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CN114156364A - 一种CdTe发电玻璃的制备方法及充电控制系统 - Google Patents

一种CdTe发电玻璃的制备方法及充电控制系统 Download PDF

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CN114156364A
CN114156364A CN202111350615.3A CN202111350615A CN114156364A CN 114156364 A CN114156364 A CN 114156364A CN 202111350615 A CN202111350615 A CN 202111350615A CN 114156364 A CN114156364 A CN 114156364A
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傅干华
孙庆华
郭秀斌
杨欢
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Handan Zhongjiancai Photoelectric Material Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种CdTe发电玻璃的制备方法及充电控制系统，该制备方法，包括以下步骤：步骤1，根据待充电产品的工作电压，确定CdTe发电玻璃的几何尺寸，确定CdTe发电玻璃中的子电池个数；步骤2，制备面积为S的薄膜太阳能电池板；步骤3，对薄膜太阳能电池板进行清边、切割得到CdTe发电玻璃的子电池；步骤4，将各个子电池进行组装得到CdTe发电玻璃。本发明可以根据用户的需求，灵活调节光伏组件的输出电压，满足不同低电压待充电产品的充电需求，提高CdTe发电玻璃的适配性；其解决了CdTe发电玻璃的工作电压均高于现有的储能元件，缺乏规模化制作工作电压匹配CdTe发电玻璃的问题。

Description

一种CdTe发电玻璃的制备方法及充电控制系统
技术领域
本发明属于光伏发电组件生产领域，具体涉及一种CdTe发电玻璃的制备方法及充电控制系统。
背景技术
随着光伏发电技术的不断成熟，传统的中心化发电已经逐步变成去中心化、分布式的发电、用电，让人类在利用能源方式上实现自由。现有技术中，分布式光伏发电系统可以分为并网型和离网型。并网型是将系统发出来的直流电转换成交流电，并入到电网上；离网型光伏发电系统则是自发自用，就地消纳，应用灵活。离网型太阳能发电设备利用太阳能电池板在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池充电；在阴天气或者无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电。
现有技术中，以晶硅太阳能电池作为离网型太阳能发电而制作的充电器件，由不同的硅片外联而成，晶圆尺寸较大(156mm*156mm)，以单晶硅为例，1片单晶硅工作电压约为0.6V。制作成满足充电需求的器件需要较大面积的单晶硅。而CdTe发电玻璃为层状结构，可灵活调整进行切割处理，从而控制面积较小的CdTe发电玻璃的电性能输出。
因此，有必要设计一种碲化镉发电玻璃，根据用户的需求，灵活调节光伏组件的输出电压，满足不同低电压待充电产品的充电需求；以及设计与其相匹配的控制电路，实现对储能元件的控制。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种CdTe发电玻璃的制备方法。
本发明所采用的技术方案为：一种CdTe发电玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，根据待充电产品的工作电压，确定CdTe发电玻璃的几何尺寸，确定CdTe发电玻璃中的子电池个数；
步骤2，制备面积为S的薄膜太阳能电池板；
步骤3，对薄膜太阳能电池板进行清边、切割得到CdTe发电玻璃的子电池；
步骤4，将各个子电池进行组装得到CdTe发电玻璃。
作为本发明的一种可选方案，在步骤2中，制备面积为S的薄膜太阳能电池板包括：在玻璃衬底沉积前电极层，通过激光刻蚀前电极层获得第一沟道，在前电极层上沉积发电层，通过激光刻蚀发电层获得第二沟道，在发电层上沉积背电极层，所述背电极层填充进第二沟道内且覆盖发电层表面，然后通过激光刻蚀背电极层和发电层获得第三沟道；在背电极层上设置引流条和汇流条，在背电极层上设置封装层，获得薄膜太阳能电池板。
