CN101944545A - 光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有含氟的玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片的光伏组件。该玻璃的含铁量和含氟量之间的重量比X优选为0.001至0.6。添加有氟的玻璃可以是任意的、适用于光伏组件的玻璃，比如石灰苏打玻璃、硼硅玻璃或铝硅玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件，其具有玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片，以及一种将某种玻璃在光伏组件中用作玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片的应用方法。
背景技术
在光伏组件或太阳能电池中使用玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片。玻璃盖片的功能是防止太阳能电池的敏感活性部件受到外界环境的影响(比如风、雨、雪、冰雹、污渍等等)。玻璃基片用于分离光伏材料的薄层。玻璃超基片将玻璃基片和玻璃盖片的功能集于一身。玻璃所需的轮廓取决于各个组件的设计方案。也就是说其取决于所使用的半导体材料、作为玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片的功能等等。玻璃盖片和玻璃基片在各相关领域中必须通过较高的总透射性而表现出众。为此要尽可能避免在表面上的反射损失以及在玻璃中的辐射的吸收。
玻璃的透明度与各个半导体相匹配。因此比如基于晶体硅(单晶体或多晶体)制成的组件在从大约400至1200nm的波长范围内具有其最大的灵敏度。因此要优化该范围中的透射性。此外，必须确保足够的耐化学性，这是因为玻璃持久地暴露在交替变化的环境负荷下。根据太阳能电池的安装地点不同，环境负荷也会极大地不同。使用的玻璃必须具有良好的防水性、防酸性和防碱性。交替变化的温度条件或霜冻也提出了特别的要求。为此要将太阳能组件比如经受模拟的气候变化试验(参见所谓的“湿热试验”)。
此外，在分离层的材料时玻璃基片和玻璃超基片必须经受住热学和化学的负荷。其必须经受住比如导电的、透明的层和在其上待分离的光伏材料的分离。这意味着相对于真空过程的足够的耐温性和稳定性。
在现有技术中石灰苏打玻璃由于其制造成本特别低廉而广为应用。但其在应用于制造光伏组件或太阳能电池时具有一些关键性的缺点：
-石灰苏打玻璃的折射率为大约1.52nd故而相对较高。其通过在表面、特别是玻璃-空气-分界面上的反射导致了可利用的辐射的过大损失；
-玻璃的杂质导致了可使用的辐射透过玻璃被吸收。这里首先要考虑含铁量以及铁离子的电荷状态。在玻璃中的Fe3+在波长为大约380nm的情况下显示出相对较弱和较窄的吸收，而在所有现今使用的太阳能玻璃中同样存在的Fe2离子导致在红色至红外线波长范围中的较宽和较强的吸收。因此该吸收带导致了太阳能光谱的可利用的辐射的明显损失。因此在太阳能玻璃的应用中使用纯的且因此昂贵的、含铁少的原材料。
-石灰苏打玻璃在太阳能辐射中具有透射损失(日曝作用)。添加给玻璃的多价离子如铈尤其导致了日曝作用。
根据EP1281687A1，为了实现较高的透射性使用具有较低的氧化铁含量的特别纯的玻璃，该玻璃还具有0.025至0.2个重量百分比的氧化铈。此外，其被掺入了特别的比例的FeO到Fe2O3且添加了一定的氧化铈。
另一方面，维持Fe2+/Fe3+之间的一定的比例关系是相对困难且昂贵的。玻璃的一定的铈含量也会引起更强的日曝作用。在极端情况下要注意经过强烈辐射后黄色至褐色的褪色。
根据EP1291330A2使用一种石灰苏打玻璃用于太阳能电池，其同样具有少于0.020％的Fe2O3的极少的氧化铁含量，且添加有0.006至2个重量百分比的氧化锌。添加氧化锌用以抵制硫化镍(NiS)的形成。为了最佳的透射性需要以氧化铁和氧化锌以及氧化铈之间的某种比例关系为前提。
这又意味着使用特别昂贵的原材料。相对较高的氧化铈含量也会引起不利的影响。
