CN102576741A - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
太阳能电池，具有平的电池衬底和在该电池衬底的表面上设置的电池结构，该电池衬底在可见光的光谱范围内和红外光谱范围的至少一个部分范围内是透明的，其中，在电池衬底的载有电池结构的表面上施加双重或者多重功能层，它在可见光的范围内是透明的，并且具有红外线反射功能和接触功能。
Description
本发明涉及太阳能电池，其具有平的电池衬底和在该电池衬底的表面上设置的电池结构，该电池衬底在可见光的光谱范围内和红外光谱范围的至少一个部分范围内是透明的。
现有技术
光伏技术是能源技术的一种最为动态的领域，并且获得了日益增加的经济意义。太阳能电池的多种外形的配置的发展及其技术的细化在近年来对此有重要的贡献。一条重要的研制线涉及提供优化的载体结构或者衬底结构，其在高的能量产量的意义上具有有利的光学的和热的特性，并且在技术上容易而且低成本地实现。
作为用于构造不同类型的太阳能电池的衬底通常使用具有透明传导层、经常是掺杂的氧化物层(TCO)的玻璃作为前面接触部。该结构可在技术上简单而且低成本地实现，以及可以动用长时间经受过考验的和容易使用的材料，并且其在光学上的以及针对红外(IR)光谱范围的宽广的部分内在很大程度上是透明的。
IR射线例如对于晶体硅从约1100nm起不具有足以产生电子-空穴对从而有助于光子流的能量。因此这种射线对于太阳能电池的效率不起积极的贡献，相反导致附加的加热从而使效率变差。对于晶体硅太阳能电池的模块，效率减低约为0.5％/℃，在薄层电池的情况下为0.2-0.3％/℃。已经知道的一种措施是反射IR射线，使得它不能进入太阳能电池，从而以这种方式不能导致产生附加的热量。
一种遵照该措施的配置在EP 0632507A2中以多种变型来说明。一种由多个保护层组成的反射IR的装置抑制较低量级的反射，从而反射位于波长范围的短波界限和长波界限的那边的光谱带，其中太阳能电池可以把该光谱带用于光电变换。所述结构在其参数方面可以灵活调整，但是在实现上花费较多。
发明内容
因此本发明的任务在于，说明一种具有简化的结构和减小的制造成本的太阳能电池，但是它的结构仍然能够保证足够屏蔽入射的太阳光的不可利用的部分。
该任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池解决。本发明的思想的适宜的构型是从属权利要求的主题。
本发明包括重要的思想：以有意脱离以EP 0632507A2为基础的解决措施的方式说明一种尽可能简单的衬底结构，它的制造仅需少量的步骤。另外它包括这样的思想：为此目的以有意义的方式以尽可能少地在衬底上设置的层实现不同的功能，这些功能必须实现关于实际的电池结构的衬底结构。由此最后产生重要的思想：仅在电池衬底承载电池结构的表面上施加一个双重或者多重功能层，它在可见光的范围内是透明的，并且具有红外线反射功能和接触功能。
所述发明的优点在于把两层即传导的前面接触部和IR反射层组合为一个双重功能层。该结构改善了可用的太阳射线的光学传输。此外该结构简化了制造并且导致降低成本，因为仅需要一次涂层处理和一种涂层材料。另一个优点在于良好的导热性以及传导的反射层的“内部位置”。由此太阳能电池能够无辐射地散热，否则IR固有辐射由于电池温度同样被反射从而导致电池被加热。当IR反射层位于衬底的外侧，亦即在朝向太阳的一侧的使用位置时就是这种情况。通过由于IR辐射被反射而较小的热吸收首先改善了模块的效率。另外退化效应通过在截面内的较低的温度被最小化，这又导致延长模块的寿命。
在上述减少层数的目的的意义上的一种有利的实施方式规定，双重或者多重功能层具有良好的导电性。特别是它具有低于15Ω/□的面电阻，以便能够没有功能限制地用作太阳能电池的(唯一的)前侧接触层。
在本发明的另一种实施方式中以技术上经受过考验的并且成本低的方式使用玻璃衬底。具体的玻璃化合物在光伏领域很久以来就已经创立，并且可以在本发明的实施方式中应用。鉴于本发明的重要的双重或者多重功能的涂层，可以不用为通过吸收来滤除IR射线成分而着色，亦即完全使用“透明玻璃”。但是原则上作为衬底材料也可以考虑耐高温的透明的塑料、石英玻璃和其他经受过考验的透明的载体材料。
