CN101494248B - 一种平板聚光太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

一种平板聚光太阳能电池及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平板聚光太阳能电池，其包括常规的太阳能电池，还包括一透明玻璃板，透明玻璃板上涂覆有一光致发光涂层，常规太阳能电池紧密粘贴在透明玻璃板底面或者常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在透明玻璃板底面，常规太阳能电池受光面对应的透明玻璃板受光面区域不涂覆光致发光涂层。本发明还公开了一种平板聚光太阳能电池的制作方法。本发明采用廉价的透明玻璃板制备的聚光板能有效收集太阳能电池周围的散射光，不需要太阳光跟踪系统等设备，适宜于应用到太阳能电池组件，从而达到降低太阳能组件的总体成本和提高太阳能电池光电转换效率的目的；此外将颜色可调的聚光板应用于太阳能电池，为光伏建筑一体化提供了与传统太阳能电池所不具备的装饰效果。

Description

一种平板聚光太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种平板聚光太阳能电池及其制作方法。
背景技术
自1954年太阳电池被发明以来，各种材料(包括硅、GaAs、CIS等)所制成的太阳电池得到了很大的发展。目前，太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，但是与常规能源相比在价格上仍然缺少竞争力，所以不断地提高电池组件效率和降低光伏发电成本是今后太阳能光伏行业发展的主要研究方向。现阶段为了提高太阳电池组件效率，国内外常采用庞大的几何聚光系统。该类系统主要由两部分组成：聚光组件和平衡系统。聚光组件包括：接受器(光伏电池)、聚光器(包括二次聚光器)、冷却器和基架保护组元等，平衡系统包括：跟踪器、接线盒、配线、组件支架、电力调节设备、储能电池和数据采集器等，整个系统的的性能与单个组件的性能息息相关，如聚光器效率的提高，跟踪器性能的改善，散热装置的改进等，目前，各重要部件的效率提高空间已相当有限。另外，这些繁杂的组件制造和维护成本并不便宜。常见的聚光太阳能电站有槽形抛物镜太阳能电站，塔式太阳能电站，盘式太阳能电站等。光伏聚光系统市场推广的一个困难是难于实现光伏建筑一体化。
发明内容
本发明的目的是提供一种平板聚光太阳能电池，该太阳能电池可实现较大空间区域和较宽光谱范围内对光子的收集，增加太阳能电池的光生电流密度，从而有效提高电池的输出功率、降低太阳电池组件的发电成本。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单的平板聚光太阳能电池的制作方法，该制作方法中的光致发光材料来源广泛，平板的形状可控，颜色可调，适合于光伏与建筑的一体化的应用。
本发明提供的一种平板聚光太阳能电池，其包括常规的太阳能电池，其特征是，还包括一透明玻璃板，所述透明玻璃板上涂覆有一光致发光涂层，所述常规 太阳能电池紧密粘贴在透明玻璃板底面或者常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在透明玻璃板底面，常规太阳能电池受光面对应的透明玻璃板受光面区域不涂覆光致发光涂层。
作为本发明的一种实施方式，所述常规太阳能电池紧密粘贴在透明玻璃板底面的中央区域或者常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在透明玻璃板底面的中央区域。
作为本发明的具体实施方式，所述光致发光涂层由透明基质掺入光致发光材料形成，其中所述透明基质是耐环境的环氧树脂胶层、丙烯酸类胶层、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层、氧化硅或其它透明溶胶；所述光致发光材料是耐环境的有机荧光染料、半导体发光材料或其他纳米光致发光材料。
本发明所述常规太阳能电池是硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池或其他有机电池。
本发明所述透明玻璃板是太阳能组件中常用的有机玻璃片、太阳能玻璃片或导电玻璃等。
作为本发明的进一步改进，所述透明玻璃板的四个侧面及底面安装有反射片，反射片与透明玻璃板之间留有微小的空隙。
本发明所述反射片是在可见光区具有较高反射率的铝反射片、银反射片或具有高反射率的漫反射镜。
