CN102122678A - 光学内部全反射波长转换太阳能电池模块 - Google Patents

光学内部全反射波长转换太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其包括有：一个太阳能电池；一个波长转换层，其具有波长转换作用，所述波长转换层侧接所述太阳能电池；一个覆板(Cover Panel)，其封装所述太阳能电池及所述波长转换层；这样，能使原本对太阳能电池光电转换效率偏低或无法应用的光源波长充分转换为有用的光源波长，并大幅增加太阳能电池接收太阳光的机率，用以提升其光源利用效率，以达到具有极佳的转换效率。

Description

光学内部全反射波长转换太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池模块，尤指一种使太阳光中原本对太阳能电池光电转换效率偏低或无法应用的光源波长充分转换为有用的光源波长，并大幅增加太阳能电池接收太阳光的机率，以达到具有极佳转换效率的太阳能电池模块。
背景技术
由于能源逐渐短缺，属于绿色能源的光能科技是当前能源研发、应用重要的项目，以太阳能利用为例，太阳能电池对光源波长的响应效率因不同光电材料而有所不同，如图1a所示，其为各种不同光电材料对于太阳的光源波长响应效率特性分布图，其横轴为太阳的光源波长，而其纵轴则为不同光电材料对于不同光源波长的光电响应效率，由所述特性分布图得知「愈靠近峰值P1～P6(peak value)区域，其响应效率愈高」；但如果能使太阳能电池对将原本太阳光中没有响应或响应效率偏低的光源波长转换成响应最大的光源波长，则将大为提升其光电转换的利用效率，再请一并参照图1b所示的太阳光的光照度(spectral irradiance)(W/m/nm)-波长坐标图，其太阳光光谱90依其波长由小至大约可分成三个光源区段，包括紫外线区段92、可见光区段91及红外线区段93，其中，所述可见光区段91及与红外线区段93相邻的区域为太阳能电池响应效率最佳的光源波长区段，故，如何使太阳光在进入太阳能电池模块内部时，将所述太阳光光谱90中对太阳能电池产生最佳响应，用以提升太阳能电池对太阳光源的利用率与照射机率而达到最佳的光能转换效率，诚是本领域应积极研发与突破的重点方向。
因此，本发明人有鉴于现有太阳能电池模块其光能转换效率不佳的缺点及其模块结构设计上未臻理想的事实，本案发明人即着手研发其解决方案，希望能开发出一种更具效率性及经济性的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，以服务社会大众及促进此业的发展，遂经多时的构思而有本发明的产生。
发明内容
本发明目的是提供一种光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其能使太阳光中原本对太阳能电池光电转换效率偏低或无法应用的光源波长，转换为对太阳能电池有用或光电转换效率高的光源波长，并大幅增加太阳能电池接收太阳光的机率，用以提升其光源利用效率。
本发明为达到上述目的所采用的技术手段包括：一个太阳能电池；一个波长转换层，其具有波长转换作用，所述波长转换层侧接所述太阳能电池；一个覆板，所述覆板封装所述太阳能电池及所述波长转换层。
本发明的技术手段进一步包括有：一个太阳能电池；一个覆板，所述覆板封装所述太阳能电池；一个波长转换层，所述波长转换层具有波长转换作用，所述波长转换层设于所述覆板外侧。
兹为能对本发明的技术、特征及所达到的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后：
附图说明
图1a是现有太阳光的光源-波长坐标示意图；
图1b是现有太阳光的光源波长响应效率-波长坐标示意图；
图2是本发明第一个实施例结构示意图；
图3是本发明第一个实施例波长调变作用示意图；
图4是本发明第二实施例示意图一；
图5是本发明第二实施例示意图二；
图6是本发明第三实施例示意图一；
图7是本发明第三实施例示意图二。
【图号对照说明】
太阳能电池模块    1               太阳能电池    10
波长转换层        12、12A、12B    电极          14
上覆板       22          下覆板    24
封装透气孔   221、241    覆板      20
抗反射层     30          反射层    40
太阳光       100
具体实施方式
请参阅图2，为本发明光学内部全反射波长转换太阳能电池模块第一个实施例，所述太阳能电池模块1包括有一个太阳能电池10，所述太阳能电池10可为单面式、双面式太阳能电池或由多片太阳能电池(所述多片太阳能电池是排列在同一个平面上)的组合，所述太阳能电池10侧边约平行地设置有一个波长转换层12，所述波长转换层12是以高分子材料或玻璃为基底材料，并包含有波长调变材料(如有机波长调变材料、量子点荧光演色调变材料及纳米颗粒荧光增光粉组成的复合材料)或由上述波长调变材料所建构的光栅或穿透式透镜，而使所述波长转换层具有波长转换、光学折射、绕射或聚焦的光学功能。在本实施例中，所述太阳能电池10于其侧边并接所述波长转换层12，即所述波长转换层12呈侧边连接或侧边围接所述太阳能电池10，然后再整体封装有一个覆板20，所述覆板20包括有一个上覆板22及下覆板24，所述上覆板22、下覆板24为透明材料，如玻璃、压克力(PMMA)、树脂(epoxy)、硅胶(silicone)、高分子材料(EVA等)或为上述材料的复合层之组合；另，所述上覆板22及下覆板24间设有电极14，如电极网，所述电极14并连接所述太阳能电池10；又，所述上覆板22及下覆板24可进一步设有多个封装透气孔221、241，所述封装透气孔221、241于封装阶段具有透气及以封装平整的功能外，也可兼具电极14接线的信道。
请参阅图3，当太阳光由太阳能电池模块1上方两侧(如上午或下午)进入太阳能电池模块1时，光线A将通过所述上覆板22投射于所述波长转换层12，并接续使所述光线A(大部分或局部)于所述上覆板22及波长转换层12间进行光线路径A1的内部全反射前进，并最终投射于所述太阳能电池10；由于所述波长转换层12具有使太阳光转换波长的功能，因此投射于所述波长转换层12的光线A的无法应用光源波长，将逐渐被转换成可为太阳能电池10吸收利用的光源波长；换言之，通过所述波长转换层12于所述太阳能电池模块1内部的光源全反射转换作用，可使太阳光源波长调变为太阳能电池10响应效率最高的频谱，而大大提升太阳能电池模块1的光能转换效率。同理，当太阳光由太阳能电池模块1下方两侧或上方的光线A穿透所述波长转换层12再进入时，光线A或B将通过所述下覆板24投射于所述波长转换层12，并接续使所述光线B(大部分或局部)于所述下覆板24及波长转换层12间进行光线路径B1的全反射前进，并最终投射于所述太阳能电池10。
请参阅图4，为本发明光学内部全反射波长转换太阳能电池模块第二实施例，所述太阳能电池模块1于所述上覆板22上方(外侧)再设置所述波长转换层12A，借助所述波长转换层12A对所进入的太阳光进行第一阶段太阳光源波长的调变。又如图5所示，所述波长转换层12B也可设置于所述下覆板24下方(外侧)，同样可借助所述波长转换层12B对所进入的太阳光进行第一阶段太阳光源波长的调变与内部全反射。
请参阅图6，是本发明光学内部全反射波长转换太阳能电池模块第三实施例，所述太阳能电池模块1单独封装后，于所述覆板20下方(外侧)设置所述波长转换层12B，且于所述覆板20上方(外侧)设置有一个抗反射层(anti-reflection coating)30，所述抗反射层30可为一个薄膜状，这样，当太阳光100照射所述太阳能电池模块1时，太阳光100将由所述抗反射层30进入太阳能电池模块1内部，通过所述抗反射层30的设置可减少或避免太阳光100照射太阳能电池模块1时的表面反射作用，可使太阳光100全部或大部分进入所述太阳能电池模块1内，以提升太阳能电池10接收太阳光的机率。又如图7所示所述太阳能电池模块1于其下方的波长转换层12B的下方进一步设有一个反射层40，所述反射层40可为一个薄膜状，这样，当太阳光100照射所述太阳能电池模块1时，所进入所述太阳能电池模块1内部的光线可通过所述反射层40的设置而持续被所述波长转换层12B进行波长调变，可减少或避免太阳光100照射太阳能电池模块后的外泄现象，可使太阳光100全部或大部分充分与所述波长转换层12B进行波长调变的响应，以增加其光能转换效率。
本发明光学内部全反射波长转换太阳能电池模块借助前述构成，能使太阳光在太阳能电池模块1内时，大为提升其照射太阳能电池的机率，且同时具有充分的转换响应以将无法应用的光源波长转换为有用的光源波长，用以提升其光源利用效率。
综上所述，本发明确已符合发明专利的要件，依法提出专利申请。只是以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (13)

