CN102280503A - 一种透光型薄膜太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种透光型薄膜太阳能电池,至少包括依序堆叠形成的基板、前电极层、光吸收层、背电极层、透光率增进层、封装层和若干个透光区域;任何透光区域至少贯穿背电极层,至多贯穿背电极层和光电吸收层,透光率增进层与封装层延伸进透光区域内,而位于该些透光区域内的封装层填满该些透光区域,透光率增进层的折射率介于透光区域内的透光率增进层所覆盖介质的折射率与覆盖透光率增进层的介质的折射率之间。本发明增加太阳能电池的透光率,使光吸收层的光电转换效率可维持在所需范围内,达到兼顾透光率与光电转换效能的目的,并解決现有透光型太阳能电池有限透光率所导致的应用受限问题,扩展了透光型薄膜太阳能电池的应用性与使用普及率。

Description

一种透光型薄膜太阳能电池
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域,特别是涉及到一种透光型薄膜太阳能电池及其制造方法,尤其是一种籍由增进透光区域光穿透率而提升透光率的透光型薄膜太阳能电池。
背景技术
太阳能电池(SOLAR CELL)为一种清洁且环保的能源转换装置,目前太阳能电池的种类依其材料大致上可分成结晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、III-V族化合物太阳能电池以及II-VI族化合物太阳能电池等。太阳能电池的结构主要包含基板、前电极层,吸收层与背电极层,前电极层的材质可为TCO,背电极层的材质可为金属等,吸收层基本上为一p-n二极体的结构,当入射光进入p-n二极体内产生电子空穴对,并藉由内建电场作用使电子和空穴往相反的方向移动,而可各自二端电极输出电压伏特值。
太阳能电池可设置在建筑物顶部或者其他易接收太阳光的地方,然而当太阳能电池设置于玻璃幕墙等顺有光线进入建筑物内部的地点时,若太阳能电池的背电极为金属材质,则光线行至背电极层时会受金属背电极阻隔或因金属反射而无法穿透金属背电极并进入室内,造成太阳能电池应用范围倍受限制。
虽然现有的技术籍由开设沟槽或空洞可增进太阳能电池的透光率,然而这样透光率的增加有限,此外,由于沟槽或孔洞的设置可能需要移除部分光电转化层,为增进透光率而开设过多的沟槽或者孔洞,反而会降低太阳能电池的光电转换效率。因此维持一定的光电转化效率,沟槽或者孔洞的开设面数量需要一定限制,所以现阶段增进透光型太阳能电池的透光率仍倍受限制。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的透光型薄膜太阳能电池,利用透光处具有特定折射率材料层的设置,解决上述问题,达到有效提升透光率的目的。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种透光型薄膜太阳能电池,至少包括依序堆叠形成的基板、前电极层、光吸收层、背电极层、透光率增进层、封装层和若干个透光区域;任何所述透光区域至少贯穿所述背电极层,至多贯穿所述背电极层和所述光电吸收层,所述透光率增进层与所述封装层延伸进所述透光区域内,所述透光率增进层的折射率介于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖介质的折射率与覆盖所述透光率增进层的介质的折射率之间。
位于所述透光区域内的所述封装层填满所述透光区域,且覆盖所述透光率增进层的介质为所述封装层;
当所述透光区域同时贯穿所述背电极层和所述光电吸收层时,位于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖的介质为所述前电极层;否则,位于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖的介质为所述光吸收层。
所述透光率增进层的材质为绝缘体;所述封装层的材质选自于由醋酸乙酯和聚乙烯丁醛所组成的群组;所述光吸收层的材质选自于由非晶硅、多晶硅、微晶硅以及微晶硅锗所组成的群组;所述前电极层的材质为透明导电氧化物,所述透明导电氧化物选自于由氧化铟锡,氧化铟锌,氧化铝锌,氧化硼锌,氧化镓锌以及氧化锌(ZNO)所组成的群组;所述基板的材质选自于由玻璃、石英、透明塑胶、透明高分子以及可挠性塑胶所组成的群组;所述背电极层的材料中包括金属,所述金属选自于由铝、镍、金、银、铬、钛以及钯所组成的群组。