作为本发明的一种可选方案，在步骤2中，所述薄膜太阳能电池板设计为m个CdTe发电玻璃，其中，S＝c*d，m＝S/(a*b)，a和b分别为薄膜太阳能电池板的长度和宽度，c和d分别为CdTe发电玻璃的长度和宽度，在一个CdTe发电玻璃中包含n个面积为L的子电池，其中，n＝(V/Vpm)*K，L＝(a/n)*b，V为待充电产品的充电电压，Vpm为CdTe发电玻璃的工作电压，K为匹配系数，取值范围为1-2。
作为本发明的一种可选方案，在步骤3中，对薄膜太阳能电池板进行清边、切割得到CdTe发电玻璃的子电池包括：清除薄膜太阳能电池板边缘的膜层，清边采用激光刻蚀，利用激光振镜扫描系统聚焦，扫描振镜的速度为：5500-7100mm/s，薄膜太阳能电池板的运动速度为：200-300mm/s，对清边宽度设置的可调范围为：7-16mm，清边边缘距薄膜太阳能电池板两侧的第二沟道的距离为3-4mm。
作为本发明的一种可选方案，在步骤4中，将各个电池进行组装得到CdTe发电玻璃包括：子电池之间通过内部的第二沟道进行串联连接，设置汇流导电带与子电池的电极进行连接；在子电池的四周涂覆密封胶进行绝缘，再将子电池进行封装得到CdTe发电玻璃。
作为本发明的一种可选方案，所述汇流导电带为导电Ag胶或铜锡焊带。
作为本发明的一种可选方案，所述封装层为PVB、TPT或PZT。
本发明的另一个目的在于提供一种CdTe发电玻璃的充电控制系统，包括采用上述制备方法制备的CdTe发电玻璃，还包括充电组件，所述充电组件与CdTe发电玻璃连接，且充电组件与待充电产品连接。
作为本发明的一种可选方案，所述充电组件包括蓄电池、充电状态监测电路和放电状态监测电路，所述充电状态监测电路和放电状态监测电路均与蓄电池连接，所述蓄电池与待充电产品连接。白天，通过CdTe发电玻璃给24V蓄电池供电，具有稳压稳流防反充电、放电的功能，充电状态监测电路的发光二极管亮，放电状态监测电路的发光二极管不亮。晚上，24V蓄电池给待充电产品放电，具有防止过放电的功能，同时根据CdTe发电玻璃的电压，控制24V蓄电池进行充电还是放电，达到晚上利用24V蓄电池进行放电的目的。充电状态监测电路的发光二极管不亮，放电状态监测电路的发光二极管亮。该控制电路的控制效果好，功能满足要求，而且成本低。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种CdTe发电玻璃的制备方法及充电控制系统，可以根据用户的需求，灵活调节光伏组件的输出电压，满足不同低电压待充电产品的充电需求，提高CdTe发电玻璃的适配性；其解决了CdTe发电玻璃的工作电压均高于现有的储能元件，缺乏规模化制作工作电压匹配CdTe发电玻璃的问题。
附图说明
图1是本发明提供了一种CdTe发电玻璃的剖视图；
图2是本发明提供了一种CdTe发电玻璃的俯视图；
图3是本发明中同一辐照度下输出电压与充电电路的关系图；
图4是本发明中CdTe发电玻璃的充电控制系统的结构示意图；
图5是本发明中CdTe发电玻璃的充电控制系统的电路原理图；
图中：1-玻璃衬底；2-前电极层；3-第一沟道；4-发电层；5-第二沟道；6-背电极层；7-第三沟道；8-封装层；9-CdTe发电玻璃；10-密封盒。
具体实施方式
实施例
随着光伏发电技术的不断成熟，传统的中心化发电已经逐步变成去中心化、分布式的发电、用电，让人类在利用能源方式上实现自由。现有技术中，分布式光伏发电系统可以分为并网型和离网型。并网型是将系统发出来的直流电转换成交流电，并入到电网上；离网型光伏发电系统则是自发自用，就地消纳，应用灵活。离网型太阳能发电设备利用太阳能电池板在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池充电；在阴天气或者无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电。
现有技术中，以晶硅太阳能电池作为离网型太阳能发电而制作的充电器件，由不同的硅片外联而成，晶圆尺寸较大(156mm*156mm)，以单晶硅为例，1片单晶硅工作电压约为0.6V。制作成满足充电需求的器件需要较大面积的单晶硅。而CdTe发电玻璃为层状结构，可灵活调整进行切割处理，从而控制面积较小的CdTe发电玻璃的电性能输出。因此，有必要设计一种碲化镉发电玻璃，根据用户的需求，灵活调节光伏组件的输出电压，满足不同低电压待充电产品的充电需求；以及设计与其相匹配的控制电路，实现对储能元件的控制。
本实施例提供了一种CdTe发电玻璃的制备方法，其可以根据所需充电产品的电压(V)确定CdTe发电玻璃9的充电电压范围，同时结合充电产品的尺寸设计CdTe发电玻璃9的有效尺寸，实现薄膜太阳能电池美观、携带方便的目的，具体包括以下步骤：
