一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述移動電源包括套設于電子設備殼體外的基板，在基板上設置有太陽能電池組、充電控制電路、以及輸出端口，太陽能電池組由一個或多個高效柔性GaAs基太陽能電池構(gòu)成，太陽能電池組的效率可達25％以上，因此所需電池的面積可以減小到普通太陽能電池的三分之一，使得基于高效柔性太陽能電池的移動電源小巧、輕便且高效；高效柔性GaAs基太陽能電池具有柔性、輕質(zhì)和易于集成的特點，能夠完美地集成到電子設備的表面或者其保護套上，不影響其美觀和工作性能。太陽能電池組可以直接給電子設備進行充電，也可以增加一個超薄高效蓄電池作為備用電池，在太陽能電池組充電效果不好的情況下給電子設備進行充電。
【專利說明】-種基于高效柔性太陽能電池的移動電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力供應【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種基于高效柔性太陽能電池的移動 電源。

【背景技術(shù)】
[0002] 以智能手機、平板電腦、PDA和MP3/MP4等電子設備為代表的移動經(jīng)濟是當前和下 一輪經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎。隨著電子設備在電子商務、網(wǎng)絡社區(qū)、娛樂游戲和時事資訊等大 信息時代實時通訊中日益增長的應用領(lǐng)域和使用頻率，這些電子產(chǎn)品普遍存在著電源續(xù)航 能力不足的問題。"移動電源"這個概念是隨著電子產(chǎn)品的普及和快速增長而發(fā)展起來的， 移動電源是一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器。針對電子產(chǎn)品功能日益多樣 化，使用更加頻繁，與我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)聯(lián)也越來越密切，如何提高電子產(chǎn)品的使用時間、 方便人們的生活、及時補充電量、發(fā)揮其最大功用的重要性就更加刻不容緩。而移動電源， 就是針對并解決這一問題的最佳方案，隨身攜帶一個移動電源，就可以隨時隨地為多種電 子產(chǎn)品充電。隨著移動電源的發(fā)展，出現(xiàn)了太陽能電池移動電源，在使用過程中可以將太陽 能轉(zhuǎn)換為電能給電子產(chǎn)品充電。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能電池移動電源大多采用傳統(tǒng)硅基太陽能電池，其電池板厚 重，或者是非晶硅薄膜太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率只有7%左右、獨立充電時間長達20小 時左右，不能高效獨立地對電子產(chǎn)品進行充電，且太陽能移動電源必須依賴鋰離子電池等 儲能部件，在使用的時候必須將太陽能轉(zhuǎn)換為電能以后存儲在蓄電池里面。目前應用于航 空航天領(lǐng)域的GaAs基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率20-22%，但是其成本很高，而且制作在 剛性GaAs襯底上，不具柔性，無法應用在普通電子產(chǎn)品中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中太陽能電池移動電源采用的太 陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率低，體積大且厚重，移動電源依賴蓄電池等儲能部件的缺點，從而提 出一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述移動電源包括套設于電子設備殼 體外的基板，在所述基板上設置有太陽能電池組、與所述太陽能電池組連接的充電控制電 路、以及輸出端口，其中：
[0007] 所述太陽能電池組，由一個或多個高效柔性GaAs基太陽能電池構(gòu)成，所述高效柔 性GaAs基太陽能電池包含器件層、器件層上方設置的金屬電極層以及器件層下方設置的 背襯層；
[0008] 所述充電控制電路控制所述太陽能電池組中接入的太陽能電池的數(shù)量，通過充電 控制電路的輸出端提供穩(wěn)定的充電電壓，所述充電控制電路能夠防電池反向漏電；
[0009] 所述輸出端口與所述充電控制電路的輸出端連接，為電子設備提供充電接口。
[0010] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述高效柔性GaAs基太陽能電池中 的器件層包括由III - V族化合物半導體材料GaAs組成的單結(jié)、雙結(jié)或多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)。
[0011] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述控制電路包括電壓電流控制芯 片、旁路開關(guān)以及阻塞二極管，所述阻塞二極管的正極連接一個太陽能電池、負極連接蓄電 池，所述電壓電流控制芯片通過旁路開關(guān)連接到所述太陽能電池和阻塞二極管正極之間， 控制太陽能電池回路的導通或斷開。
[0012] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述充電控制電路中的電壓電流控制 芯片對各個太陽能電池的電流大小進行判斷，當電流大小低于閾值時，電壓電流控制芯片 控制該太陽能電池對應的旁路開關(guān)閉合斷開該太陽能電池回路。
