CN101859805A - 用于光伏电池的多层薄膜 - Google Patents

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Abstract

用于光伏电池的多层薄膜包括交替涂覆透明基板的多个低折射率薄膜层和多个高折射率薄膜层。低折射率薄膜层中的最厚层比所有高折射率薄膜层厚，且为低折射率薄膜层中的所有其它层厚的1.5倍。

Description

用于光伏电池的多层薄膜
相关申请的交叉引用
本申请要求在2009年4月2日递交的韩国专利申请第10-2009-0028562号的优先权，此申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及光伏电池，更具体地，涉及用于光伏电池的多层薄膜，所述多层薄膜阻挡紫外光以防止作为光伏电池中缓冲材料的乙烯乙酸乙烯酯(EVA)片褪色。
背景技术
光伏电池是将光能转化为电压和电流的发电装置。光伏电池，特别是硅太阳能电池可通常分为使用单晶硅或多晶硅的本体太阳能电池，和通过薄膜沉积等形成的薄膜太阳能电池。在本体太阳能电池的情况中，在制造模块的工艺期间，通常用铝带将各电池连接。铝带与各个电池结合，因此形成串联连接。此时，需要铝带的厚度足以在此串联连接中保持低电阻。此连接步骤在制造模块的工艺期间进行，所述制造模块的工艺是制造电池工艺之后的电池包装工艺。相反，薄膜太阳能电池通常通过一个工艺来制造，在此工艺中，电池的制造和模块的制造一起进行。电池间分离和电连接的成本占制造薄膜太阳能电池总成本的很大一部分。
图1是显示常规硅薄膜光伏电池100结构的截面图。
常规薄膜光伏电池100包括透明基板110、抗反射层120、用作缓冲材料的乙烯乙酸乙烯酯(EVA)片125，和光伏元件。该光伏元件包括透明导电氧化物电极131和132、第一电极层141和142、发电区151和152、第二电极层161和162、导体层171和172，和绝缘膜181。
形成透明基板110，通常为玻璃基板以保护光伏元件免受诸如潮气、粉尘和冲击等环境因素的影响。抗反射层120通过降低反射率增加穿过透明基板110的光的量。抗反射层120可通过将透明基板110的表面用诸如SiO2、Al2O3、Si3N4或CeO2等具有从1.8至2.6的低折射率的材料涂覆形成。EVA片125起到保护光伏元件免受诸如潮气等环境因素影响的作用，否则潮气将透入光伏元件，以及将抗反射膜120与光伏元件结合的封条的作用。透明导电氧化物层131和132起到将光阱效果最大化的作用。透明导电氧化物层131和132可由氧化铟锡(ITO)制成，氧化铟锡对可见光高度透明且具有高电导率。
通常，光伏电池需要保持等于或大于初始输出量的80％的光电效率达20年。减少光伏电池寿命的主要因素包括光伏电池的损耗、EVA片褪色、因电极氧化造成的串联电阻增加所引起的功率损失等。特别地，当暴露在紫外光下时，在光伏电池中用作缓冲材料的EVA片开始老化和褪色。虽然变白在早期出现在EVA片的有限区域内，但是这会随着时间推移变得愈发严重并扩展到EVA片的整个区域，因此降低所穿过光到达光伏元件的量。问题是这会降低光伏电池的光电效率。
本发明背景技术中所公开的信息仅用于增加对本发明背景的了解，且不应被认为此信息构成了本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的多个方面提供了用于光伏电池的多层薄膜，所述多层薄膜涂覆光伏电池并阻挡紫外光以增加光伏电池的寿命。
本发明还提供了用于光伏电池的多层薄膜，所述多层薄膜不仅阻挡紫外光，还防止可见光反射并阻挡近红外光。
在本发明的一个方面，用于光伏电池的多层薄膜可包括交替涂覆透明基板的多个低折射率薄膜层和多个高折射率薄膜层。所述低折射率薄膜层中的最厚层可比所有高折射率薄膜层厚，且为所有其它低折射率薄膜层厚的1.5倍。
用于光伏电池的多层薄膜可阻挡会引起乙烯乙酸乙烯酯(EVA)片褪色的紫外光，因此增加光伏电池的寿命。