所述光吸收层的材质为碲化镉。
所述基板为透明基板。
所述基板的材质选自于由钠玻璃、低-白玻璃及无玻璃所组成的群组
所述前电极层为透明导电材料层;所述光吸收层为能够用于覆板型薄膜太阳能电池且具有光电转换效能的材料层;所述背电极层为导电性的材料层。
所述透光率增进层的折射率为1~4。
本发明中,透光率增进层的材质为绝缘体(insulation);封装层的材质选自于由醋酸乙酯(ethylene vinyl acetate copolymer,EVA)以及聚乙烯丁醛(polyviny butyral,PVB)所组成的群组。
光吸收层的材质选自于由非晶硅(a-Si)、多晶硅、微晶硅(microcrystalline silicon,mc-Si)以及微晶硅锗(microcrysatlline silicon germanium;mc-SiGe)所组成的群组,优选的光吸收层的材质为碲化镉(CdTe)。
前电极层的材质透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO),其中该透明导电氧化物选自于由氧化铟锡(ITO),氧化铟锌(IZO),氧化铝锌(AZO),氧化硼锌(BZO),氧化镓锌(GZO)以及氧化锌(ZNO)所组成的群组。
基板的材质选自于由玻璃、石英、透明塑胶、透明高分子以及可挠性塑胶所组成的群组;当基板为透明基板时,其材质选自于由钠玻璃(SLG),低-白玻璃及无玻璃所组成的群组。
为了实现上述目的,本发明提供一种透光型薄膜太阳能电池,至少包括依序堆叠形成的基板、设置的前电极层、光吸收层、背电极层、透光率增进层和封装层,至少在所述背电极层中设置有若干个透光区域可自背电极层进一步延伸至光吸收层或前电极层,其中部分透光率增进层与部分封装层位于这些透光区域内,而位于该透光区域内的封装层填满该些透光区域;该透光率增进层的折射率介于这些透光区域内该透光率增进层所覆盖介质的折射率与覆盖该透光率增进层的介质折射率的之间,其中透光率增进层所覆盖的介质包含光吸收层或前电极层,覆盖进透光率增进层的介质包含封装层,亦即透光率增进层的折射率可为1-4,籍由具有特定折射率的透光率增进层的设置,可促进透光区域内的入射光穿透光吸收层或背电极层,并进入室内,以有效提升透光型薄膜太阳能电池的光穿透率
此外,透光率增进层的材质可为绝缘体(insulation),籍以保护背电极层,并可提供与封装层之间良好的粘附性(adhesion),以增进封装效果。
本发明中所述透光率增进层与所述封装层延伸进所述透光区域内,而位于所述透光区域内的所述封装层填满所述透光区域,所述透光率增进层的折射率介于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖介质的折射率与覆盖所述透光率增进层的介质的折射率之间。
本发明该薄膜太阳能电池各个结构层的材质分别为:封装层的材质选自于由醋酸乙酯(ethylene vinyl acetate copolymer,EVA)以及聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral,PVB)所组成的群组;光吸收层230材质选自于由非晶硅(a-Si)、多晶硅、微晶硅(microcrystallinesilicon,mc-Si)以及微晶硅锗(microcrysatlline silicon germanium;mc-SiGe)所组成的群组,或可为碲化鎘(CdTe)等材质,但不限于此,凡可应用于覆板型(superstrate)薄膜太阳能电池且具有光电转换效能的材料皆可应用于此;前电极层的材质为透明导电氧化物(TCO),此透明导电氧化物选自由氧化铟锡(ITO)、氧化硒锌(IZO),氧化铝锌(AZO),氧化硼锌(BZO),氧化镓锌(GZO)以及氧化锌(ZNO)所组成的群组;基板的材质选自于由玻璃、石英、透明塑料、透明高分子以及可挠性塑料所组成的群组,当基板为透明玻璃基板,其材质选自钠玻璃、低-白玻璃、及无钠玻璃所组成的群组;背电极层240的材料包含金属,例如选自于由铝、镍、金、银、铬、钛以及钯所组成的群组;但不以此为限,凡是可透光且具有导电性的材料皆可应用于此。