1.一种光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于包括：
一个太阳能电池；
一个波长转换层，其具有波长转换作用，所述波长转换层侧接所述太阳能电池；
一个覆板，所述覆板封装所述太阳能电池及所述波长转换层。
2.如权利要求1所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池为单面式或双面式太阳能电池或多片太阳能电池的组合。
3.如权利要求1所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述波长转换层以高分子或玻璃为基底材料，涂布或混合并包含有机波长调变材料、量子点荧光演色调变材料及纳米颗粒荧光增光粉组成的复合材料或由上述波长调变材料所建构的光栅或穿透式透镜，使所述波长转换层具有波长转换、光学折射、绕射或聚焦的光学功能。
4.如权利要求1所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述波长转换层内部或与覆板接口间设有电极，所述电极连接所述太阳能电池。
5.如权利要求1所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述覆板包括有一个上覆板及下覆板。
6.如权利要求1所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述覆板为玻璃、压克力、树脂、硅胶或高分子材料或其复合材料透明材料。
7.如权利要求5所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述上覆板及所述下覆板进一步分别设有多个封装透气孔。
8.一种光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，包括：
一个太阳能电池；
一个覆板，所述覆板封装所述太阳能电池；
一个波长转换层，所述波长转换层具有波长转换作用，所述波长转换层设于所述覆板外侧。
9.如权利要求8所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述覆板包括有上覆板及下覆板。
10.如权利要求9所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述波长转换层设于所述上覆板的上方或外侧。
11.如权利要求9所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述波长转换层设于所述下覆板的下方或外侧。
12.如权利要求11所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述覆板上方设有一个抗反射层。
13.如权利要求11所述的光学内部全反射波长转换太阳能电池模块，其特征在于，所述波长转换层的下方或外侧设有一个反射层。
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