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CN106684182B - 太阳能和锂离子电池一体化器件 - Google Patents

太阳能和锂离子电池一体化器件 Download PDF

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CN106684182B CN201510751773.8A CN201510751773A CN106684182B CN 106684182 B CN106684182 B CN 106684182B CN 201510751773 A CN201510751773 A CN 201510751773A CN 106684182 B CN106684182 B CN 106684182B
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Abstract

本发明公开一种太阳能和锂离子电池一体化器件，包括：半导体层包括第一表面以及第二表面；正极以及负极，间隔设置于所述第一表面；外接电路，所述半导体层﹑所述正极﹑所述外接电路以及所述负极依次电连接以共同构成一回路；绝缘层，设置于所述第二表面；栅极，设置于所述绝缘层远离所述半导体层的表面，所述栅极接一第一电压；其中，所述半导体层为氧化物半导体层，所述氧化物半导体层同时用作太阳能电池的活性层以及锂离子电池的电解质层。

Description

太阳能和锂离子电池一体化器件
技术领域
本发明涉及一种太阳能和锂离子电池一体化器件。
背景技术
能源的存储和转换是当今节能环保时代的重要研究方向。传统太阳能电池和锂离子电池是相互独立和分离的两个器件，因此能源的存储和转换是分离的，需要更多的材料，且具有较大的体积。目前，国内外均尚未发现集成太阳能和锂离子电池的一体化器件的研究。
发明内容
本发明提供一种太阳能和锂离子电池一体化器件，可以使太阳能和锂离子这两种相互分离且相互独立的器件集成在一起，从而可以减少材料使用和减少体积，从而获得集成太阳能和锂离子电池的一体化器件。
一种太阳能和锂离子电池一体化器件，包括：半导体层包括第一表面以及第二表面；正极以及负极，间隔设置于所述第一表面；外接电路，所述半导体层﹑所述正极﹑所述外接电路以及所述负极依次电连接以共同构成一回路；绝缘层，设置于所述第二表面；栅极，设置于所述绝缘层远离所述半导体层的表面，所述栅极接一第一电压；其中，所述半导体层为氧化物半导体层，所述氧化物半导体层同时用作太阳能电池的活性层以及锂离子电池的电解质层。
进一步的，所述氧化物半导体层为单层结构或多层结构。
进一步的，所述氧化物半导体层包括两层In-Ga-Zn-O层(IGZO)以及夹持于所述IGZO层之间的In-Zn-O层(IZO)。
进一步的，所述IGZO层的厚度为10纳米到50纳米。
进一步的，所述IGZO层的厚度为15纳米到30纳米。
进一步的，所述IZO层的厚度为30纳米到100纳米。
进一步的，所述IZO层的厚度为40纳米到60纳米。
进一步的，所述正极与所述半导体层之间进一步形成p-n结，当太阳光照射所述p-n结时，会形成光生电流。
进一步的，所述负极材料选自石墨﹑锡基负极材料以及硅基负极材料。
进一步的，所述电解质层为固体电解质层。
本发明提供的太阳能和锂离子电池一体化器件，通过所述氧化物半导体层同时用作太阳能电池的活性层以及锂离子电池的电解质层，从而可以将太阳能电池和锂离子电池有效集成在一起，从而降低材料的使用及减小体积，降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的太阳能和锂离子电池一体化器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
请参照图1，一种太阳能和锂离子电池一体化器件100，包括：
半导体层14，包括第一表面以及第二表面；
正极12以及负极11，间隔设置于所述第一表面；
外接电路10，所述半导体层14﹑所述正极12﹑所述外接电路10以及所述负极11依次电连接以共同构成一回路；
绝缘层15，设置于所述第二表面；
栅极13，设置于所述绝缘层15远离所述半导体层14的表面，所述栅极13接一第一电压VG。
所述半导体层14为氧化物半导体层，所述氧化物半导体层同时用作太阳能电池的活性层以及锂离子电池的电解质层。优选地，所述电解质层为固体电解质层。
所述氧化物半导体层可以为单层结构或多层结构。本实施例中，所述氧化物半导体层包括两层In-Ga-Zn-O层141/143(IGZO)以及夹持于所述In-Ga-Zn-O层141/143之间的In-Zn-O层142(IZO)。所述IGZO层141/143的厚度为纳米级，优选的，为10纳米到50纳米。更优选的，所述IGZO层的厚度为15纳米到30纳米。本实施例中，IGZO层141的厚度约为25纳米，而IGZO层143的厚度约为17纳米。所述IZO层142的厚度也为纳米级，优选的，为30纳米到100纳米；更优选的，所述IZO层的厚度为40纳米到60纳米。本实施例中，所述IZO层142的厚度约为50纳米。在使用过程中，所述氧化物半导体层中会形成N型沟道和P型沟道，进一步的，可以在所述N型沟道上形成P型薄层和/或在P型沟道上面N型薄层，所述P型薄层和N型薄层的厚度可以控制在不阻碍电流从沟道送到电极的范围内，优选，为纳米级。
