一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法及电池

本发明属于电池，具体涉及一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法及电池。

背景技术：

1、区别于传统化石燃料，太阳能是可再生资源，且光伏发电过程几乎不产生污染物，对环境友好，且维护成本相对较低。其可以采用分布式发电方式，可以在不同的各种规模和场景下部署，可以应用于屋顶、路灯、移动充电等小型应用场景，或大型电站。

2、由于其具有以上的优势，光伏太阳能电池在过去几十年里经历了快速发展，成为可再生能源领域的重要组成部分。随着技术的不断进步，光伏发电成本逐渐降低，效率不断提高。许多国家和地区都在积极推动光伏发电的发展，投资光伏电站，以减少对传统能源的依赖。

3、光伏太阳能电池通常配置有储能组件，用以存储太阳能光伏电池产生的电能，并在需要时释放以供电，以实现能源的平衡和稳定供应。例如应用于智能电网或工业化生产时，可以平衡电网负载、平滑能源波动、应对设备启动和停止的瞬态功率需求和提供频率调节，在电动车辆方面，可以作为辅助能量存储装置，提供加速、再生制动和稳定动力输出。而在消费类的电子产品方面，可以提供瞬态功率支持和稳定电源。

4、当前，太阳能光伏电池所使用的储能电容的主要问题在于，部分储能器件的能量密度相对较低，导致在储存大量能量时需要更大的体积，由于物理限制和技术限制，且储存的电量上限不高，无法满足某些功率设备使用需求，且成本相对较高，使得整体系统的投资成本增加。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提出了一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法及电池。

2、本发明完整的技术方案具体如下：

3、一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，包括以下步骤：

4、（1）衬底准备： 选择衬底基材，并对其进行清洗和表面处理；

5、（2）光电转换层制备： 在衬底表面通过物理气相沉积或化学气相沉积得到光电转换层；

6、（3）透明导电层制备，在光电转换层上方通过物理气相沉积或化学气相沉积得到透明导电层；

7、（4）基础器件电极制备： 在透明导电层上制备基础器件电极，得到基础器件组件；

8、（5）封装：将基础器件组件封装在透明的封装材料中，得到光伏电池基础器件；

9、（6）钛酸锶介电组件制备：包括：在基材上通过磁控溅射形成掺铌钛酸锶介电层；通过控制溅射参数来控制介电层的组分和厚度；并通过光子烧结使介电层固化后，沉积导电金属薄膜，形成介电组件表面电极，随后进行封装并集成igbt芯片，得到钛酸锶介电组件；

10、（7）将钛酸锶介电组件与步骤（5）得到的光伏电池基础器件连接；得到采用钛酸锶介电组件的光伏电池。

11、进一步的，所述透明导电层为氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌材质。

12、进一步的，光电转换层为非晶硅、硒化镉、铜铟镓硒或有机半导体。

13、进一步的，基础器件电极为银、铜、铝或透明导电氧化物。

14、进一步的，封装材料为玻璃或聚合物材料。

15、进一步的，所述钛酸锶介电组件制备过程，采用锶钛合金靶材作为第一靶材，铌氧化物靶材作为第二靶材，采用双靶材双靶枪的方式进行掺铌钛酸锶介电层磁控溅射制备，掺铌钛酸锶介电层中的氧来自铌的氧化物靶材，并且通过在磁控溅射过程中通入的氧氩混合气体来补充剩余的氧。

16、进一步的，确定用以溅射第一靶材的基准能量入射功率，在所述基准能量入射功率下，第一靶材中钛原子的脱离速度与锶原子的脱离速度之比小于第一阈值，并根据基准能量入射功率确定用以溅射第一靶材的第一靶枪的基准功率和第一离子束基准入射角度，以及第一靶材中锶元素的基准沉积速率；

17、随后根据基准沉积速率，确定第二靶材和用以溅射第二靶材的第二靶枪的工艺参数，氧氩混合气体参数，使第二靶材中掺杂金属原子的沉积速率和氧原子总沉积速率与基准沉积速率符合预设比例；

