[发明专利]光伏纺织品

说明书

用于纺织品系统的带结构和相关的电路构造以建立纺织品的电特性。纺织品包含诸如光伏构件的电荷承载构件，其与在单个带结构中的导电层接触以改善电性能而不影响纺织品的物理特性。纺织品包括光伏带，每个具有光透明层、光伏层、第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层和第二导电层之间的绝缘衬底。

技术领域

本发明涉及设计成将电荷诸如通过太阳能产生的电荷转换为可使用的电的纺织品。更具体地，本发明涉及减少电阻以便改善性能的电荷转移纺织品、光伏系统、太阳能纺织品和子构件。

背景技术

光伏系统通过光伏电池的作用将太阳光转换为电。目前使用的大型太阳能电池阵典型地具有多个板或模块，每个具有多个光伏电池。该电池阵由刚性构件构成。最近，发展了可并入纺织品中作为刚性电池和模块的替代物的柔性光伏构件。

诸如聚合物光伏（PPV）的柔性太阳能技术对于许多应用持有很大希望。由纺织品提供的移动自由性对于制造太阳能转换结构具有潜力，其与可比的刚性太阳能结构相比更容易运输和架设。该系统可用于将更需要的电带到否则将不具有电的偏远或受灾地区。在其他应用中，整合到常见物品诸如帽子、衣服、帐篷和覆盖物中的有效的太阳能纺织品可潜在地提供较小规模的电力。

用于太阳能纺织品应用的小截面光伏纤维提供均匀性和类似织物的柔性。廉价的和柔性的聚合物光伏（PPV）非常适合用作纤维。然而，从现有PPV构件生产有效的太阳能纺织品的尝试受到与其内在电阻有关的基本技术障碍的约束。

目前同轴结构的PPV纤维依赖居中的内部导体和透明的外部导体，诸如ITO（氧化铟锡）或导电聚合物诸如PEDOT（聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸）），以沿着纤维移动电荷。然而，当该纤维并入到纺织品中时，外部的、光透明的电极的低导电性引起在可用电中的显著电压降。电压降产生是因为透明的电极提供两个关键但矛盾的功能。第一功能是将太阳通量通过透明的电极通畅地进入在表面之下的光学活性光电层中。第二功能是沿着透明电极的片材尺寸轴向地移动或传送电荷，具有最小的电压降或损失。有效的光传输需要最大的光学清晰度，意味着相对薄的电极。然而有效的电荷传送需要足够的厚度以提供低的电阻通道。虽然一个功能随着增长的厚度而优化，但是另一个随着减少的厚度而优化。目前可用的光透明化合物，诸如ITO和诸如PEDOT的多种新的基于聚合物的物质，不能同时满足光学清晰度和导电性的要求。对于由这些物质制成的PPV构件，可接受的光传输导致使用在太阳能纺织品中的过大的片材电阻。

其他光伏纤维设计依赖在其整个长度上的双内部导体。然而，电力穿过由这种纤维制成的纺织品的移动一般是更复杂的和欠可靠的，因为需要产生和保持与外部电路的额外的电连接。而且，内部导体的通常的小截面尺寸限制电荷流。与同轴纤维相似，沿着双内部导体纤维的轴线的电荷传送产生大的电压降，从而降低使用该纤维的纺织品的性能。

生产用于纺织品的光伏（PV）纤维的尝试已经报道具有24%的电填充因子的仅有0.01%的电力转换效率。（A Photovoltaic Fiber Design for Smart Textiles. Textile Research Journal, Vol.80(11):1065-1074 DDL）。还据报道：“未见报道高导电性和光透明的n型载流对电极。即使具有低至10 ohm/cm2电阻率的氧化铟锡涂层也不能在不引起电损失的情况下传送通过在大于10-15mm上的1太阳辐照度产生的光电流。”（Solar Power Wires Based on Organic Photovoltaic Materials, Science Magazine,2009年四月10日）