此外，用于光伏电池的多层薄膜可增加可见光的透光率，同时阻挡紫外和近红外光，这起到增加光电效率并同时增加光伏电池寿命的作用。
本发明的方法和装置具有的其它特征和优点可从并入本文的附图和本发明的以下详细说明中得出，或在附图和本发明的以下详细说明中更详细地说明，二者共同起到解释本发明原理的作用。
附图说明
图1是显示常规硅薄膜光伏电池结构的截面图；
图2是显示根据本发明一个示例性实施方式的具有多层薄膜的光伏电池结构的截面图；
图3是显示根据本发明一个示例性实施方式的用于光伏电池的多层薄膜的截面图；
图4A是显示根据本发明一个示例性实施方式的用于光伏电池的多层薄膜的物理性质的图；和
图4B是显示具有根据图4A的多层薄膜的透明基板的透光率随波长变化曲线。
具体实施方式
将详细介绍本发明的多个实施方式，其实例在附图中说明并描述如下。尽管将结合示例性实施方式来描述本发明，应理解本说明书不意在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明不仅意在涵盖示例性实施方式，而且还涵盖可包含在由所附权利要求限定的本发明精神和范围内的多种置换、修改、等价形式和其它实施方式。
本发明已通过用多个高折射率薄膜层和多个低折射率薄膜层交替涂覆透明基板来实现用于光伏电池的多层薄膜，以此方式多层薄膜可提高可见光的透过率并降低紫外光和近红外光的透过率，因此增加光伏元件的寿命。多层薄膜的层数可为5至15层。文中所述本发明的示例性实施方式将提出最适宜的用于光伏电池的多层薄膜。此外，在此申请文件中，高折射率薄膜层可具有2.0～2.4的折射率，且低折射率薄膜层可具有1.38～1.46的折射率。
图2是显示根据本发明示例性实施方式的具有多层薄膜的光伏电池结构的截面图。
如图所示，光伏电池包括透明基板110、多层薄膜200、缓冲材料310和光伏元件300。虽然未显示在图2中，可将保护光伏元件300的玻璃基板贴在光伏元件300的背面上。
透明基板110可为玻璃基板，并保护光伏元件300免受诸如潮气、粉尘和冲击等外部环境因素的影响。多层薄膜200为本发明的关键部件，其增加可见光的透光率同时阻挡紫外光和近红外光。多层薄膜可通过如真空沉积、溅射、气相沉积、旋涂、溶胶凝胶浸渍、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)等形成，以涂覆透明基板110。
缓冲材料310，如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)片起到保护光伏元件300免受诸如可能渗入光伏元件中的潮气等外部环境因素影响的作用，和将透明基板110与光伏元件320结合的封条的作用。光伏元件300起到将太阳能转化为电压和电流的发电元件的作用。该光伏元件可包括如透明导电氧化物电极、第一电极层、发电区、第二电极层、导体层和绝缘膜。然而，根据本发明的光伏元件不限于此类型。因为光伏元件300的各种结构是本申请前现有技术中公知的，所以将省略其具体描述。
图3是显示根据本发明一个示例性实施方式的多层薄膜200的结构的截面图。
如图所示，多层薄膜200包括依次层叠在透明基板110上的第一低折射率薄膜层211、第一高折射率薄膜层221、第二低折射率薄膜层212、第二高折射率薄膜层222、第三低折射率薄膜层213、第三高折射率薄膜层223、第四低折射率薄膜层214、第四高折射率薄膜层224、第五低折射率薄膜层215和第五高折射率薄膜层225。
高折射率薄膜层可由选自由TiO2、Ta2O5、Ti2O3、Si3N4、Ti3O5、ZrO2、Nb2O5、类金刚石碳(DLC)和诸如DLC+Si或DLC+Ti等含DLC作为主要组分的材料组成的组中的一种制成。低折射率薄膜层可由选自由SiO2、MgF2、DLC和诸如DLC+Si或DLC+Ti等含DLC作为主要组分的材料组成的组中的一种制成。
如现有技术中所公知的，根据sp2键和sp3键的比例，将无定形碳层(ACL)分为聚合物类碳(PLC)、DLC和石墨类碳(GLC)。由DLC或含DLC作为主要组分的材料制成的薄膜层的折射率和消光系数随着沉积体系中所用功率与压力比例的增加而增加。因此，根据沉积条件，DLC或含DLC作为主要组分的材料可形成高折射率薄膜层或低折射率薄膜层。
