CN101849291B - 光伏装置 - Google Patents

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Abstract

一种光伏装置，包括至少一个活性层和透明盖板，所述透明盖板在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列且与光伏装置的所述至少一个活性层的表面接收侧光学接触，其特征在于，所述光学浮雕结构包括通过至少三个n边形表面连接的基面和单个顶点，其中n等于4或更高。

Description

光伏装置
技术领域
本发明涉及光伏装置，其包括至少一个活性层和盖板，该盖板在至少一侧包含光学结构的阵列且与活性层的光接收表面光学接触以减小所述表面的反射损耗。所述板或片还可与发光分子组合使用，这些发光分子在所述板内部或与所述板接触，以改善该光伏装置的光谱响应。
背景技术
光伏装置通常用于将光能转换成电能。这些装置包含活性层，该活性层由在暴露于光时产生电荷载流子的光吸收材料构成。目前常用于光伏装置的活性层为硅。然而，可以遇到各种材料，如例如砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)或二硒化铜铟镓(CIGS)。在活性层中产生的电荷被分离到将传导电的导电接触。由于活性层的薄且脆的本性，通常通过例如由玻璃制成的透明盖板来保护活性层免受外部影响。由现有技术可知活性层和盖板都反射入射到光伏装置的部分光。尤其是，活性层的高折射率引起大的反射损耗，该反射损耗在硅的情况下可以高达入射光的22％。由于不能将发射光转换成电能，因此这些反射损耗造成光伏装置的效率大幅降低。
另一种降低光伏装置效率的效应为通常对于短波长(如例如紫外(UV)或蓝光)而言活性层的低量子效率。该低的响应是由材料的带隙引起的。带隙是指价带的顶部与导带的底部之间的能量差，其中电子能够从一个带跃迁到另一个带。由于该带隙，活性层具有最优波长，在该最优波长附近，光能被最有效地转换成电能。具有高于或低于最优波长的波长的光被较低效地转换成电能。可降低光伏装置的在短波长范围的光谱响应的第二种效应为盖板对光的吸收。虽然盖板通常对可见光透明，但其经常在UV范围内吸收光。结果，该光不能到达光伏装置的活性层且不能被转换成电能。
为了降低这些反射损耗，可以在光吸收材料或所谓的活性层的顶部上施加抗反射涂层。抗反射涂层由折射率介于活性层和盖板的折射率之间的透明材料的单个四分之一波长层构成。虽然这在理论上在中心波长处给出零反射且对在中心附近的宽带中的波长给出降低的反射，但这些层的处理和材料成本相对高。并且，用于产生涂层的处理技术(例如，化学气相沉积)是综合性的且耗时。另外，抗反射涂层仅仅在其被施加的表面上起作用。因此，通过在这些表面中的任一表面上使用一个单个的抗反射涂层不能降低活性层和盖板的反射。
另一种降低反射损耗的方法是构造活性层的表面。这可通过直接构造材料本身或通过对所述材料被沉积于其上的衬底的表面构造而实现。通过构造通常具有棱锥或V形结构的活性层，可以通过在表面处的多次反射而获得在活性层处的反射损耗的降低，其中所述多次反射为光提供了更大的进入面板的机会。该效应降低了在活性层表面处的反射损耗，因此常常被称为抗反射效应。其次，在某些情况下，这些结构会部分地捕获未被活性层吸收但被衬底表面反射的光。结果，增加了活性层的光吸收机会。虽然对活性层的构造可以显著改善光伏电池的效率，但制造方法非常复杂且极端昂贵。经常使用如湿法化学蚀刻、机械蚀刻或反应离子蚀刻的处理来实现所需的效果。并且，对活性层的构造不会降低盖板的反射损耗。
