[发明专利]一种具有点阵式拓扑图案电极的混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法与应用

说明书

本发明属于混合能量收集装置技术领域，具体涉及一种具有点阵式拓扑图案电极的混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法与应用。本发明先利用聚二甲基硅氧烷和多壁碳纳米管制备得到稳定性好，耐腐蚀的导电油墨；然后在晶硅太阳能电池片表面固化聚二甲基硅氧烷膜，并放置上与电池银栅重合的导电金属电极；再覆盖上经过打孔的氟化乙烯丙烯薄膜，经高温固化后在聚合物表面的孔洞位置印刷上导电油墨将其制成点阵拓扑图案电极，最后再经高温固化制备出既可以收集雨滴能量又可以收集太阳能的混合能量采集硅太阳能电池。本发明制得一种高效且低成本的新型混合能量收集装置，在优化提升了晶硅电池转化效率的同时，还可以高效、大规模的采集雨滴能量。

技术领域

本发明属于混合能量收集装置技术领域，具体涉及一种具有点阵式拓扑图案电极的混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法与应用。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的能量转换器件，具有效率高、适用范围广、不排放污染等优点。其中，商用硅基电池在过去的几十年间已经得到了广泛使用，并且经过研究人员不断的研究和完善，传统的硅基太阳电池在近年来实现了转换效率的提升和成本的大幅降低。但太阳能电池的工作状态受周围环境和天气的影响较大，在黑夜和阴天时发电量骤降，甚至几乎无法发电。因此，开发在不同天气下能实现持续性发电的混合能量收集的太阳能电池具有重要的科学意义和使用价值。

2012年王中林院士发明了摩擦纳米发电机，该机器是一种基于摩擦起电和静电感应的耦合作用，能将环境中微弱、低频的机械能转化为电能的装置。环境中的摩擦起电现象无处不在，当两种得失电子能力不同的材料相互摩擦时，在电势差的驱动下会发生电子转移，接上电极构成回路可产生电流，从而将机械能转化为电能。将透明摩擦纳米发电机与太阳能电池集成，不仅保持了太阳能电池在光照时的光电转换性能，又可以利用雨滴与摩擦纳米发电机的摩擦起电现象捕获雨滴的动能，进而延长太阳能电池的发电时间，并实现应用环境多元化，具有重要的应用价值。

然而，常规方法制备的混合能量采集太阳能电池仅是将摩擦纳米发电机与太阳能电池物理叠加，其顶部的摩擦纳米发电机采用的是金属电极，在长时间与雨水接触下容易腐蚀甚至损坏，并且只有单一的条状电极，无法捕获随机降落的雨滴的动能，导致混合能量采集太阳能电池的输出电压和短路电流较低。因此，有必要基于太阳能电池开发能高效转换雨滴水动能的混合能量采集太阳能电池。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有点阵式拓扑图案电极的混合能量采集硅太阳能电池及其制备方法，采用本发明方法制备的混合能量采集硅太阳能电池，获得成本低、稳定性好、光电转换效率高，可以高效转换雨滴水动能，从而极大延长了太阳能电池的发电时间，并提高发电功率，使太阳能电池的应用环境实现多元化，具有重要的发展前景和应用价值。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明第一方面提供了一种具有点阵式拓扑图案电极的混合能量采集硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、将多壁碳纳米管和聚二甲基硅氧烷溶于溶剂中，待溶剂挥发后再加入固化剂，制得多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电油墨；

S2、准备具有银栅顶电极和背部铝电极的晶硅太阳能电池，将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合均匀后，在晶硅太阳能电池表面制备一层聚二甲基硅氧烷薄膜，并放置与电池银栅重合的导电金属回路；

S3、对氟化乙烯丙烯薄膜进行打孔后覆盖在聚二甲基硅氧烷薄膜上，孔洞位置与金属回路对应，并加热固化；

S4、在氟化乙烯丙烯薄膜的孔洞位置涂覆一层步骤S1制备的导电油墨，加热固化后将导电油墨电极通过孔洞与导电金属回路连通，制成点阵拓扑图案电极；