由于透光率增进层的折射率可依其所覆盖介质的材质种类的折射率以及覆盖于透光率增进层之上介质的材质种类的折射率进行调整,籍由具有特定折射率的透光率增进层的设置,可促进透光区域内的入射光穿透光吸收层或背电极层,以有效提升透光型薄膜太阳能电池的光穿透率。本发明透光型薄膜太阳能电池中具有特定折射率的透光率增进层的设置,可在不开设过多透光区域而降低光吸收层光吸收率的情況下,增加太阳能电池的透光率,使光吸收层的光电转换效率可维持在所需范围内,达到兼顾透光率与光电转换效能的目的,并解決现有透光型太阳能电池有限透光率所导致的应用受限问题,扩展了透光型薄膜太阳能电池的应用性与使用普及率。
本发明为应用于光伏发电领域的一种透光型薄膜太阳能电池,可以用在光伏建筑一体化等要求光线射入室内的地方;本发明利用透光处具有特殊折射率材料层的设置,达到有效提升透光率的目的。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明的透光型薄膜太阳能电池中具有特定折射率的透光率增进层的设置,可在不开设过多透光区域而降低光吸收层光吸收率的情況下,增加太阳能电池的透光率,使光吸收层的光电转换效率可维持在所需范围内,达到兼顾透光率与光电转换效能的目的,并解決现有透光型太阳能电池有限透光率所导致的应用受限问题,扩展了透光型薄膜太阳能电池的应用性与使用普及率。
(2)本发明能够兼顾透光率与光电转换效能,增加太阳能电池的透光率,并使光吸收层的光电转换效率可维持在所需范围内。
(3)本发明的结构简单,制造工艺简单,制造成本较低。
附图说明
图1为本发明中透光型薄膜太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示的一种透光型薄膜太阳能电池,为本发明透光型薄膜太阳能电池结构之一较佳实施例,该薄膜太阳能电池至少包括自入射光侧依次堆叠形成的基板210、前电极层220、光吸收层230、背电极层240、透光率增进层250以及一封装层260,封装层260上可再设置一封装玻璃层,至少在所述背电极240中开设形成有复数个透光区域280,其中部分透光率增进层250与部分封装层位260于这些透光区域280内,而位于该透光区域280内的封装层260填满进些透光区域280。光率增进层250的折射率可以其所覆盖介质材质种类的折射率以及覆盖在光率增进层250上介质的材质种类的折射率进行调整,与此例中透光率增进层250的折射率介于这些透光区域280内该透光率增进层250所覆盖介质即光吸收层230所具折射率与该透光区域280内覆盖该透光率增进层250的介质即封装层260所具折射率之间,亦即透光率增进层250的折射率介于光吸收层230所具折射率与封装层260所具折射率之间。
此外,该些透光区域280可自背电极层240进一步延伸至光吸收层230或再延伸开设至前电极层220,此外,透光率增进层250的折射率介于这些透光区域280内该透光率增进层250所覆盖介质所具折射率与该透光区域280内覆盖该透光率增进层250的介质即封装层260所具折射率之间,亦即透光率增进层250的折射率介于前电极层220所具折射率与封装层260所具折射率之间,籍以增进入射光的穿透率。
该薄膜太阳能电池各个结构层的材质分别为:
基板210的材质选自于由玻璃、石英、透明塑料、透明高分子以及可挠性塑料所组成的群组,当基板为透明玻璃基板,其材质选自钠玻璃、低-白玻璃、及无钠玻璃所组成的群组。
前电极层220的材质为透明导电氧化物(TCO),此透明导电氧化物选自由氧化铟锡(ITO)、氧化硒锌(IZO),氧化铝锌(AZO),氧化硼锌(BZO),氧化镓锌(GZO)以及氧化锌(ZNO)所组成的群组,但不以此为限,凡是可透光且具有导电性的材料皆可应用于此。
光吸收层230材质选自于由非晶硅(a-Si)、多晶硅、微晶硅(microcrystalline silicon,mc-Si)以及微晶硅锗(microcrysatlline silicon germanium;mc-SiGe)所组成的群组,或可为碲化鎘(CdTe)等材质,但不限于此,凡可应用于覆板型(superstrate)薄膜太阳能电池且具有光电转换效能的材料皆可应用于此。
背电极层240的材料包含金属,例如选自于由铝、镍、金、银、铬、钛以及钯所组成的群组,其他具有导电性的材料亦可应用于此。
封装层260的材质选自于由醋酸乙酯(ethylene vinyl acetate copolymer,EVA)以及聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral,PVB)所组成的群组。