由现有技术可知，可以使用与在上一段中所述的相同概念来改善玻璃板(即，盖板)的光透射性。这里，将V形结构(G.A.Landis，21st IEEEphotovoltaic specialist conference，1304-1307(1990))或在WO 03/046617中公开的棱锥结构应用于玻璃板，以降低所述板的反射损耗且因此提高其透射率。可以通过例如浇铸或压制而将这些结构应用于玻璃板。然而，根据模型研究(U.Blieske et all，3rd World Conference on Photovoltaic EnergyConversion，188-191(2003))，当使用该板作为光伏装置的盖板时，所述装置的最大效率仅仅可提高6％，这减小了约30％的反射损耗。实际结果更低，仅可获得3％。虽然这些结构降低了活性层的某些反射损耗，但其主要降低盖板的反射损耗。因此，反射损耗的总体降低以及光伏装置的效率提高是很低的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提高光伏装置的效率并提供这样的光伏装置，其中进一步降低了反射损耗，特别是活性层的反射损耗。
通过这样的光伏装置而实现该目的，该光伏装置包括至少一个活性层和透明盖板，所述透明盖板在至少一侧包含几何光学浮雕(relief)结构的阵列且与光伏装置的所述至少一个活性层的表面接收侧光学接触，其特征在于，所述光学浮雕结构包括通过至少三个n边形表面连接的基面和单个顶点，其中n等于4或更高。
所述顶点被限定为单独的几何光学浮雕结构的上部。所述顶点是与所述基面相对的单独的几何光学浮雕结构的单个最远点。所述顶点是这样的点，当沿与基面垂直的直线测量时，该点与基面的距离最长。
虽然透明盖板可包含仅仅一个单独的几何光学浮雕结构，但优选所述透明盖板包含几何光学浮雕结构的阵列。阵列应被理解为在一个基底上彼此邻近设置或者按行和列排列的部件(在该情况下为各个光学浮雕结构)的集合或组。优选地，所述阵列包含至少4个几何光学浮雕结构。
出人意料地，可以表明，包括所述光学浮雕结构的盖板降低了光伏装置的活性层的光吸收表面的反射损耗，其中设定所述盖板被设置为光学接触所述活性层的光接收侧。如果不满足该要求，通过所述板向所述活性层的透射率被降低为等于或小于未被构造的表面的情况。
优选地，所述光学浮雕结构的所述基面包括m个边的多边形，而所述光学结构包含总共至少m+1个表面。
在V形或任何棱锥结构的情况下不满足对根据本发明的光学浮雕结构的这些给定要求。在图3中给出了根据本发明的各个几何光学浮雕结构的实例。该实例绝不意味着限制本发明。这里，该几何光学浮雕结构清楚地包含将六边形基面直接连接到单顶点的3个方形表面，并且该结构总共包含9个表面。该结构不同于由现有技术可知的任何V形结构或任何棱锥结构。根据定义，重复的V形结构包含仅仅平行的表面。根据定义，棱锥结构包含将n边形基面连接到顶点的n个三角形。图3中描述的结构不满足这些要求中的任一条件。
根据本发明的几何光学浮雕结构具有两个主要功能：
1.通过所述结构的表面将经由n个边的多边形基面进入该结构的光至少部分地反射到其初始方向。
2.至少部分地透射经由所述结构的表面进入该结构的光。
在本发明的优选实施例中，单个几何光学结构应在构成该结构的所有表面上交会(converge)。优选地，所述基面与任何表面之间的角应为90°或更小。
在本发明的另一优选实施例中，所述透明盖板包含其中邻近的结构彼此邻接的几何光学浮雕结构的阵列。该结构可以被设置为使所有结构的取向相同、交替或相对于彼此随机设置。
公知平坦表面的反射损耗取决于入射角
Figure GPA00001130972300041
在平坦表面的情况下，当光源(即，太阳)垂直于该表面()时，反射损耗小。当入射角
Figure GPA00001130972300043
为90°时，即，光源与光伏装置的表面平行时，反射损耗增大到最大值。从现有技术可知，棱锥结构的阵列可观察到相似的效应，虽然趋势不同。然而，在这两种情况下，至少在很大程度上，反射损耗与θ角无关。也被称为方位角的θ角是用于确定光源(即，太阳)相对于装置的北、东、南、西位置的角。出人意料地，对于根据本发明的几何光学浮雕结构的阵列，反射损耗的降低极大地依赖于θ角。由于该依赖性，几何光学浮雕结构的阵列的相对于的太阳的径迹的取向对光伏装置的性能有重要影响。因此，在根据本发明的光伏装置的优选实施例中，所述阵列被设置为以最大光强度实现对于θ的最优性能。