所述正极12的材料选自常用的锂离子正极材料，如钴酸锂﹑锰酸锂以及磷酸锂铁等。进一步的，所述正极12与所述半导体层14之间进一步形成p-n结，当太阳光照射所述p-n结时，会形成光生电流。具体的，所述所述正极12与所述In-Ga-Zn-O层141之间进一步形成p-n结，当太阳光照射所述p-n结时，会形成光生电流。
所述负极11的材料也选自常用的锂离子负极材料，如石墨﹑锡基负极材料以及硅基负极材料等。
可以理解，当所述栅极13接入所述第一电压VG时，所述半导体层14会形成导空穴和电子的沟道，进一步的，当光线入射到所述半导体层14中，所述半导体层14中的空穴和电子会产生分离，并通过所述半导体层14﹑所述正极12﹑所述外接电路10以及所述负极11所形成回路分别存储于所述半导体层14﹑所述正极12以及所述负极11所形成的锂离子电池上。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，包括：
半导体层包括第一表面以及第二表面；
正极以及负极，间隔设置于所述第一表面；
外接电路，所述半导体层﹑所述正极﹑所述外接电路以及所述负极依次电连接以共同构成一回路；
绝缘层，设置于所述第二表面；
栅极，设置于所述绝缘层远离所述半导体层的表面，所述栅极接一第一电压；
其中，所述半导体层为氧化物半导体层，所述氧化物半导体层同时用作太阳能电池的活性层以及锂离子电池的电解质层。
2.根据权利要求1所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述氧化物半导体层为单层结构或多层结构。
3.根据权利要求1所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述氧化物半导体层包括两层In-Ga-Zn-O层(IGZO)以及夹持于所述In-Ga-Zn-O层之间的In-Zn-O层(IZO)。
4.根据权利要求3所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述In-Ga-Zn-O层的厚度为10纳米到50纳米。
5.根据权利要求4所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述In-Ga-Zn-O层的厚度为15纳米到30纳米。
6.根据权利要求3所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述In-Zn-O层的厚度为30纳米到100纳米。
7.根据权利要求6所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述In-Zn-O层的厚度为40纳米到60纳米。
8.根据权利要求1所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述正极与所述半导体层之间进一步形成p-n结，当太阳光照射所述p-n结时，会形成光生电流。
9.根据权利要求1所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述负极材料选自石墨﹑锡基负极材料以及硅基负极材料。
10.根据权利要求1所述的太阳能和锂离子电池一体化器件，其特征在于，所述电解质层为固体电解质层。
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Assignee: Zhejiang Longfa New Material Technology Co.,Ltd.

Assignor: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Contract record no.: X2025980032293

Denomination of invention: Solar energy and lithium-ion battery integrated device

Granted publication date: 20190129

License type: Common License

Record date: 20251107

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Application publication date: 20170517

Assignee: Ningbo Yunde semiconductor materials Co.,Ltd.

Assignor: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Contract record no.: X2025980040342

Denomination of invention: Solar energy and lithium-ion battery integrated device

Granted publication date: 20190129

License type: Common License

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