[0013] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述充電控制電路中還包括穩(wěn)壓二極 管，與所述太陽能電池組串聯(lián)，用于保證太陽能電池組產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。
[0014] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，還包括：
[0015] 液晶屏，所述控制芯片通過所述液晶屏顯示實時的輸出電壓和輸出電流。
[0016] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述充電控制電路設置在電路板上， 所述電路板為印刷電路板或者集成電路器件。
[0017] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述輸出端口與所述電子設備的充電 接口對應設置。
[0018] 上述基于高效柔性太陽能電池的移動電源，還包括：
[0019] 超薄高效蓄電池，所述超薄高效蓄電池作為備用電池，用于在太陽能電池組充電 效果不好的情況下給電子設備進行充電。
[0020] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：
[0021] (1)本發(fā)明所述的一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述移動電源包括 套設于電子設備殼體外的基板，在所述基板上設置有太陽能電池組、與所述太陽能電池組 連接的充電控制電路、以及輸出端口，所述太陽能電池組由一個或多個高效柔性GaAs基太 陽能電池構(gòu)成，高效柔性GaAs基太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率在28%以上，太陽能電池 組的效率可達25%以上，因此所需電池的面積可以減小到普通太陽能電池的三分之一，使 得基于高效柔性太陽能電池的移動電源小巧、輕便且高效；高效柔性GaAs基太陽能電池在 室內(nèi)照明或陰天弱光照射下能夠高效率工作，甚至無需鋰離子電池也可以實時為電子設備 供電，解決了太陽能電池移動電源對鋰離子電池等儲能部件的依賴，既降低電源成本，又減 輕其重量。
[0022] (2)本發(fā)明所述的一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，器件層主要包括由 III - V族化合物半導體材料GaAs組成的單結(jié)、雙結(jié)或多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，由于剝離了沉重且剛 性的襯底材料，GaAs基太陽能電池的總體厚度僅幾十微米而且重量是普通GaAs基太陽能 電池重量的十分之一左右，因此高效柔性GaAs基太陽能電池能夠完美地集成到電子設備 的表面或者其保護套上，不影響其美觀和工作性能。
[0023] (3)本發(fā)明所述的一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，所述控制芯片通過 所述液晶屏顯示實時的輸出電壓和輸出電流，可以實時方便地監(jiān)測太陽能電池組的工作狀 態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合 附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
[0025] 圖1是本發(fā)明一個實施例的基于高效柔性太陽能電池的移動電源與手機連接的 示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明一個實施例的基于高效柔性太陽能電池的移動電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明一個實施例的一種高效柔性GaAs基太陽能電池的性能參數(shù)；
[0028] 圖中附圖標記表示為：1-電子設備、2-基板、3-太陽能電池組、4-充電控制電路、 5_輸出端口、6-控制芯片、7-液晶顯示屏、8-連接線、9-電子設備充電接口、D1-短路狀態(tài)、 P1-最大輸出功率狀態(tài)、K1-開路狀態(tài)、-第一太陽能電池、M2-第二太陽能電池、Mn-第η 太陽能電池、屯-第一阻塞二極管、d2-第二阻塞二極管、dn-第η阻塞二極管、Si-第一開關(guān)、 S2-第二開關(guān)、Sn-第η開關(guān)、zdi-第一穩(wěn)壓二極管、zd2-第二穩(wěn)壓二極管、zd n-第η穩(wěn)壓二 極管。

【具體實施方式】
[0029] 實施例1
[0030] 本實施例提供一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，圖1為基于高效柔性太 陽能電池的移動電源與手機連接的示意圖，所述移動電源包括套設于電子設備1殼體外的 基板2,在所述基板2上設置有太陽能電池組3、與所述太陽能電池組連接的充電控制電路 4、以及輸出端口 5,所述電子設備1的充電接口 9通過連接線8與基板2上的輸出端口 5連 接。其中：