当用圆描述该光学结构的n边形基面(其中所述多边形基面的边缘位于该圆的周线上)时，该圆的直径D优选小于30mm，更优选小于10mm，最优选小于3mm。
所述结构的高度依赖于所述基面的直径D，且优选在0.1＊D与2＊D之间。
在根据本发明的光伏装置的优选实施例中，所述光学浮雕结构的阵列的表面被覆有涂层。所述涂层为防雾涂层、防污涂层、防刮涂层等。
在根据本发明的光伏装置的更优选实施例中，所述涂层具有与所述光学浮雕结构不同的折射率，且所述涂层的形状与所述几何光学浮雕结构的阵列互补，并且具有所述涂层的光伏装置具有平坦的非浮雕结构。例如，可以在高折射率材料中产生所述光学浮雕结构，并且用低折射率材料涂覆该结构，以便在涂覆之后不存在浮雕结构。换句话说，用低折射率材料“填充”所述高折射率光学浮雕结构。
包括所述光学浮雕结构的所述盖板可以由任何透明材料制成。透明材料应被理解为在400-1200nm的范围内具有低于0.2mm-1的线性吸收的材料。优选，所述光学浮雕结构由聚合物材料制成。聚合物材料的实例为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯酰胺、或其任何组合。优选通过UV吸收剂和/或受阻胺光稳定剂使所述聚合物稳定。
在另一优选实施例中，所述光学浮雕结构由玻璃制成，例如，由硅酸盐玻璃或石英玻璃制成。
所述板的厚度优选小于30mm，更优选小于10mm，最优选小于3mm。
通过现有技术中已知的工艺，例如，注入模制、热碾制、激光构造、光刻方法、粉末压制、浇铸、研磨或热压制，获得根据本发明的包括所述光学浮雕结构的所述盖板。
为了克服光伏装置的活性层的低光谱响应(尤其是较短波长情况下)的效应，可以在活性层上或上方施加发光染料。通过将没有被所述层有效利用的波长转换成被更有效利用的波长，所述发光染料改善该装置的光谱响应。所述染料的发光分子吸收短波长且重新发射较长波长的光。
因此，本发明还涉及最初描述的光伏装置，其中在包含光学浮雕结构的阵列的透明盖板中存在发光染料。
然而，现有技术的光伏装置的活性层不能利用由发光染料的发光分子发射的部分光，这是因为这部分光被导引远离活性层，或者因为这部分光由于所述层的高折射率而被所述层反射。结果，实际上，发光染料仅仅可以使现有技术的光伏装置的效率提高约2％(H.J.Hovel et al.，Solar energymaterials，2，19-29(1979))。
当使根据本发明的光伏装置与现有技术中已知的发光染料组合时，出人意料地，发生这样的协同效应，其中光伏装置的光谱响应被改善为超过从发光染料的发光分子的单纯添加所预期的光谱响应。
然而，应注意，当将发光分子添加到透明盖板时，所述板可能变为在400-1200nm的至少一部分波长范围内不透明。
当将发光分子添加到根据本发明的包括光学浮雕结构的透明盖板时，与未构造的表面相比，该光伏装置的光谱响应得到改善(参见图2)。通过减小发光的反射损耗且使远离活性层而发射的发光重新导引回到活性层，包括所述光学结构的透明盖板提高了由在光伏装置的活性层的光接收表面处的发光分子所发射的光的吸收。发光分子优选分布在板内部，但也可以存在于包含光学浮雕结构的阵列的透明盖板与光伏装置的活性层的光接收表面之间的单独的层中。要求在包括光学浮雕结构的透明盖板和/或包含发光分子的层与光伏装置的活性层的光接收表面之间具有光学接触。
并且，根据本发明的光学结构的阵列可以降低发光染料的所需浓度和层厚度。通过发光染料而被转换成另一波长的光的量与所述染料所吸收的光的量有关，根据Lamber-Beer定律，所述染料所吸收的光的量又与层厚度和染料浓度有关：
吸收率＝ε＊[C]＊I           (1)
ε是以[L mol-1cm-1]为单位的摩尔消光系数
[C]是以[mol L-1]为单位的染料浓度
I为以[cm]为单位的层厚度
为了确保吸收多数入射光并由此最优地利用发光分子，必须使ε、I或[C]中的任一者很大。由于ε是染料的固有特性而不能改变，并且由于发光染料在诸如聚合物的基质材料中的溶解度有限，因此需要具有厚的层(I)。由于所需的厚层和发光染料本身的高成本，这是相对昂贵的。
