柔性太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與疲勞分析.pdf

1、柔性電子技術(shù)是一種將電子元件集成在柔性基體上，從而使剛性的電子元件有了較大延展性的新型技術(shù)，在近十年來得到了迅速的發(fā)展。柔性太陽能電池就利用此技術(shù)，將脆性的GaAs電池模塊粘貼在超彈性材料PDMS上，使整個(gè)薄膜電池結(jié)構(gòu)的延展性得到了增加。
　　本文提出了一種新的設(shè)計(jì)方案，在“單一島體”型柔性太陽能電池基礎(chǔ)之上，將基體的基底與島體之間增加一個(gè)方形立柱來隔離基底的變形，使基體形成了“基底-立柱-島體”的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)“復(fù)合島體”結(jié)構(gòu)

2、。在此結(jié)構(gòu)中，立柱的寬度、厚度以及島體厚度對(duì)柔性太陽能電池的延展性有顯著影響。應(yīng)用有限元方法發(fā)現(xiàn)立柱的寬度對(duì)界面力和GaAs電池應(yīng)變的影響特別顯著，且立柱寬度小于300μm時(shí)基底以上的結(jié)構(gòu)會(huì)因立柱失穩(wěn)而傾斜。另外，立柱與島體的厚度對(duì)界面力和GaAs電池應(yīng)變的影響程度比立柱的寬度影響要小很多。基底的厚度的影響相比于立柱的寬度來說可以忽略不計(jì)。最后，保護(hù)膜厚度越大對(duì)GaAs電池和界面力的影響都會(huì)增大。在實(shí)際情況中，柔性太陽能電池常常會(huì)受到外

3、力的反復(fù)加載，很容易造成軟基底和硬的GaAs電池之間的界面發(fā)生脫粘，從而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失效。而此結(jié)構(gòu)的材料間剛度差異非常大，其界面破壞機(jī)理非常復(fù)雜，且至今還沒有關(guān)于柔性太陽能電池界面疲勞方面的研究，因此將重心放在研究“單一島體”與“復(fù)合島體”型太陽能電池在拉伸和彎曲循環(huán)載荷下界面破壞的差異性上?？紤]了包括剪切和拉伸在內(nèi)的內(nèi)聚力模型，并通過采用內(nèi)聚力模型對(duì)界面破壞進(jìn)行數(shù)值分析。發(fā)現(xiàn)“單一島體”型柔性太陽能電池界面破壞速率比相同循環(huán)載荷下的“

4、復(fù)合島體”型柔性太陽能電池要快得多。而且，兩種設(shè)計(jì)的界面破壞的起始位置顯著不同。例如，在拉伸的循環(huán)加載下，“單一島體”型柔性太陽能電池界面破壞從四個(gè)角開始，然后向界面中心逐漸演化。然而，“復(fù)合島體”型柔性太陽能電池界面破壞大致從方形立柱的四個(gè)角上的垂直投影開始。此外，循環(huán)載荷越大，“單一島體”型柔性太陽能電池的界面破壞速率越快。另外，兩種設(shè)計(jì)都可以忽略導(dǎo)線的影響。最后，所提出的“復(fù)合島體”設(shè)計(jì)可延展性能比“單一島體”設(shè)計(jì)顯著提高了，變形