步骤1，根据待充电产品的工作电压，确定CdTe发电玻璃9的几何尺寸，确定CdTe发电玻璃9中的子电池个数。具体地，其根据用户所需充电产品的工作电压确定充电电压范围，同时结合所需充电产品的尺寸设计薄膜太阳能的CdTe发电玻璃9。待充电产品的充电电压与CdTe发电玻璃9输出的工作电压之间的关系可以通过辐照实验获得，本发明所使用的CdTe发电玻璃9辐照实验数据如图3所示。经过数据处理可得出，5V待充电产品的充电工作电压为：8-10V；24V待充电产品的充电工作电压为：27-30V。本发明可以根据标准光强下储能器件充电曲线与光伏组件进行匹配，使CdTe发电玻璃9的性能得到保证。
步骤2，制备面积为S的薄膜太阳能电池板，具体包括：在玻璃衬底1沉积前电极层2，通过激光刻蚀前电极层2获得第一沟道3，在前电极层2上沉积发电层4，通过激光刻蚀发电层4获得第二沟道5，在发电层4上沉积背电极层6，所述背电极层6填充进第二沟道5内且覆盖发电层4表面，然后通过激光刻蚀背电极层6和发电层4获得第三沟道7；在背电极层6上设置引流条和汇流条，在背电极层6上设置封装层8，获得薄膜太阳能电池板，其结构如图1和图2所示。
所述薄膜太阳能电池板设计为m个CdTe发电玻璃9，其中，S＝c*d，m＝S/(a*b)，a和b分别为薄膜太阳能电池板的长度和宽度，c和d分别为CdTe发电玻璃9的长度和宽度，在一个CdTe发电玻璃9中包含n个面积为L的子电池，其中，n＝(V/Vpm)*K，L＝(a/n)*b，V为待充电产品的充电电压，Vpm为CdTe发电玻璃9的工作电压，K为匹配系数，取值范围为1-2。
在薄膜太阳能电池板中刻蚀：n*c/a条第一沟道3，m*n条第二沟道5，n*c/a条第三沟道7，各个沟道的位置关系如图1所示。
步骤3，经芯片测试筛选后，对面积为S的薄膜太阳能电池板进行清边、切割得到CdTe发电玻璃9的子电池，具体包括：清除薄膜太阳能电池板边缘的膜层，防止短路，清边采用激光刻蚀，利用激光振镜扫描系统聚焦，扫描振镜的速度为：5500-7100mm/s，薄膜太阳能电池板的运动速度为：200-300mm/s，对清边宽度设置的可调范围为：7-16mm，清边边缘距薄膜太阳能电池板两侧的第二沟道5的距离为3-4mm，以便于汇流。
步骤4，将各个子电池进行组装得到CdTe发电玻璃9，具体包括：各个子电池之间通过内部的第二沟道5进行串联连接，设置汇流导电带与子电池的电极进行连接，CdTe发电玻璃9通过汇流导电带将电流导入待充电产品进行充电。在子电池的四周涂覆密封胶进行绝缘，再将子电池进行封装得到CdTe发电玻璃9，即在n个串联的子电池四周设置绝缘框架进行包裹，保证CdTe发电玻璃9整体的机械性能。优选地，所述汇流导电带为导电Ag胶或铜锡焊带，汇流导电带类似于胶带，粘贴在电极上，经高温层压后，两者的粘贴效果会很好。
CdTe发电玻璃9的正负极由半导体层PN结和导出电极决定，靠近P层为正电极，另一侧为负电极。以图1为例，发电层4靠近前电极为P型，另一层为N型，正负极如图1所示。负极从背电极引出，正极理论应该从前电极引出，为了设计需要，背电极通过沟道二与前电极连接，故正极也从背电极引出。在正极侧，汇流导电带不能覆盖激光刻划的第一沟道3，有效避免第一节短路；在负极侧，汇流导电带粘贴在第n个子电池内，不能与第n个电池两侧激光刻划的沟道接触，有效避免电池短路。
所述子电池封装采用TPT、PZT等绝缘材料封装，经与EVA/有色PVB有效粘结后完成CdTe发电玻璃9的封装，此方法可有效降低组件重量，提高携带的方便性，而且其安全性好，产品外观时尚。优选地，绝缘边框的尺寸根据清边区域进行设计，一般设置为5-7mm。进一步地，为保证美观性，CdTe发电玻璃9的短长边的尺寸比例范围设为0.6-0.7，电流导出侧不进行清边。
本发明可以根据用户的需求，灵活调节光伏组件的输出电压，满足不同低电压待充电产品的充电需求，提高CdTe发电玻璃9的适配性；其解决了CdTe发电玻璃9的工作电压均高于现有的储能元件，缺乏规模化制作工作电压匹配CdTe发电玻璃9的问题。
如图4所示，本实施例还提供了一种CdTe发电玻璃的充电控制系统，包括CdTe发电玻璃9和充电组件，所述CdTe发电玻璃9采用上述的制备方法获得，所述充电组件与CdTe发电玻璃9连接，且充电组件与待充电产品连接，待充电产品可以用负载灯实现。将充电组件整体布置在具有IP65功能的密封盒10内，CdTe发电玻璃9设置在密封盒10表面，所述充电组件包括蓄电池、充电状态监测电路和放电状态监测电路，充电状态监测电路和放电状态监测电路均可以采用发光二极管实现，所述充电状态监测电路和放电状态监测电路均与蓄电池连接，所述蓄电池与待充电产品连接。其中，5V充电组件可采用市场销售的车载充电降压稳压USB充电模块。