由此，根据本发明的发光分子与光学结构的阵列的组合的协同效应不限于输出的增加。光学结构的阵列增大了入射光通过包含发光染料的层的路径长度。结果，可以使用较低浓度的发光分子和较薄的层而不降低效率。
例如，所使用的发光分子可以为荧光或磷光分子，并且所述分子可以为下变频发光和上变频发光。优选的分子为荧光分子，其可以为例如任何苝(perelyne)、香豆素、若丹明、萘二甲酰亚胺、苯并占吨、吖啶、金胺、苯并蒽酮(benzanthrone)、花青、1，2-二苯乙烯、红荧烯、冷光素(leciferin)、或其衍生物。
包含发光分子的发光染料由此优选有机染料。然而，发光染料还可以为无机染料。优选地，发光染料用作UV吸收剂，以使构建透明盖板的聚合物稳定。
发光染料可包括多种发光染料的混合物。发光染料的浓度优选为0.001-50克染料每平方米盖板表面和每毫米盖板厚度。
是否实现光学接触依赖于使包括光学浮雕结构的阵列的透明板与光伏装置连接的介质的折射率(n)。如果在所述部件之间不存在介质，则根据定义，可实现光学接触。在所有其他情况下，当所述部件之间的介质的折射率平均为至少1.2时，实现光学接触。更有利地，所述介质的折射率平均为至少1.3，最有利地，所述介质的折射率平均为至少1.4。为了确定介质的折射率，应使用Abbe折射计。
例如，在包括光学结构的阵列的透明盖板由具有n＝1.5的聚甲基丙烯酸甲酯制成、光伏装置的活性层由具有n＝3.8的硅制成、并且这两个部件之间的介质为具有n＝1的空气的情况下，未实现光学接触。
在包括光学结构的阵列的透明盖板由具有n＝1.5的聚甲基丙烯酸甲酯制成、光伏装置的活性层由具有n＝3.8的硅制成、并且介质为具有n＝1.5的折射率的粘合剂的情况下，实现光学接触。
是否实现光学接触不依赖于透明盖板和/或包括发光分子的层与光伏装置的活性层的光接收表面之间的距离。
与未构造的表面相比，根据本发明的光伏装置可以使光伏装置的活性层的反射损耗降低30％或者甚至高于60％。
本发明涉及这样的光伏装置，其包括至少一个活性层和透明盖板，该透明盖板在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列且与光伏装置的所述至少一个活性层的表面接收侧光学接触，其特征在于，所述光学浮雕结构包括通过至少三个n边形表面连接的基面和单个顶点，其中n等于4或更高。鉴于本发明，在至少一侧包含根据本发明的几何光学浮雕结构的阵列的板也落入本发明的范围，只要其是为了与光伏装置组合使用的目的而制成。
附图说明
通过以下附图，更详细地示例本发明：
图1a，b是通过构造的板而降低活性层的反射损耗的示意性表示；
图2a，b是通过包括光学结构和发光分子的板提高光谱响应的示意性表示；
图3是各个光学浮雕结构为a)n＝4和b)，c)n＝∞时的透视图；
图4是各个光学浮雕结构的a)俯视图、b)侧视图0°以及侧视图60°；
图5a，b，c是示出其中相邻结构彼此邻接的几何光学浮雕结构的阵列的一部分的示意性表示；
图6是用于测量具有未构造的盖板的光伏装置的反射损耗的实验装置；
图7是包含平坦玻璃前表面的非晶硅(a-Si)太阳能电池的表面的反射损耗和包括具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖的非晶硅太阳能电池的反射损耗；
图8是具有抗反射涂层和平坦玻璃前表面的单晶硅(m-Si)太阳能电池的表面的反射损耗以及包括抗反射涂层和具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖的单晶硅太阳能电池的反射损耗；
图9是具有平坦玻璃前表面的多晶硅(p-Si)太阳能电池的表面的反射损耗和包括具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖的多晶硅太阳能电池的反射损耗。
具体实施方式
为了说明，但不限制本发明的范围，下面给出几个实例：
