[发明专利]一种自聚光的聚合物太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及聚合物太阳能电池。

背景技术

能源问题一直是影响人类生存和发展的热点问题。随着经济规模扩大，能源需求不断飙升，传统化石能源耗费巨大。化石能源是不可再生资源，而且人类过量使用化石能源必将引发严重的环保问题。因此，开发无污染和可再生的新能源是人类迫在眉睫的任务。太阳能是一种清洁，高效和永不衰竭的新能源，必将是人类未来发展所依赖的重要新能源。

太阳能电池的应用始于上世纪中期的航天事业发展。发展至今，可以划分为三代，第一代太阳能电池以单晶或多晶硅为材料，第二代太阳能电池则以化合物(如砷化镓)为主，第三代太阳能电池包括染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池。目前第一代硅材料太阳能电池仍然占据主导地位。市面上最常见的是晶体硅太阳能电池，其工业化产品的效率一般为13％-15％。由于生产工艺复杂，前两代太阳能电池生产成本较高，使得其推广受到很大制约。

近年来聚合物太阳能电池由于其潜在的价格优势吸引了广泛的关注。与硅太阳能电池相比，聚合物太阳能电池制作工艺简单，可以制作在柔性衬底上，携带方便，是未来太阳能电池的发展方向之一。

目前，太阳能电池普遍使用特定的聚光系统来提高电池的能量转化效率。聚光系统可以提高电池收集太阳光的范围，增加电池的利用率，减少了电池原材料的花费，从而降低了电池的成本。由于无机太阳能电池的价格高，重量较大，弹性较差。故实际应用中硅基太阳能电池的聚光系统往往结构复杂，聚光效率高。缺点是这类聚光系统一般体积较大，不易移动。

聚合物太阳能电池的发展方向是柔性易携带的太阳能电池，所以如果直接将现有的体积较大，不易移动的聚光系统应用于聚合物太阳能电池上必定不太合适。

发明内容

本发明提供了一种自聚光的聚合物太阳能电池，其衬底中集成了聚光结构，从而降低了其功能层的体积，减少了电池的整体成本，有利于推进该电池的实用化。

一种聚合物太阳能电池，包括衬底和若干个电池单元，所述的电池单元由柔性封装层包覆电池主体构成，所述的电池主体由在衬底上依次形成的透明阳极薄膜层、阳极缓冲层、聚合物光电转换层和阴极薄膜层构成；其中，

所述的衬底由若干个衬底单元构成，所述的每个衬底单元与一个电池单元相连；

所述的每个衬底单元为由多层亚毫米光学元件组成的具有聚光作用的胶合透镜结构，所述的各层亚毫米光学元件依次为菲涅尔透镜、第一平凸透镜、凹透镜和第二平凸透镜；

其中，所述的第一平凸透镜的前表面为平面，后表面为球面；所述的第二平凸透镜的前表面为球面，后表面为平面；所述的凹透镜的前表面的球面曲率半径与第一平凸透镜后表面的球面曲率半径相同，所述的第二平凸透镜的前表面的球面曲率半径与凹透镜的后表面的球面曲率半径相同。

所述的衬底的厚度0.5～1.5毫米。该电池的衬底具有聚光功能。

由若干个衬底单元组成的衬底中，每个衬底单元由多层不同功能的透明塑料光学元件构成，以便于实现较高的光学透过率，可以用热固法或者热塑法在模具中直接成型得到。衬底单元中各层光学元件的材料为各种具有较高的光学透过率的材料，如：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚苯乙烯(PS)，聚碳酸脂(PC)，苯乙烯丙烯腈，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，聚4-甲基-1-戊烯，透明聚酰胺等等。

可选地，所述的菲涅尔透镜采用折射率范围为1.35～1.50的材料制得，优选采用聚4-甲基-1-戊烯，其折射率约1.45，具有优异的耐热性、耐沸水蒸煮性、透明性及无毒等特性，适合作为最外层材料。

可选地，所述的菲涅尔透镜的焦距范围为2～6毫米，厚度0.1～0.4毫米。

可选地，所述的第一平凸透镜采用折射率为1.40～1.60的材料制得，优选采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其折射率约1.49，具有较好的透光性和抗压力性，适合用作缓冲层。

可选地，所述的第一平凸透镜的后表面的球面曲率半径至少20毫米，优选20～100毫米；所述的第一平凸透镜的厚度0.3～1.2毫米，优选0.4～0.7毫米。

可选地，所述的凹透镜采用折射率为1.48～1.70的材料制得，优选采用聚酰胺(PA，即透明尼龙)，其折射率约1.52，折射率较高，有利于提高衬底通光量。

可选地，所述的凹透镜的后表面的球面曲率半径至少25毫米，优选25～200毫米，所述的凹透镜的中心厚度为0.1～1.2毫米，优选0.1～0.3毫米。