对高折射率薄膜层折射率和低折射率薄膜层折射率的适当调整和对薄膜层厚度的适当调整均对提高可见光的透光率和降低紫外光和近红外光的透过率是必需的。在图3所示的多层薄膜200中，形成的低折射率薄膜层211至215中一层的厚度比高折射率薄膜层221至225中任一层的厚度厚，且为其它低折射率薄膜层中任一层的厚度的1.5倍。在根据本发明示例性实施方式的多层薄膜200中，形成的低折射率薄膜层211至215中最厚层的厚度为150nm或更高，且形成的全部高折射率薄膜层221至225的单个厚度小于150nm。
图4A是显示根据本发明示例性实施方式的用于光伏电池的多层薄膜的物理性质的图，且图4B是显示具有根据图4A的多层薄膜的透明基板的透光率随波长变化的曲线。
首先，参照图4A，在基准光源具有
Figure GSA00000053500300051
波长且空气用作光光传递介质的条件下，包括层1、层3、层5、层7和层9的高折射率薄膜层由折射率为2.3078且消光系数为0.0000127的Nb2O5(五氧化铌)制成，且包括层2、层4、层6、层8和层10的低折射率薄膜层由折射率为1.4600且消光系数为0.0000000的SiO2(二氧化硅)制成。
此外，在高折射率薄膜层中，层1、层3、层5、层7和层9的厚度分别为14.0nm、33.3nm、49.1nm、32.2nm和12.0nm。在低折射率薄膜层中，层2、层4、层6、层8和层10的厚度分别为74.0nm、31.0nm、29.9nm、60.2nm和230.0nm。在图4A中，最厚的低折射率薄膜层的厚度(层10)为230.0nm。
以下，将对具有根据图4A的多层薄膜的透明基板的透光率随波长的变化进行说明。可以理解，在380nm或更低的光波长范围内，透光率为30％或更低，且在400nm至800nm的光波长范围内，透光率为90％或更高。因此，根据图4A的多层薄膜可通过阻挡会引起光伏电池中所用EVA片褪色的紫外光来增加光伏电池的寿命，并通过提高可见光的透光率来增加光伏电池的光电效率。
此外，参照图4B中在1100nm或更高光波长范围中的透光率，在1100nm处透光率为98％且随波长增加而逐渐降低。在2000nm或更高的波长范围中透光率为约80％。如上所述，根据图4A的多层薄膜具有阻挡1100nm或更高的近红外光的功能。因此，多层膜可降低光伏元件的工作温度和电阻，因此提高光电效率。
已提供本发明具体示例性实施方式的前述说明用于说明和描述的目的。它们并非意在穷举或将本发明限制为所公开的具体形式，很明显，鉴于上述教导可作出许多修改和变化。选择并描述示例性实施方式以解释本发明的某些原理和它们的实际应用，以使本领域技术人员能进行和利用本发明的各种示例性实施方式，以及它们的各种变形和修改形式。本发明的范围由所附权利要求书和它们的等价形式限定。

Claims (6)

1.一种用于光伏电池的多层薄膜，包括交替涂覆透明基板的多个低折射率薄膜层和多个高折射率薄膜层，
其中，所述低折射率薄膜层中的最厚层比所有所述高折射率薄膜层厚，且为所述低折射率薄膜层中的所有其它层厚的1.5倍。
2.如权利要求1所述的多层薄膜，其中所述最厚的低折射率薄膜层的厚度为150nm或更大。
3.如权利要求1所述的多层薄膜，其中所述最厚的低折射率薄膜层的折射率范围为2.0～2.4。
4.如权利要求3所述的多层薄膜，其中所述高折射率薄膜层由选自由TiO2、Ta2O5、Ti2O3、Si3N4、Ti3O5、ZrO2、Nb2O5、类金刚石碳和含类金刚石碳的材料组成的组中的一种制成。
5.如权利要求1所述的多层薄膜，其中所述低折射率薄膜层的折射率范围为1.38～1.46。
6.如权利要求5所述的多层薄膜，其中所述低折射率薄膜层由选自由SiO2、MgF2、类金刚石碳和含类金刚石碳的材料组成的组中的一种制成。
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