比较实例1
进行这样的光线追迹研究，其中模拟包括与硅层光学接触的未构造的盖玻璃的光伏装置的反射损耗。在图6中示例出该实验装置。
所模拟的光伏装置包括具有硅的光学特性(λ＝500nm时n＝4.295，吸收系数为889/mm)的薄层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触。
通过将准直光源放置在所模拟的光伏装置上方来模拟太阳光。该光源发射总共1000条光线，其中总强度为1000W，波长为500nm。
通过使入射光强度和薄层所吸收的光的量与硅的光学特性进行比较，确定光学损耗。从入射光与被吸收的光之差计算被反射的光的量。在下面的表中，作为入射角(
Figure GPA00001130972300091
)的函数而给出按角度θ平均的反射损耗。当
Figure GPA00001130972300092
为0时，光源垂直于所模拟的光伏装置。小角度下的反射损耗尤其重要，这是因为这实际上对应于涉及高强度和/或直接太阳光的情况。大角度较不重要，且对应于低强度和/或漫射太阳光，并且对光伏装置的效率的贡献较小。
可以看出，在所有角度下，大量的光被反射。因此可以得出这样的结论，即，包括硅层且与玻璃盖板光学接触的光伏装置的效率由于来自这些层的反射损耗而被显著降低。
比较实例2
进行这样的光线追迹研究，其中模拟包括被构造有现有技术中已知的棱锥结构的阵列且与硅层光学接触的盖玻璃的光伏装置的反射损耗。
所模拟的光伏装置包括具有硅的光学特性(λ＝500nm时n＝4.295，吸收系数为889/mm)的薄层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触，该层的与具有硅的光学特性的薄层相反的表面形成有具有20×20个棱锥结构的阵列的纹理。所述棱锥结构具有3×3mm的方形基面和45°的半角。
通过与比较实例1中所述的相同装置模拟太阳光。
当使这些结果与比较实例1的结果比较时，可以看出，使盖玻璃构造有棱锥结构的阵列降低了光伏装置的反射损耗。
实例1
进行这样的光线追迹研究，其中模拟根据本发明的光伏装置的反射损耗。
所模拟的光伏装置包括具有硅的光学特性(λ＝500nm时n＝4.295，吸收系数为889/mm)的薄层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触，该层的与具有硅的光学特性的薄层相反的表面形成有具有20×20个光学浮雕结构的阵列的纹理，各个光学浮雕结构呈现如图2所示的形状。
通过与比较实例1中所述的相同装置模拟太阳光。
当使这些结果与比较实例1和2的结果比较时，可以看出，在0-15°之间的小角度下，与未构造的玻璃盖板相比，反射损耗最高可降低19.6％，而与构造有从现有技术已知的棱锥阵列的盖板相比，反射损耗最高可降低7.2％。同样，在50°-90°的大角度下，与未构造的和棱锥构造的玻璃盖板相比，反射损耗也降低。
可以得出这样的结论，即，与未构造的玻璃盖板和现有技术中已知的棱锥结构盖板相比，包括硅层且与具有根据本发明的结构的玻璃盖板光学接触的光伏装置的效率显著提高。在0-15°之间和50°-90°之间，反射损耗的降低以及由此引起的光伏装置的效率的提高尤其大。
在下面的表中给出了比较实例1和2的结果以及实例1的结果：
入射角[°]   比较实例1反射损耗[％]   比较实例2反射损耗[％]   实例1反射损耗[％]
  0   25.8   13.4   6.2
  5   25.8   13.7   6.7
  10   25.8   16.1   9.4
  15   25.8   17.1   12.7
  20   25.8   16.3   14.7
  25   25.8   16.3   15.3
  30   25.9   15.9   16.9
  35   26.0   16.0   17.9
  40   26.1   16.3   18.3
  45   26.4   18.3   18.4