本发明提供的一种平板聚光太阳能电池的制作方法，其特征是，首先将光致发光材料掺到透明基质中，得到一混合物，将混合物涂覆到粘附有掩膜的透明玻璃板表面上，待涂层固化后，将常规太阳能电池紧密粘贴在与掩膜区域相对应的透明玻璃板底面或将常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在与掩膜区域相对应的透明玻璃板底面；然后在透明玻璃板的四个侧面及底面安装反射片，反射片与透明玻璃板之间留有微小的空隙；最后焊接导线并将掩膜去掉，即得到平板聚光太阳能电池。
作为本发明的一种实施方式，所述将混合物涂覆到透明玻璃板表面的涂覆方法可采用旋涂方式或其它简易方式。
本发明的工作机制，从图1和图2可以看出，透明玻璃板上的光致发光涂层能有效吸收直射光和散射光。对于发光涂层中含有一种光致发光材料的系统，该光致发光材料的发射光谱与电池的吸收光谱有较大重叠。当光致发光材料吸收某 些波长范围内的光后，向四面八方发射光，处于全反射临界角θ内向外发射的光将不能被利用，但有相当部分的光却由于光波导机制而被限制在玻璃板内传播，在玻璃板底部的电池光电转换处，光波导机制被破坏，由于光致发光材料的发射光谱与电池的吸收光谱有较大重叠，被全反射到这里的光将会被电池有效吸收。对于发光涂层中含有多种光致发光材料的系统，各材料具有从短波到长波不同区域的吸收光谱，并且一种材料的发射光谱与另一种材料的吸收光谱存在较大重叠，当各种材料分子间有较短的距离时，某一分子吸收的光子能量传递到另一分子上，并发射出比第一个分子发射波长更长的光，这样，能保证吸收光谱和发射光谱之间有较小的重叠以减少二次吸收损失。另外，该类系统还能在较宽的光谱范围内实现对光子的吸收。电池上方一定宽度内未涂覆发光涂层，能保证电池正常的工作效率和工作电流，而电池两侧的光致发光涂层能大面积吸收散射和直射光，所以电池的工作电流应该会得到有效增加。当发光材料区域面积越大，光致发光材料的吸收光谱区域越宽，吸收峰和发射峰的重叠越小，透明玻璃板的折射率越大，电池所能吸收的光子数就越多，光生电流也就越大。
与传统的几何聚光太阳能电池系统相比，本发明平板聚光太阳能电池具有的技术效果是：
1、采用了大面积平板吸光的模式，透明玻璃板能在较宽的光谱区域收集直射和散射光；
2、制作工艺简单，材料选择面广，易于生产、安装、维护和更换，外表美观，可作为建筑材料使用，易于实现光伏与建筑的一体化。
本发明采用廉价的透明玻璃板制备的聚光板能有效收集太阳能电池周围的散射光，不需要太阳光跟踪系统等设备，适宜于应用到太阳能电池组件，从而达到降低太阳能组件的总体成本和提高太阳能电池光电转换效率的目的；此外，将颜色可调的聚光板应用于太阳能电池，为光伏建筑一体化提供了与传统太阳能电池所不具备的装饰效果。
附图说明
图1为本发明实施例1含有一种荧光染料的平板聚光TiO2染料敏化太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例2含有两种荧光染料的平板聚光硅太阳能电池的结构示 意图；
图3是经归一化后荧光染料的发射光谱和N719染料的吸收光谱图，其中实线表示N719染料的吸收光谱，虚线表示荧光染料的发射光谱；
图4是染料敏化太阳能电池在涂荧光层前后的伏安特性曲线图，其中空心方块曲线表示涂荧光层前的伏安特性曲线，空心圆曲线表示涂荧光层后的伏安特性曲线。
具体实施方式
实施例1
图1是含有一种荧光染料的新型平板聚光染料敏化太阳能电池的结构示意图，图中1.导电玻璃片，1′.导电玻璃片，2.染料敏化太阳电池，3.光致发光涂层(荧光层)，5.MACROLEX Fluorescent Yellow 10GN荧光染料，7.电解液，8.FTO(SnO2:F)，9.TiO2，10.N719钌有机染料，11.铂。本实施例采取的技术方案是将染料敏化太阳电池2的光电转换部分直接沉积到聚光导电玻璃板上。选用6.2cm×4.9cm×0.2cm的导电玻璃片1，在导电玻璃片1的底面中央用丝网印刷印制一层0.9cm×2.7cm的长条形TiO2浆料9并450℃热处理30分钟，之后用N719钌有机染料10的乙醇溶液80℃浸泡3小时，取出后用乙醇清洗，并置干燥避光环境中保存。将1.5cm×5.5cm×0.2cm的导电玻璃片1′钻孔并镀铂11，经380℃下热处理30分钟后备用；将两导电玻璃片1和1′叠在一起并层压，以针筒将组成为0.3mol/L的无水碘化锂和0.03mol/L的碘的乙腈电解液7注入孔中，再将小孔以环氧树酯胶堵住，即制得长条形TiO2染料敏化电池2。
选用MACROLEX Fluorescent Yellow 10GN荧光染料5，它的发射光谱和N719钌有机染料10的吸收光谱有较大的重叠(如图3所示)。将含0.001％～0.1％Fluorescent Yellow 10GN的环氧树脂胶和丙酮(环氧树脂胶∶丙酮＝1∶0.5～1∶5，质量比，丙酮作为胶的稀释剂)混合液作为旋涂材料，用旋涂机在附有掩膜(3.6×1.4cm)的导电玻璃片1的绝缘面上旋涂多层荧光层3，掩膜的位置与TiO2涂层相对应，转速为1500～3000转/分，时间为10～60秒。表面经烘干固化后，将掩膜去掉。