透光率增进层250的材质具有特定折射率,且该折射率的数值介于透光区域内的透光率增进层所覆盖介质的折射率与覆盖透光率增进层的介质所具有的折射率的间。透光率增进层的折射率可介于1-4,所用材质亦可为具有折射率1-4的物质,例如包含二氧化硅(SiO2)的材质等。
前面提到的透光型薄膜太阳能电池各层体系可依序以现有的方法逐层堆叠形成,该方法可包含溅镀,常压化学气相沉积,低压化学气相沉积,电子回旋共振法,直流辉光放电法,射频辉光放电法等,但不以此为限。凡是可于一层体的上形成另一层体的方法皆可应用于此,此外,该些透光区域可由雷射方式形成,而透光率增进层则可利用化学气相沉积、物理气相沉积的方式将其填入透光区域280内。
综上所述,籍由具有特定折射率的透光率增进层250的设置,可增进进入透光区域280内的入射光的透光率,而促进入射光穿透光吸收层230与背电极240的几率,增加室内的光透射量,达到有效提升透光型薄膜太阳能电池透光率的目的。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明,但本领域技术人员应该明白,本发明并不局限于以上所述实施例,凡在本发明的精神和原则的内,所作的任何修改、等同替换等,均应包含在本发明的保护范围的内。

Claims (8)

1.一种透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:至少包括依序堆叠形成的基板、前电极层、光吸收层、背电极层、透光率增进层、封装层和若干个透光区域;任何所述透光区域至少贯穿所述背电极层,至多贯穿所述背电极层和所述光电吸收层,所述透光率增进层与所述封装层延伸进所述透光区域内,所述透光率增进层的折射率介于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖介质的折射率与覆盖所述透光率增进层的介质的折射率之间。
2.根据权利要求1所述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:位于所述透光区域内的所述封装层填满所述透光区域,且覆盖所述透光率增进层的介质为所述封装层;
当所述透光区域同时贯穿所述背电极层和所述光电吸收层时,位于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖的介质为所述前电极层;否则,位于所述透光区域内的所述透光率增进层所覆盖的介质为所述光吸收层。
3.根据权利要求2述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:所述透光率增进层的材质为绝缘体;所述封装层的材质选自于由醋酸乙酯和聚乙烯丁醛所组成的群组;所述光吸收层的材质选自于由非晶硅、多晶硅、微晶硅以及微晶硅锗所组成的群组;所述前电极层的材质为透明导电氧化物,所述透明导电氧化物选自于由氧化铟锡,氧化铟锌,氧化铝锌,氧化硼锌,氧化镓锌以及氧化锌(ZNO)所组成的群组;所述基板的材质选自于由玻璃、石英、透明塑胶、透明高分子以及可挠性塑胶所组成的群组;所述背电极层的材料中包括金属,所述金属选自于由铝、镍、金、银、铬、钛以及钯所组成的群组。
4.根据权利要求3所述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:所述光吸收层的材质为碲化镉。
5.根据权利要求3所述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:所述基板为透明基板。
6.根据权利要求5所述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:所述基板的材质选自于由钠玻璃、低-白玻璃及无玻璃所组成的群组
Figure FSA00000556385200011
7.根据权利要求1所述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:所述前电极层为透明导电材料层;所述光吸收层为能够用于覆板型薄膜太阳能电池且具有光电转换效能的材料层;所述背电极层为导电性的材料层。
8.根据权利要求1所述的透光型薄膜太阳能电池,其特征在于:所述透光率增进层的折射率为1~4。
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