  50   26.9   19.6   17.6
  55   27.7   19.9   16.1
  60   28.9   19.3   14.4
  65   30.9   20.8   15.0
  70   34.0   20.7   15.4
  75   39.4   20.1   18.1
  80   48.6   22.7   21.5
  85   65.5   24.2   17.5
表1：具有未构造的盖板的光伏装置(比较实例1)的反射损耗，具有棱锥纹理表面的光伏装置(比较实例2)的反射损耗，以及具有根据本发明的表面结构的光伏装置(实例1)的反射损耗。
比较实例3
进行光线追迹研究以调查被光伏装置吸收的光的量，该光由在光伏装置的顶部上的单独的层中的发光分子所发射。
所模拟的光伏装置包括具有硅的光学特性(λ＝500nm时n＝4.295，吸收系数为889/mm)的薄层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触。
在光伏装置的顶部上设置附加的1.25mm厚的层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触且具有相同的光学特性。在该层中，随机分布有20个球形光源。这些光源发射总共1000条光线，其中总强度为1000W。
可以看到，547W的发射光被硅层吸收，而460W被硅层反射或者被发射远离硅层。
实例2
进行光线追迹研究以调查被光伏装置吸收的光的量，该光由在光伏装置的顶部上的单独的层中的发光分子所发射。根据本发明构造该层。
所模拟的光伏装置包括具有硅的光学特性(λ＝500nm时n＝4.295，吸收系数为889/mm)的薄层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触。
在光伏装置的顶部上设置附加的1.25mm厚的层。该层与具有玻璃的光学特性(λ＝500nm时n＝1.5，吸收系数为0/mm)的3.5mm厚层直接接触且具有相同的光学特性。该层的与光伏装置相反的表面被构造有根据本发明的结构的20×20阵列。在该层中，随机分布有20个球形光源。这些光源发射总共1000条光线，其中总强度为1000W。
可以看到，653W的发射光被硅层吸收，而360W被硅层反射或者被发射远离硅层。当使这些结果与比较实例3的结果比较时，可以得出这样的结论，即，通过使包含发光分子的层构造为具有根据本发明的结构的阵列，可以使发光分子的作用效率提高达20％。
实例3
通过装配有MCP-3100外部样品舱的UV-3100 UV-VIS-NIR光谱仪(Shimadzu)，确定来自从现有技术已知的包含平坦玻璃前表面的非晶硅(a-Si)太阳能电池的表面的反射损耗。以相对于入射样品束成8度的角将该太阳能电池安装在外部样品舱的积分球的后面。使反射损耗与包括具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖(如按如图5c的阵列层叠的图3a的结构所示)的非晶硅太阳能电池比较。在图7中给出了这两种太阳能电池的反射损耗。可以得出这样的结论，即，包含包括根据本发明的光学结构的阵列的前盖的太阳能电池具有显著较小的反射损耗。500-700nm之间的反射损耗减小了20.8％至2.0％。
实例4
通过装配有MCP-3100外部样品舱的UV-3100 UV-VIS-NIR光谱仪(Shimadzu)，确定来自从现有技术已知的具有抗反射涂层和平坦玻璃前表面的单晶硅(m-Si)太阳能电池的表面的反射损耗。以相对于入射样品束成8度的角将该太阳能电池安装在外部样品舱的积分球的后面。使反射损耗与包括抗反射涂层和具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖(如按如图5c的阵列层叠的图3a的结构所示)的单晶硅太阳能电池比较。在图8中给出了这两种太阳能电池的反射损耗。可以得出这样的结论，即，包含具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖的太阳能电池具有显著较小的反射损耗。700-800nm之间的反射损耗减小了11.9％至2.3％。