当双重或者多重功能的层作为太阳能电池的唯一的反射红外线的介质和作为唯一的前侧接触层而设置时，以特别的方式考虑到上述目的。但是当该层仅只满足这两种功能之一，而为完全满足各其余的功能尚需提供附加的层时，也已经在一定程度上实现了该目的。
在电池中可用的太阳光的改善的光学传输以及减少的吸收的上述优点的意义上，双重或者多重功能层在可见光的光谱范围内具有小于规定的阈值特别是小于20％的吸收系数。但是根据实际的太阳能电池的功率需求和物理参数也可以预先给定另外的值。
在尽可能有效地拒绝有害的IR射线的意义上，在本发明的一种优选的实施方式中规定，双重或者多重功能层在红外光谱范围的一个部分范围内具有大于预先确定的阈值的反射系数，特别是在1100nm和更高的情况下具有大于50％的反射系数。对于这些值也可以取决于具体的电池结构和整体构造修改，并且这在必要时是有意义的。
当双重或者多重功能层具有金属粒子特别是具有纳米或者微米范围特别是100nm或者更小的中等粒度的银粒子时，所建议的衬底涂层的复杂的功能性能够以适宜而且可靠的方式实现。除银外其他的金属也是合适的，例如取决于模块结构的其余的特性，金或者铜或者所述金属的合金。同样也可以与所述优选的粒度上限偏离，并且也可以有利地使用具有预先确定的粒度分布的填充材料。
唯一的附图以横截面图的方式示意表示本发明的太阳能电池1的结构，具有玻璃衬底1、双重功能(导电和IR反射)层3和太阳能电池结构5，在使用状态下以该序列经受用箭头A示意表示的太阳辐射。双重功能层3，例如由Ag纳米粒子组成，处于与玻璃以及与真正的太阳能电池的热接触中，并且具有良好的导热性。
太阳辐射的入射的IR部分由反射层拒绝，以这种方式不对太阳能电池加热。另外该层接管前面接触部的功能，在此不需要任何另外的TCO或者类似的层，那样的层会减小光学传输从而使太阳能电池的效率变差。由于良好的传导性，太阳能电池的热量通过反射层向衬底续传，衬底相应于它的发射性和温度而辐射能量。
Claims (9)
1.太阳能电池，具有平的电池衬底和在该电池衬底的表面上设置的电池结构，该电池衬底在可见光的光谱范围内和红外光谱范围的至少一个部分范围内是透明的，其中，在电池衬底的载有电池结构的表面上施加双重或者多重功能层，它在可见光的范围内是透明的，并且具有红外线反射功能和接触功能。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层是导电的，具有低于预先确定的阈值的面电阻，特别是低于15Ω/□。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，所述衬底是或者具有玻璃衬底。
4.根据上述权利要求之一所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层作为太阳能电池的唯一的反射红外线的介质而设置。
5.根据上述权利要求之一所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层作为太阳能电池的唯一的前侧接触层而设置。
6.根据上述权利要求之一所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层是导热的，并且与电池衬底和/或与电池结构热接触。
7.根据上述权利要求之一所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层在可见光的光谱范围内具有低于规定的阈值、特别是低于20％的吸收系数。
8.根据上述权利要求之一所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层在红外光谱范围的部分范围内具有大于预先确定的阈值的反射系数，特别是在1100nm和更高的情况下具有大于50％的反射系数。
9.根据上述权利要求之一所述的太阳能电池，其中，所述双重或者多重功能层具有金属粒子、特别是具有纳米或者微米范围的中等粒度的银粒子，特别是100nm或者更小。
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