如图5所示，24V充电组件具体设计包括：24V蓄电池、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6和MOS管Q7，其具体连接方式如图4所示。
通过发光二极管显示状态，白天，通过CdTe发电玻璃9给24V蓄电池供电，具有稳压稳流防反充电、放电的功能，充电状态监测电路的发光二极管亮，放电状态监测电路的发光二极管不亮。晚上，24V蓄电池给待充电产品放电，具有防止过放电的功能，同时根据CdTe发电玻璃9的电压，控制24V蓄电池进行充电还是放电，达到晚上利用24V蓄电池进行放电的目的。充电状态监测电路的发光二极管不亮，放电状态监测电路的发光二极管亮。该控制电路的控制效果好，功能满足要求，而且成本低。
在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据待充电产品的工作电压，确定CdTe发电玻璃(9)的几何尺寸，确定CdTe发电玻璃(9)中的子电池个数；
步骤2，制备面积为S的薄膜太阳能电池板；
步骤3，对薄膜太阳能电池板进行清边、切割得到CdTe发电玻璃(9)的子电池；
步骤4，将各个子电池进行组装得到CdTe发电玻璃(9)。
2.根据权利要求1所述的CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，在步骤2中，制备面积为S的薄膜太阳能电池板包括：在玻璃衬底(1)沉积前电极层(2)，通过激光刻蚀前电极层(2)获得第一沟道(3)，在前电极层(2)上沉积发电层(4)，通过激光刻蚀发电层(4)获得第二沟道(5)，在发电层(4)上沉积背电极层(6)，所述背电极层(6)填充进第二沟道(5)内且覆盖发电层(4)表面，然后通过激光刻蚀背电极层(6)和发电层(4)获得第三沟道(7)；在背电极层(6)上设置引流条和汇流条，在背电极层(6)上设置封装层(8)，获得薄膜太阳能电池板。
3.根据权利要求2所述的CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述薄膜太阳能电池板设计为m个CdTe发电玻璃(9)，其中，S＝c*d，m＝S/(a*b)，a和b分别为薄膜太阳能电池板的长度和宽度，c和d分别为CdTe发电玻璃(9)的长度和宽度，在一个CdTe发电玻璃(9)中包含n个面积为L的子电池，其中，n＝(V/Vpm)*K，L＝(a/n)*b，V为待充电产品的充电电压，Vpm为CdTe发电玻璃(9)的工作电压，K为匹配系数，取值范围为1-2。
4.根据权利要求3所述的CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，在步骤3中，对薄膜太阳能电池板进行清边、切割得到CdTe发电玻璃(9)的子电池包括：清除薄膜太阳能电池板边缘的膜层，清边采用激光刻蚀，利用激光振镜扫描系统聚焦，扫描振镜的速度为：5500-7100mm/s，薄膜太阳能电池板的运动速度为：200-300mm/s，对清边宽度设置的可调范围为：7-16mm，清边边缘距薄膜太阳能电池板两侧的第二沟道(5)的距离为3-4mm。
5.根据权利要求4所述的CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，在步骤4中，将各个电池进行组装得到CdTe发电玻璃(9)包括：子电池之间通过内部的第二沟道(5)进行串联连接，设置汇流导电带与子电池的电极进行连接；在子电池的四周涂覆密封胶进行绝缘，再将子电池进行封装得到CdTe发电玻璃(9)。
6.根据权利要求5所述的CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，所述汇流导电带为导电Ag胶或铜锡焊带。
7.根据权利要求2所述的CdTe发电玻璃的制备方法，其特征在于，所述封装层(8)为PVB、TPT或PZT。
8.一种CdTe发电玻璃的充电控制系统，其特征在于，包括采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的CdTe发电玻璃(9)，还包括充电组件，所述充电组件与CdTe发电玻璃(9)连接，且充电组件与待充电产品连接。
9.根据权利要求8所述的CdTe发电玻璃的充电控制系统，其特征在于，所述充电组件包括蓄电池、充电状态监测电路和放电状态监测电路，所述充电状态监测电路和放电状态监测电路均与蓄电池连接，所述蓄电池与待充电产品连接。
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