根据EP0261885A1，特别是更高的氧化铈含量由于在强烈的辐射下引起日曝作用而显示其缺点。因此这种具有至少2个重量百分比的氧化铈含量的玻璃被视为不适合用于太阳能电池或光伏组件。
根据US2007/0144576A1建议使用一种掺杂锑的石灰苏打玻璃，其含铁量特别少。特别是结合掺杂的铈也会在强烈敷设下由于日曝作用显示出缺点。
发明内容
在该背景下，本发明的目的在于提供一种用于在光伏组件中用作玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片的改进的玻璃以及一种具有这种玻璃的改进的光伏组件。
该目的在光伏组件中通过含氟的璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片如此实现，即根据玻璃的含铁量添加一定的最低含量的氟。为此，铁含量和氟含量的重量比X＝Fe/F最小为0.001，优选最小为0.002，更优选最小为0.005，特别优选最小为0.01。
本发明的目的通过这种方式完美地实现。以令人惊奇的方式发现，氟的添加不受基本的玻璃组成成分的影响而导致了透射率的改善，特别是可以减少或平衡玻璃中含有的氧化铁成分所产生的不利。含氟玻璃的透射率在非日曝和在日曝的状态下位于常见的、不含氟的且除此之外具有相同的组成成分的玻璃之上。通过定量添加的氟明显实现了与氧化铁的相互作用，由此可以排除或平衡氧化铁对于透射比的不利影响。
且此外，在本发明的有利的改进方案中，重量比X优选最高为0.6，更优选最高为0.4，进一步优选最高为0.2，特别优选最高为0.1。
特别是在根据含铁量精确地定量氟的添加时，玻璃特性会超正比地升高，而不会突显出添加氟的缺点，比如提高了成本且由于升高的腐蚀作用减少了槽的耐用度。基本上可以在含氟量和铁杂质的含量之间调节最佳的比例。如果低于该比例，则仅实现很低的积极的透射效应。如果超过了该比例，则不再获得透射率的进一步升高，且其突显出上面提到的负面影响。
根据本发明的璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片优选具有0.02至0.6的重量比X。特别是在该范围中得到了不仅在非日曝也在日曝的状态下相对于具有除此以外都相同的组成成分的玻璃的提高了的透射率。
除了提到的特别减少铁杂质产生的负面影响之外，添加的氟还具有以下优点：
-氟减小了玻璃的折射率。由此减少了表面上的折射损失。由此实现了太阳能电池的可利用的辐射部分的增大。该效应在表格1的例子中为整个可见的透射率升高的大约三分之一。
-此外确定了通过添加氟相对于常见的石灰苏打玻璃改善了可熔性。这里氟用作助熔剂。通过这种方式可以降低熔融温度且因此减少能量成本。
-最后通过添加氟稳定了玻璃。这里要注意的是，令人惊奇的发现，恢复了抵抗环境影响(水、酸、碱的入侵)的较高的阻力。
此外还表现出对于玻璃-聚合物膜的分界面的正面影响。
根据本发明的含氟玻璃在太阳能电池或光伏组件中的应用一方面可以用于使效率最大化。另一方面可以减低原材料的成本，其中，可以使用具有平均含铁量的相对较便宜的常见的原材料。通常一定的含铁量对于玻璃熔融是有好处的。通过氟的使用可以降低制造成本和优化玻璃的透射性能。除了节省成本之外，通过添加氟导致的熔融温度的减低由于减小了能量的投入而改善了生态平衡
附图说明
下面借助于附图详细阐述本发明的实施例。其中，
图1展示了用于分别处于无日曝作用和日曝作用下的对比示例1和示例1的透射率；
图2展示了用于分别处于无日曝作用和日曝作用下的对比示例2和示例2的透射率。
具体实施方式
根据本发明的第一种设计方案，使用的玻璃是添加有氟的石灰苏打玻璃。
该玻璃可以比如含有40至80个重量百分比的SiO2、0至5个重量百分比的Al2O3、3至30个重量百分比的R2O、3至30个重量百分比的R′O以及0至10个重量百分比的其它组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素，且R′是至少一种从由镁、钙、锶、钡和锌构成的组中选出的元素。
