柔性太陽能電池的結構優(yōu)化設計與疲勞分析.pdf

1、柔性電子技術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，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，將脆性的GaAs電池模塊粘貼在超彈性材料PDMS上，使整個薄膜電池結構的延展性得到了增加。
　　本文提出了一種新的設計方案，在“單一島體”型柔性太陽能電池基礎之上，將基體的基底與島體之間增加一個方形立柱來隔離基底的變形，使基體形成了“基底-立柱-島體”的結構，相當于一個“復合島體”結構

2、。在此結構中，立柱的寬度、厚度以及島體厚度對柔性太陽能電池的延展性有顯著影響。應用有限元方法發(fā)現(xiàn)立柱的寬度對界面力和GaAs電池應變的影響特別顯著，且立柱寬度小于300μm時基底以上的結構會因立柱失穩(wěn)而傾斜。另外，立柱與島體的厚度對界面力和GaAs電池應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。最后，保護膜厚度越大對GaAs電池和界面力的影響都會增大。在實際情況中，柔性太陽能電池常常會受到外

3、力的反復加載，很容易造成軟基底和硬的GaAs電池之間的界面發(fā)生脫粘，從而導致整個結構失效。而此結構的材料間剛度差異非常大，其界面破壞機理非常復雜，且至今還沒有關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的內聚力模型，并通過采用內聚力模型對界面破壞進行數(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、復合島體”型柔性太陽能電池要快得多。而且，兩種設計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角開始，然后向界面中心逐漸演化。然而，“復合島體”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，兩種設計都可以忽略導線的影響。最后，所提出的“復合島體”設計可延展性能比“單一島體”設計顯著提高了，變形