[0031] 所述太陽能電池組3由一個或多個高效柔性GaAs基太陽能電池構(gòu)成，所述高效 柔性GaAs基太陽能電池包含器件層、器件層上方設置的金屬電極層以及器件層下方設置 的背襯層。所述高效柔性GaAs基太陽能電池中的器件層包括由III - V族化合物半導體材 料GaAs組成的單結(jié)、雙結(jié)或多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，所述器件層厚度為1-10微米，所述金屬電極層 的厚度為1-20微米，所述背襯層的厚度為1-30微米。所述高效柔性GaAs基太陽能電池的 總體厚度為幾十微米。由于剝離了沉重且剛性的襯底材料，GaAs基太陽能電池的總體厚度 僅幾十微米而且重量是普通GaAs基太陽能電池重量的十分之一左右，因此高效柔性GaAs 基太陽能電池能夠完美地集成到電子設備的表面或者其保護套上，不影響其美觀和工作性 能，且攜帶和使用都非常方便。
[0032] 專利申請CN103258913公開了《一種III - V族化合物電子器件的制備方法》，本申 請中的高效柔性GaAs基太陽能電池是基于該方法獲取的，獲取的高效柔性GaAs基太陽能 電池的性能參數(shù)如圖2所示，短路狀態(tài)D1下短路電流I s。為28. 6mA，開路狀態(tài)K1下開路電 壓V。。為1. 08V，最大輸出功率狀態(tài)P1下最大輸出功率PMax為26. 44mW，輸出功率最大時的 工作電壓VMax為0.96V，輸出功率最大時的工作電流IMax為27. 54mA，轉(zhuǎn)換效率（Efficiency) 為27. 2%，填充因子（Filling Factor)為85. 6%。通過五個高效柔性GaAs基太陽能電池 串聯(lián)構(gòu)成的太陽能電池組，可以實現(xiàn)在最大輸出功率狀態(tài)下工作電壓為5V左右。
[0033] 所述充電控制電路4控制所述太陽能電池組中接入的太陽能電池的數(shù)量，通過充 電控制電路的輸出端提供穩(wěn)定的充電電壓，所述充電控制電路能夠防電池反向漏電。根據(jù) 高效柔性GaAs基太陽能電池的性能參數(shù)與電子設備的輸入電壓和輸入電流的要求，設計 太陽能電池組的結(jié)構(gòu)以及充電控制電路。多個高效柔性GaAs基太陽能電池串并聯(lián)可以形 成所需輸出電壓和所需輸出電流的太陽能電池組。充電控制電路可實時調(diào)節(jié)輸出電壓和電 流，使輸出電壓在電子設備額定電壓的允許范圍以內(nèi)，輸出電流也在電子設備額定電流的 允許范圍內(nèi)。根據(jù)電子設備電池的電量狀態(tài)決定是否充電，例如：在電池電量不足50%就 持續(xù)充電，在電池電量為100 %時就停止充電，保證電子產(chǎn)品電池有充足的電量。
[0034] 如圖3所示，所述控制電路包括電壓電流控制芯片、旁路開關(guān)以及阻塞二極管，所 述阻塞二極管的正極連接一個太陽能電池、負極連接蓄電池，所述電壓電流控制芯片通過 旁路開關(guān)連接到所述太陽能電池和阻塞二極管正極之間，控制太陽能電池回路的導通或斷 開。當電子設備的電池充滿電時，控制芯片發(fā)出指令，閉合第一開關(guān)Si、第二開關(guān)S 2…第η 開關(guān)Sn，使得第一太陽能電池％，第二太陽能電池 Μ2…第η太陽能電池 Μη短路，不再對電 子設備的電池進行充電。當電子設備的電池電量不足時，控制芯片發(fā)出指令，打開第一開關(guān) Si、第二開關(guān)S2…第η開關(guān)Sn，第一太陽能電池札、第二太陽能電池組Μ2…第η太陽能電池 Μη對電子設備的電池進行充電。第一阻塞二極管屯、第二阻塞二極管d2…第η阻塞二極管 dn的作用是正向?qū)〞r對電子設備的電池進行充電，并且防止電子設備的電池向太陽能電 池組逆向放電。
[0035] 在優(yōu)選的實施方式中，充電控制電路中的電壓電流控制芯片還對接入的太陽能電 池的電流大小進行判斷，當接收到的太陽能電池的電流大小低于閾值時，電壓電流控制芯 片控制該太陽能電池對應的旁路開關(guān)閉合斷開該太陽能電池回路。此處的目的是當該移動 電源放置的位置存在遮擋時，有部分太陽能電池由于被遮擋住，明顯該太陽能電池的發(fā)電 量減小，電流減小，如果接入該充電回路，會影響整個移動電源的充電效率，因此將該遮擋 住的部分太陽能電池斷開，可以有效防止因為某個太陽能電池的電流過小而影響整個充電 電路。
[0036] 所述充電控制電路中還包括穩(wěn)壓二極管，與所述阻塞二極管串聯(lián)，提供電路保護。 由于太陽能電池組產(chǎn)生的電流隨著光照強度的變化顯著，因此需要在第一太陽能電池組 Mi、第二太陽能電池組M2…第η太陽能電池組Mn中分別串聯(lián)第一穩(wěn)壓二極管zdi、第二穩(wěn)壓 二極管zd 2…第η穩(wěn)壓二極管zdn。穩(wěn)壓二極管在反向偏置電壓下工作，即使太陽能電池組 產(chǎn)生的電流有波動也可以輸出恒定的電壓，保證太陽能電池組產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓，穩(wěn)壓 二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點 上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二 極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件 使用。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定 電壓，所以可以分別在圖4所示的第一穩(wěn)壓二極管砵、第二穩(wěn)壓二極管zd 2…第η穩(wěn)壓二極 管zdn的支路上串聯(lián)更多的穩(wěn)壓二極管。