这里还可以进一步优选使用石灰苏打玻璃，其含有50至76个重量百分比的SiO2、0至5个重量百分比的Al2O3、6至25个重量百分比的R2O、6至25个重量百分比的R′O以及0至10个重量百分比的其它组成成分且还添加有氟。
这里优选使用至少0.1个重量百分比、优选至少0.5个重量百分比的Al2O3，主要是为了改善玻璃的化学稳定性和其克服透明消失(Entglasung)的稳定性。
此外，含氟玻璃可以比如是添加有氟的硼硅玻璃。
该硼硅玻璃可以含有比如60至85个重量百分比的SiO2、1至10个重量百分比的Al2O3、5至20个重量百分比的B2O3、2至10个重量百分比的R2O以及0至10个重量百分比的其他组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素。
这里特别可以是一种具有70至83个重量百分比的SiO2、1至8个重量百分比的Al2O3、6至15个重量百分比的B2O3、3至9个重量百分比的R2O以及0至10个重量百分比的其他组成成分的添加有氟的玻璃。
此外，根据本发明的玻璃可以比如是含氟的铝硅玻璃。
该铝硅玻璃典型地可以含有55至70个重量百分比的SiO2、10至25个重量百分比的Al2O3、0至5个重量百分比的B2O3、0至2个重量百分比的R2O、3至25个重量百分比的R′O以及0至10个重量百分比的其他组成成分，其中，R又是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素，且R′是至少一种从由镁、钙、锶、钡和锌构成的组中选出的元素。
这里添加的B2O3优选至少为0.5个重量百分比。由此特别是进一步改善了化学稳定性以及克服环境影响的稳定性。
根据本发明的玻璃可以优选具有0.005至0.25个重量百分比之间的氧化铁含量。
在该范围中通过相应的氟的添加很大程度上平衡氧化铁含量的不利影响。
此外，根据本发明的玻璃优选具有至少0.001个重量百分比的氧化铈含量，其中，该氧化铈含量优选限定为最高0.25个重量百分比。通过这种方式可以改善根据本发明的玻璃的紫外线-稳定性，而不会出现严重的日曝作用。
显而易见，本发明的玻璃根据光伏组件的结构方式具有合适的形状。其可以比如是大致平坦的玻璃、圆柱形或球形的玻璃。也可以是其它的形状。
示例
在表1中列举了作为对比示例1和对比示例2的以石灰苏打玻璃和硼硅玻璃的形式的两种不同的玻璃。这里涉及的是常见的用于光伏组件的玻璃。另外根据本发明的例子作为针对石灰苏打玻璃和硼硅玻璃的示例1和示例2给出。在示例1中将0.3g的氟添加到其它的组成成分中，而在示例2中将0.5g的氟添加到其它的组成成分中。要注意的是，表格中给出的不是重量百分比，而是绝对的值；换算到重量百分比会导致改变极小的值。
在最后一行中给出了比值X，即含铁量和含氟量之间的比。此外还给出了透射率，由此得出了在所有情况下透过添加的氟的透射率的提高。如果使用具有更高的氧化铁含量的原材料，则通过氟的添加实现了相对于没有添加氟的玻璃的更加明显的改善。
借助于图1和2可以更加明显地看出氟的添加对于透射率的影响，图1和2展示了用于分别处于无日曝作用和日曝作用下的对比示例1和示例1或用于对比示例2和示例2的透射率。特别是从400-1300nm的波长范围中可以看到明显改善的透射率。
表1
Claims (19)
1.一种光伏组件，具有含氟的玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片，其中，所述玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片的玻璃的含铁量和含氟量之间的重量比X＝Fe/F最小为0.001，优选最小为0.002，进一步优选最小为0.005，特别优选最小为0.01。
2.按照权利要求1所述的光伏组件，所述光伏组件具有玻璃，其中，所述玻璃的含铁量和含氟量之间的重量比X最高为0.6，优选最高为0.4，进一步优选最高为0.2，特别优选最高为0.1。
3.按照权利要求1或2所述的光伏组件，所述光伏组件具有石灰苏打玻璃，所述石灰苏打玻璃添加有氟。