在没有安装反光片的情况下，伏安特性测试结果显示，涂荧光层3后染料敏化太阳能电池的光电流相对于未涂荧光层3前增加了44％(如图4所示)。
实施例2
图2是含有两种荧光染料的新型平板聚光硅太阳电池的结构示意图，图中1.太阳能玻璃片，2.单晶硅太阳能电池片，3.光致发光涂层(荧光层)，4.铝反射片，4′漫反射片，5.MACROLEX Fluorescent Yellow 10GN荧光染料，6.MACROLEX Fluorescent Red G为荧光染料。本实施例以MACROLEXFluorescent Yellow 10GN，MACROLEX Fluorescent Red G为荧光染料，这两种染料能对400nm～500nm，500nm～600nm范围内的光进行有效吸收，以AB环氧树脂胶为基质，以丙酮为胶的稀释剂，AB环氧树脂胶和丙酮的质量比为1∶0.5～1∶5。将两种染料各按一定质量百分数(0.001％～0.1％)同时掺到经丙酮稀释的AB环氧树脂胶中，配成橙色混合液。
选用5cm×10cm×0.2cm的普通太阳能玻璃片1，在太阳能玻璃片1中央铺一定宽度的掩膜，该宽度略大于所选硅太阳电池片的宽度。用旋涂机在太阳能玻璃片1的粗糙表面旋涂荧光层3，转速为1500～3000转/分，10～60秒之后将太阳能玻璃片1烘干，然后再旋涂一层，重复这一过程旋涂多层，膜片经烘干固化后待用。
将太阳能玻璃片1上的掩膜去掉，并清洗该处，烘干，将经预先切割成0.5cm×5cm片并镀好电极的单晶硅太阳能电池片2用透明环氧胶粘贴到太阳能玻璃片1底面中央，该位置与上表面未涂荧光层3处对应，并确保单晶硅太阳能电池片2与太阳能玻璃片1的紧密接触。
在太阳能玻璃片1的四个侧面安装镀铝反射片4，对于底面则选用漫反射片4′，各反射片与太阳能玻璃片1各面之间保持微小的空隙，以保持良好的光波导环境。
经伏安特性测试结果显示，涂荧光层3后单晶硅太阳能电池的光电流相对于未涂荧光涂层3前增加了60％。
总之，本发明例举了上述优选实施方式，但是应该说明，本领域的技术人员可以进行各种变化和改型。因此，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种平板聚光太阳能电池，其包括常规的太阳能电池，其特征是，还包括一透明玻璃板，所述透明玻璃板上涂覆有一光致发光涂层，所述常规太阳能电池紧密粘贴在透明玻璃板底面或者常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在透明玻璃板底面，常规太阳能电池受光面对应的透明玻璃板受光面区域不涂覆光致发光涂层。
2.根据权利要求1所述的平板聚光太阳能电池，其特征是，所述常规太阳能电池紧密粘贴在透明玻璃板底面的中央区域或者常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在透明玻璃板底面的中央区域。
3.根据权利要求2所述的平板聚光太阳能电池，其特征是，所述光致发光涂层由透明基质掺入光致发光材料形成，其中所述透明基质是耐环境的环氧树脂胶层、丙烯酸类胶层、聚甲基丙烯酸甲酯层或氧化硅；所述光致发光材料是耐环境的有机荧光染料或半导体发光材料。
4.根据权利要求1或3所述的平板聚光太阳能电池，其特征是，所述常规太阳能电池是硅太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
5.根据权利要求1或3所述的平板聚光太阳能电池，其特征是，所述透明玻璃板是太阳能组件中常用的有机玻璃片、太阳能玻璃片或导电玻璃。
6.根据权利要求1或3所述的平板聚光太阳能电池，其特征是，所述透明玻璃板的四个侧面及底面安装有反射片，反射片与透明玻璃板之间留有微小的空隙。
7.根据权利要求6所述的平板聚光太阳能电池，其特征是，所述反射片是在可见光区具有较高反射率的铝反射片、银反射片或具有高反射率的漫反射镜。
8.一种平板聚光太阳能电池的制作方法，其特征是，首先将光致发光材料掺到透明基质中，得到一混合物，将混合物涂覆到粘附有掩膜的透明玻璃板表面上，待涂层固化后，将常规太阳能电池紧密粘贴在与掩膜区域相对应的透明玻璃板底面或将常规太阳能电池的光电转换部分直接沉积在与掩膜区域相对应的透明玻璃板底面；然后在透明玻璃板的四个侧面及底面安装反射片，反射片与透明玻璃板之间留有微小的空隙；最后焊接导线并将掩膜去掉，即得到平板聚光太阳能电池。
9.根据权利要求8所述的平板聚光太阳能电池的制作方法，其特征是，所述将混合物涂覆到透明玻璃板表面的涂覆方法为旋涂。
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