实例5
通过装配有MCP-3100外部样品舱的UV-3100 UV-VIS-NIR光谱仪(Shimadzu)，确定来自从现有技术已知的具有平坦玻璃前表面的多晶硅(p-Si)太阳能电池的表面的反射损耗。以相对于入射样品束成8度的角将该太阳能电池安装在外部样品舱的积分球的后面。使反射损耗与包括具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖(如按如图5c的阵列层叠的图3a的结构所示)的多晶硅太阳能电池比较。在图9中给出了这两种太阳能电池的反射损耗。可以得出这样的结论，即，包含具有根据本发明的光学结构的阵列的前盖的太阳能电池具有显著较小的反射损耗。700-800nm之间的反射损耗减小了20.0％至7.2％。
实例6
使用太阳模拟器测量具有平坦前盖的非晶硅(a-Si)太阳能电池和具有根据本发明的构造的前盖(如按如图5c的阵列层叠的图3a的结构所示)的非晶硅太阳能电池的短路电流(ISC)和开路电压(VOC)。结果表明：对于具有根据本发明的构造的前盖的a-Si太阳能电池，ISC和VOC显著较高。
具有平坦前盖的a-Si：
ISC＝9.54mA
VOC＝11.49V
具有根据本发明的构造的前盖的a-Si：
ISC＝11.32mA
VOC＝11.62V
实例7
使用太阳模拟器测量具有抗反射涂层和平坦前盖的单晶硅(m-Si)太阳能电池以及具有抗反射涂层和根据本发明的构造的前盖(如按如图5c的阵列层叠的图3a的结构所示)的单晶硅太阳能电池的短路电流(ISC)和开路电压(VOC)。结果表明：对于具有根据本发明的构造的前盖的m-Si太阳能电池，ISC和VOC显著较高。
具有平坦前盖的m-Si：
ISC＝1.670A
VOC＝0.570V
具有根据本发明的构造的前盖的m-Si：
ISC＝1.840A
VOC＝0.574V
实例8
使用太阳模拟器测量具有平坦前盖的多晶硅(p-Si)太阳能电池和具有根据本发明的构造的前盖(如按如图5c的阵列层叠的图3a的结构所示)的多晶硅(p-Si)太阳能电池的短路电流(ISC)和开路电压(VOC)。结果表明：对于具有根据本发明的构造的前盖的p-Si太阳能电池，ISC和VOC显著较高。
具有平坦前盖的p-Si：
ISC＝1.480A
VOC＝0.552V
具有根据本发明的构造的前盖的p-Si：
ISC＝1.540A
VOC＝0.558V
图1a示出了具有现有技术的平坦透明盖板的活性层的反射损耗的示意性表示，其与通过图1b中所示的包括光学浮雕结构的阵列的盖板来降低活性层的反射损耗相比较。光学浮雕结构降低了光伏装置的活性层的光接收表面的反射损耗。从活性层反射的光通过基面进入光学浮雕结构并且通过所述光学浮雕结构的表面至少部分地反射至其初始方向(即活性层)。
图2a示出了包括具有现有技术的平坦透明盖板和附加的发光染料层的活性层的光伏装置的光谱响应的示意性表示。与未构造的表面相比，如图2b所示的包括组合的光学结构和发光分子的盖板改善了光伏装置的光谱响应。通过降低所发射的光的反射损耗且再次导引被发射远离活性层的光，包括光学结构和发光分子的盖板提高了对在光伏装置的活性层的光接收表面处由发光分子发射的光的吸收。
图3示出根据本发明的各个光学浮雕结构的透视图。图3a示出包含将六边形基面直接连接到单个顶点的3个方形表面(n＝4)的光学浮雕结构，并且，该结构总共包含9个表面。图3b、3c示出部分倒圆表面的实例。倒圆的、弯曲的或部分弯曲的表面是n边形表面，其中n为无穷大。
图4以a)俯视图、b)侧视图0°以及侧视图60°示出了图3的各个光学浮雕结构。
图5是以俯视图示出其中相邻结构彼此邻接的几何光学浮雕结构的阵列的一部分的示意性表示。图5a示出被设置为使所有结构的取向彼此相同的几何光学浮雕结构。图5b示出被设置为使所述结构的取向彼此交替的几何光学浮雕结构。图5c示出被设置为使所有结构的取向相对于彼此随机的几何光学浮雕结构。