18、随后根据确定的工艺参数值，采用磁控溅射方法，得到钛酸锶介电层。

19、进一步的，所述第一阈值优选为1.05。

20、进一步的，第二靶材和用以溅射第二靶材的第二靶枪的工艺参数包括第二靶枪功率、第二离子束入射角度、第二靶材与基底之间的距离。

21、进一步的，利用所述方法制备的光伏电池，所述光伏电池包括采用步骤（6）所述方法得到的介电组件，所述介电组件的正极通过导线与电池基础器件的正极连接，负极则与电池的负极连接，形成闭合的电路系统。

22、进一步的，所述介电组件与应用设备通过电极连接，具体为通过特定的接口或连接装置实现物理连接。

23、进一步的，所述应用设备为电动汽车或电动工具。

24、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

25、1.本发明的光伏电池采用介电组件，将光伏电池基础器件产生的电能储存在介电组件中，并在需要时将其释放，基于电场储存能量的原理，通过在两个电极之间建立电场来存储电能，而后在需要时将储存的电能释放为电流供电，储能介电组件的充放电过程通过调节电压和电流来实现，从而实现能量的存储和释放，拓宽了光伏电池的使用场景。

26、2. 本发明的介电组件采用独立设计并制备，通过电极与电池基础部件连接，在空间较狭小的场所能实现灵活安装，对空间的需求较低，且后续使用过程中的维护或更换非常简单。

27、2.本发明优化了介电组件的制备过程，根据介电层设计组分含量，设计了合理化的磁控溅射工艺参数确定方法，以及由此得到优化的参数组合，实现了介电层的组分均匀，并提升了介电组件的能量密度和电量存储上限，提升了光伏电池的使用性能。

技术特征：

1.一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，其特征在于，所述透明导电层为氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌材质。

3.根据权利要求2所述的一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，其特征在于，光电转换层为非晶硅、硒化镉、铜铟镓硒或有机半导体。

4.根据权利要求3所述的一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，其特征在于，基础器件电极为银、铜、铝或透明导电氧化物。

5.根据权利要求4所述的一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，其特征在于，封装材料为玻璃或聚合物材料。

6.根据权利要求1所述的一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法，其特征在于，所述钛酸锶介电组件制备过程，采用锶钛合金靶材作为第一靶材，铌氧化物靶材作为第二靶材，采用双靶材双靶枪的方式进行薄膜磁控溅射制备，薄膜中的氧来自铌的氧化物靶材，并且通过在磁控溅射过程中通入的氧氩混合气体来补充剩余的氧。

7.利用权利要求1-6任一项所述方法制备的光伏电池，其特征在于，所述光伏电池包括采用步骤（6）所述方法得到的介电组件，所述介电组件的正极通过导线与电池基础器件的正极连接，负极则与电池的负极连接，形成闭合的电路系统。

8.根据权利要求7所述的光伏电池，其特征在于，所述介电组件与应用设备通过电极连接。

9.根据权利要求8所述的光伏电池，其特征在于，所述应用设备为电动汽车。

技术总结本发明属于电池技术领域，具体涉及一种采用钛酸锶介电组件的光伏电池制备方法及电池，包括选择基材并处理后，在其表面通过物理气相沉积或化学气相沉积得到光电转换层；随后在光电转换层上方制备透明导电层，在透明导电层上制备基础器件电极，得到基础器件组件；将基础器件组件封装得到光伏电池基础器件；在基材上通过磁控溅射形成掺铌钛酸锶介电层；通过光子烧结使介电层固化后沉积导电金属薄膜形成表面电极，封装并集成IGBT芯片得到钛酸锶介电组件；将钛酸锶介电组件与光伏电池基础器件连接；得到采用钛酸锶介电组件的光伏电池，本发明实现能量的存储和释放，拓宽了光伏电池的使用场景。技术研发人员：王方方,高明,张虎,徐惠彬受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29