[0037] 上述的充電控制電路可以設置在電路板上，所述電路板為印刷電路板或者集成電 路器件，設置在移動電源的基板內(nèi)部。本實施例所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電 源還可以包括液晶屏7,所述控制芯片通過所述液晶屏顯示實時的輸出電壓和輸出電流，可 以實時方便地監(jiān)測太陽能電池的工作狀態(tài)。
[0038] 該移動電源的輸出端口 5與所述充電控制電路4的輸出端連接，為電子設備提供 充電接口，所述輸出端口可以選擇USB接口。此外，在移動電源外殼的基板上成型有與所述 電子設備的接口匹配的開口，作為移動電源的輸出端口 5,移動電源的輸出端口 5與所述電 子設備的充電接口對應設置，方便電子設備與移動電源連接。如該移動電源為手機的移動 電源時，將手機裝配在該移動電源內(nèi)，攜帶使用都非常方便，該移動電源的輸出端口和手機 的充電口對應設置，只要將其連接，就可以進行充電，充電非常方便。
[0039] 本實施所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源還包括超薄高效蓄電池，此處 的超薄高效蓄電池可以選擇鋰離子電池或其他類型的超薄蓄電池。本實施例中的太陽能電 池組可以直接通過電壓電流控制芯片給電子設備的電池進行充電，也可以在移動電源內(nèi)部 增加一個超薄高效蓄電池作為備用電池。在太陽能電池組充電效果不好的情況下給電子設 備進行充電。
[0040] 高效柔性GaAs基太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率在28%以上，太陽能電池組件 的效率可達25%以上，因此所需電池的面積可以減小到普通太陽能電池的三分之一，使得 基于高效柔性太陽能電池的移動電源小巧、輕便且高效；高效柔性GaAs基太陽能電池在室 內(nèi)照明或陰天弱光照射下能夠高效率工作，甚至無需鋰離子電池也可以實時為電子設備供 電，解決了太陽能電池移動電源對鋰離子電池等儲能部件的依賴，既降低電源成本，又減輕 其重量。由于剝離了沉重且剛性的襯底材料，GaAs基太陽能電池的總體厚度僅幾十微米而 且重量是普通GaAs基太陽能電池重量的十分之一左右，因此高效柔性GaAs基太陽能電池 能夠完美地集成到電子設備的表面或者其保護套上，不影響其美觀和工作性能。
[0041] 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于，所述移動電源包括套設于 電子設備殼體外的基板，在所述基板上設置有太陽能電池組、與所述太陽能電池組連接的 充電控制電路、以及輸出端口，其中： 所述太陽能電池組，由一個或多個高效柔性GaAs基太陽能電池構(gòu)成，所述高效柔性 GaAs基太陽能電池包含器件層、器件層上方設置的金屬電極層以及器件層下方設置的背襯 層； 所述充電控制電路控制所述太陽能電池組中接入的太陽能電池的數(shù)量，通過充電控制 電路的輸出端提供穩(wěn)定的充電電壓，所述充電控制電路能夠防電池反向漏電； 所述輸出端口與所述充電控制電路的輸出端連接，為電子設備提供充電接口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于，所述高 效柔性GaAs基太陽能電池中的器件層包括由III - V族化合物半導體材料GaAs組成的單 結(jié)、雙結(jié)或多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于，所述 控制電路包括電壓電流控制芯片、旁路開關(guān)以及阻塞二極管，所述阻塞二極管的正極連接 一個太陽能電池、負極連接蓄電池，所述電壓電流控制芯片通過旁路開關(guān)連接到所述太陽 能電池和阻塞二極管正極之間，控制太陽能電池回路的導通或斷開。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于，所述充 電控制電路中的電壓電流控制芯片對各個太陽能電池的電流大小進行判斷，當電流大小低 于閾值時，電壓電流控制芯片控制該太陽能電池對應的旁路開關(guān)閉合斷開該太陽能電池回 路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于，所述充 電控制電路中還包括穩(wěn)壓二極管，與所述太陽能電池組串聯(lián)，用于保證太陽能電池組產(chǎn)生 穩(wěn)定的輸出電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于， 還包括： 液晶屏，所述控制芯片通過所述液晶屏顯示實時的輸出電壓和輸出電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于， 所述充電控制電路設置在電路板上，所述電路板為印刷電路板或者集成電路器件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于， 所述輸出端口與所述電子設備的充電接口對應設置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的基于高效柔性太陽能電池的移動電源，其特征在于， 還包括： 超薄高效蓄電池，所述超薄高效蓄電池作為備用電池，用于在太陽能電池組充電效果 不好的情況下給電子設備進行充電。
【文檔編號】H02S10/00GK104104310SQ201410374118
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】楊曉杰, 葉繼春, 劉鳳全 申請人:蘇州強明光電有限公司