图6示出用于测量具有未构造的盖板的光伏装置的反射损耗的实验装置。所模拟的光伏装置包括具有硅的光学特性的薄层。该薄层与具有玻璃的光学特性的层直接接触。通过将准直光源放置在所模拟的光伏装置上方来模拟太阳光。通过使入射光强度和薄层所吸收的光的量与硅的光学特性进行比较，确定光学损耗。从入射光与被吸收的光之差计算被反射的光的量。该图还示出角θ和入射角(
Figure GPA00001130972300161
)。作为入射角(
Figure GPA00001130972300162
)的函数而给出按角度θ平均的反射损耗。当为0时，光源垂直于所模拟的光伏装置。

Claims (18)

1.一种光伏装置，包括至少一个活性层和透明盖板，所述透明盖板在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列且与光伏装置的所述至少一个活性层的光接收侧光学接触，其特征在于，所述光学浮雕结构包括通过至少三个n边形表面连接的基面和单个顶点，其中n等于4或更高。
2.根据权利要求1的光伏装置，其特征在于，所述光学浮雕结构的所述基面具有m个边的多边形形状，并且所述光学浮雕结构包含至少m+1个表面。
3.根据权利要求1或2的光伏装置，其特征在于，所述透明盖板包含其中邻近的结构彼此邻接的几何光学浮雕结构的阵列。
4.根据权利要求1或2的光伏装置，其特征在于，所述透明盖板包含具有相对于彼此相同的取向、交替的取向或随机的取向的几何光学浮雕结构的阵列。
5.根据权利要求1或2的光伏装置，其特征在于，所述光学浮雕结构的阵列的表面被覆有涂层。
6.根据权利要求5的光伏装置，其特征在于，所述涂层具有与所述光学浮雕结构不同的折射率，且所述涂层的形状与所述几何光学浮雕结构的阵列互补，并且具有所述涂层的光伏装置具有平坦的非浮雕结构。
7.根据权利要求1或2的光伏装置，其特征在于，在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板由玻璃制成。
8.根据权利要求1的光伏装置，其特征在于，在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板由聚合物材料制成。
9.根据权利要求8的光伏装置，其特征在于，所述聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
10.根据权利要求8的光伏装置，其特征在于，所述聚合物材料为聚碳酸酯。
11.根据权利要求8至10中任一项的光伏装置，其特征在于，通过UV吸收剂和/或受阻胺光稳定剂使所述聚合物材料稳定。
12.根据权利要求1的光伏装置，其特征在于，在包含所述光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板中存在发光染料。
13.根据权利要求1的光伏装置，其特征在于，在包含所述光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板与所述光伏装置的所述活性层的所述光接收侧之间的层中存在发光染料。
14.根据权利要求12或13的光伏装置，其特征在于，所述发光染料包括多种发光染料的混合物。
15.根据权利要求12的光伏装置，其特征在于，所述发光染料的浓度为0.001-50克染料每平方米盖板表面和每毫米盖板厚度。
16.根据权利要求12或13的光伏装置，其特征在于，所述发光染料为有机染料。
17.根据权利要求12或13的光伏装置，其特征在于，所述发光染料为无机染料。
18.根据权利要求12或13的光伏装置，其特征在于，在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板由聚合物材料制成，且所述发光染料用作UV吸收剂，以使所述聚合物材料稳定。
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