[发明专利]抗辐照光伏储能一体化装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗辐照光伏储能一体化装置及其制备方法，主要解决现有技术光电转换效率低、成本高、长期稳定性及抗辐照能力差的问题。其包括钙钛矿太阳能电池模组、稳压器、充放电管理组件、储能电池和金属卤化物封装盒。稳压器连接在太阳能电池模组与充放电管理组件之间，充放电管理组件与储能电池双向连接；稳压器、充放电管理组件和储能电池的外部装有金属卤化物封装盒，以防辐照危害；组成太阳能电池模组的每个钙钛矿太阳能电池均包括透明导电衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、金属电极和双层封装结构。本发明具有轻便、成本低、效率高、抗辐照性能好、能全时段全天候长期稳定储能供电的优点，可用于人造卫星、太空探测器和宇宙飞船。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，更进一步涉及一种光伏储能一体化装置，可用于航天领域人造卫星、太空探测器和宇宙飞船等的储能和供电。

背景技术

光伏储能一体化装置是一种将太阳能这一清洁能源转变为电能并可稳定使用的装置。该装置主要由太阳能电池、稳压器、充放电管理模块和储能电池四部分组成。但这类装置在全球范围仍处于发展初期，其太阳能电池主要采用晶硅电池和薄膜电池两类。其中，晶硅电池包括单晶硅电池和多晶硅电池，占据主流市场，份额超过90％；而薄膜电池主要包括碲化镉电池、纳米二氧化钛染料敏化电池、铜铟镓硒电池、非晶硅薄膜电池和砷化镓电池等。近年来，随着对新型光伏电池技术的不断发展，新出现了多种性能更佳的新型太阳能电池，包括钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池等，其在光伏储能一体化装置中具有很大的应用潜力。

钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池，能够通过溶液法进行加工处理，还可以结合印刷工艺，显著的降低制造成本。同时，钙钛矿太阳能电池具有轻、薄、体积小的特性，而且可以淀积在柔性衬底上制得柔性太阳能电池。此外，钙钛矿在短波区域具有很强的吸收能力和稳定能力，是一种很好的抗辐照材料。近几年，钙钛矿太阳能电池在光电转化效率、制备方法和器件结构上都有了显著进步。但目前钙钛矿太阳能电池应用多集中于民用光伏市场，对航天领域的抗辐照应用还未拓展。同时，目前研究多集中于器件层面，对应用到钙钛矿太阳能电池的微型系统的研究还不够丰富，尤其基于钙钛矿太阳能电池的光伏储能一体化装置的抗辐照应用方面还存在空白。这一装置对实现可靠性高、成本低廉的航天供能储能一体化至关重要。

在申请号为201720427036.7的专利中公开了一种太阳能光伏发电储能一体化装置，其包括能量盒、太阳能光伏组件板、并网型逆变器。该太阳能光伏发电储能一体化装置可以有效地提高光伏发电利用率，节约传统市政电力用电量。但是，这一装置存在四方面的不足，一是该装置没有抗辐照能力，只适用于民用，不能满足太空辐照环境下对系统的要求；二是该装置使用的太阳能电池的光电转换效率不够高，不利于整个光伏储能装置的能量收集与存储；三是该装置使用的太阳能电池的不够轻便，应用于航天器时会加重航天器的负担，不利于长时间使用；四是该装置使用的太阳能电池，不利于系统成本的降低。

在申请号为201810933139.X的专利中公开了一种抗辐照太阳能电池，其自上而下包括导电玻璃电极层，电子传输层，钙钛矿光敏层和碳电极。实验测试结果表明，该钙钛矿太阳能电池在辐照后的光电性能没有受到严重性破坏，且光电转换效率与辐照前的相差无几。黄可卿等在文献“伽马射线辐照对柔性钙钛矿太阳电池的影响”中提出一种基于PEN/ITO/SnO₂/FA_0.945MA_0.025Cs_0.03Pb(I_0.975Br_0.025)₃/Spiro-OMeTAD/Ag平面异质结结构的钙钛矿太阳能电池，通过伽马射线辐照探究，证明该钙钛矿结构具有较好的抗辐照性能，在太空领域具有较好的应用前景。但是，以上这两种对钙钛矿的研究未对钙钛矿组分进行进一步的调控，且没有制备封装层，导致其稳定性差，不利于其在太空设备中的长期应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种抗辐照的光伏储能一体化装置及其制备方法，以提高光电转化效率和抗辐照能力，并降低其成本和重量，实现对太空设备全时段的长期稳定供电。