4.按照权利要求3所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有40-80个重量百分比的SiO2、0-5个重量百分比的Al2O3、3-30个重量百分比的R2O、3-30个重量百分比的R′O以及0-10个重量百分比的其它组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素，R′是至少一种从由镁、钙、锶、钡和锌构成的组中选出的元素。
5.按照权利要求3所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有50-76个重量百分比的SiO2、0-5个重量百分比的Al2O3、6-25个重量百分比的R2O、6-25个重量百分比的R′O以及0-10个重量百分比的其它组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素，R′是至少一种从由镁、钙、锶、钡和锌构成的组中选出的元素。
6.按照权利要求3、4或5所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有至少0.1个重量百分比的Al2O3、优选含有至少0.5个重量百分比的Al2O3。
7.按照权利要求1或2所述的光伏组件，所述光伏组件具有硼硅玻璃，所述硼硅玻璃添加有氟。
8.按照权利要求7所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有60-85个重量百分比的SiO2、1-10个重量百分比的Al2O3、5-20个重量百分比的B2O3、2-10个重量百分比的R2O以及0-10个重量百分比的其它组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素。
9.按照权利要求8所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有70-83个重量百分比的SiO2、1-8个重量百分比的Al2O3、6-14个重量百分比的B2O3、3-9个重量百分比的R2O以及0-10个重量百分比的其它组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素。
10.按照权利要求1或2所述的光伏组件，所述光伏组件具有铝硅玻璃，所述铝硅玻璃添加有氟。
11.按照权利要求10所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有55-70个重量百分比的SiO2、10-25个重量百分比的Al2O3、0-5个重量百分比的B2O3、0-2个重量百分比的R2O以及3-25个重量百分比的R′O以及0-10个重量百分比的其它组成成分，其中，R是至少一种从由锂、钠和钾构成的组中选出的元素，且R′是至少一种从由镁、钙、锶、钡和锌构成的组中选出的元素。
12.按照权利要求11所述的光伏组件，其中，所述玻璃含有至少0.5个重量百分比的B2O3。
13.按照前述权利要求中任一项所述的光伏组件，其中，所述玻璃具有从0.005至0.25个重量百分比的氧化铁含量。
14.按照前述权利要求中任一项所述的光伏组件，其中，所述玻璃具有至少0.001个重量百分比的氧化铈含量。
15.按照前述权利要求中任一项所述的光伏组件，其中，所述玻璃具有最高0.25个重量百分比的氧化铈含量。
16.按照前述权利要求中任一项所述的光伏组件，其中，所述玻璃是平坦的、圆柱形或球形弯曲的。
17.一种将含氟的玻璃用作光伏组件的玻璃盖片、玻璃基片或玻璃超基片的应用方法。
18.按照权利要求17所述的应用方法，其中，所述玻璃的含铁量和含氟量之间的重量比X＝Fe/F最小为0.001，优选最小为0.002，进一步优选最小为0.005，特别优选最小为0.01。
19.按照权利要求17或18所述的应用方法，其中，所述玻璃的含铁量和含氟量之间的重量比X最高为0.6，优选最高为0.4，进一步优选最高为0.2，特别优选最高为0.1。
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