收集太阳光能量进行光伏发电，在雨天光伏发电效率大幅降低时，辅以摩擦发电机收集雨水能量进行摩擦发电。Li Zheng等人报道了一种能同时收集太阳光、雨滴和风能的复合能量系统（Adv. Energy Mater. 2015，1-8），在太阳能电池上制备阵列状PTFE/PET/ITO结构摩擦发电机与太阳能电池复合能量的采集体系。但是，这些文献中摩擦发电机只是重叠固定在太阳能电池表面，使复合能量采集器中太阳能电池光吸收效率下降，影响了太阳能电池的光电转换效率，而且摩擦发电机与太阳能电池分开设置，需要设置开关手动切换摩擦发电机与太阳能电池的工作，操作不够灵活。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明在太阳能电池的透明电极上设置图案化褶皱结构的PDMS层来构筑摩擦纳米发电机-太阳能电池复合能量的收集系统，并进行发电，实现太阳光和下落雨滴能量向电能的转化。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于褶皱图案化PDMS层的摩擦纳米发电机-太阳能电池复合能量的收集系统，包括太阳能电池收集组件和摩擦纳米发电机组件，所述的太阳能电池收集组件包括图案化褶皱结构的PDMS层和太阳能电池，PDMS层设置在太阳能电池的透明电极上，所述的太阳能电池的闭合回路上连接负载和反向截止二极管；所述摩擦纳米发电机组件包括太阳能电池的透明电极、图案化褶皱结构的PDMS层和整流桥，PDMS层摩擦感应电荷，使透明电极带电荷，经过整流桥，连接负载，与大地形成闭合回路。

优选地，所述的PDMS层的制作方法包括以下步骤：在太阳能电池的透明电极上旋涂PDMS层，然后通过RIE方法刻蚀成图案化褶皱结构的PDMS层。

优选地，所述的PDMS层的厚度为50-100μm。

优选地，所述的PDMS层的表面与地面的夹角范围为30°-60°。

优选地，所述的太阳能电池为硅太阳能电池，包括透明电极ITO、Si吸收层和Al电极。