CN102640296B - 具有平坦顶部的光学结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏装置，其包括至少一个有源层和盖板，所述盖板在一侧包括光学结构的阵列、并且与有源层的光接收表面光学接触，以减少所述表面的反射损失。所述板或片可以与位于所述板内或与所述板接触的发光分子结合使用，以改善光伏装置的光谱响应。所述光学浮雕结构包括基部和单个平坦顶部，其通过至少三个n边形表面连接，其中n等于或大于3。
Description
技术领域
本发明涉及光伏装置，其包括至少一个有源层和盖板，所述盖板在至少一侧包含光学结构的阵列并且与有源层的光接收表面光学接触以减少所述表面的反射损失。所述板或片还可以与位于所述板的内部或与所述板接触的发光分子组合使用，以改善光伏装置的光谱响应。
背景技术
光伏装置通常用于将光能转换为电能。这些装置包括含光吸收材料的有源层，所述光吸收材料在曝光时产生电荷载体。目前在光伏装置中常见的有源层为硅。然而，可以发现多种材料，例如砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）或铜铟镓硒（CIGS）。在有源层中产生的电荷被分离到将传输电力的导电触点。由于有源层的薄且易碎的特性，通常通过例如由玻璃制成的透明盖板保护所述有源层不受外部的影响。现有技术已知，有源层和盖板都反射入射到光伏装置中的光的一部分。尤其有源层的高折射率造成最高达到入射光的22％（在硅的情况下）的大反射损失。由于反射的光不能被转换为电能，这些反射损失导致光伏装置的效率的较大下降。
降低光伏装置的效率的另一个影响是有源层对于通常较短的波长（例如紫外线（UV）或蓝光）的低量子效应。该低响应是由于材料的带隙导致的。带隙是指价带的顶部与导带的基部之间的能量差，在其中，电子能够从一个带跃迁到另一个。由于带隙，有源层具有最优波长，在最优波长附近，光能被最有效地转换为电能。波长高于或低于最优波长的光被次有效地转换为电能。可以降低光伏装置在短波长范围的光谱响应的第二影响是通过盖板的光吸收。尽管盖板通常对可见光透明，但它通常在UV范围中吸收。从而，这样的光不能到达光伏装置的有源层并且不能被转换为电能。
为了减少所述反射损失，可以在光吸收材料或所谓的有源层的顶部施加抗反射涂层。抗反射涂层由单个四分之一波长层的透明材料构成，其折射率在有源层和盖板的折射率之间。尽管这在理论上提供在中心波长处的零反射和在中心附近的较宽带中的波长的减少的反射，这些层的处理和材料成本相对较高。另外用于形成该涂层的处理技术（例如化学气相沉积）是复杂且耗时的。另外，抗反射涂层仅在其被施加的表面上作用。从而不能通过在有源层和盖板的任一个上使用单个抗反射涂层而减少这两种表面的反射。
另一个减少反射损失的方法为结构化有源层的表面。这可以通过如下进行：直接结构化材料自身，或者对其上沉积所述材料的基底进行表面结构化。通过以通常的棱锥形或V形结构来结构化有源层，由此在表面处的多次反射使光有更大的概率进入面板，从而获得有源层处的反射损失的降低。该效应减少在有源层的表面处的反射损失，从而通常称为抗反射效应。其次，该结构在一些情况下可以部分地捕获未被有源层吸收并通过基底的表面反射的光。从而增加了通过有源层吸收的光的可能。尽管对有源层进行结构化可以显著改善光伏电池的效率，然而制造方法非常复杂并且非常昂贵。通常使用例如湿法化学蚀刻、机械蚀刻或反应离子蚀刻的方法来实现希望的效果。另外，对有源层的结构化不减少盖板的反射损失。
现有技术已知，在前文中描述的相同的构思可以用于改善玻璃板（即盖板）的光透射。这里，在WO 03/046617中公开的V形（G.A.Landis,21stIEEE photovoltaic specialist conference,1304-1307(1990)）或棱锥形结构被应用于玻璃板以减少所述板的反射损失并从而增加其透射。所述结构可通过例如浇注或压印被应用于玻璃板。然而，当使用板作为光伏装置的盖板时，根据模型研究（U.Blieske等,3rdWorld Conference on PhotovoltaicEnergy Conversion,188-191(2003)），所述装置的最大效率只能增加6％，其为近似30％的反射损失的降低。在实践中，结果更少，仅可获得3％。尽管所述结构减少了有源层一些反射损失，其主要减少盖板的反射损失。从而反射损失的总减少和光伏装置的效率的增加较低。
在文献FR 2916901和WO 2008/122047中公开了一种聚光器型结构。这些文献的截锥体光学结构用于将光聚焦在附接于截锥体光学结构的平坦顶部的太阳能电池上。
在文献FR 2915834中公开了用于纹理化太阳能面板的有源层的方法。在该方法中，在玻璃和有源层界面之间放置截锥体光学结构的层以纹理化有源层。
在文献FR 2916901、WO 2008/122047和FR 2915834的全部情况中，将太阳能电池附接于截锥体光学结构。这表示，截锥体光学结构与太阳能电池的有源层连接。
发明内容
本发明的目的为改善光伏装置的效率，并提供这样一种光伏装置，其中进一步减少反射损失、尤其是有源层的反射损失，而不降低装置的机械一体性也不降低其户外耐久性。
通过包括权利要求1的特征的光伏装置实现该目的。
光伏装置包括至少一个有源层和透明盖板，所述透明盖板在一侧包括几何光学浮雕结构的阵列，并且与所述光伏装置的至少一个有源层的光接收侧光学接触，从而光学浮雕结构包括基部和单个平坦顶部，其通过至少三个n边形表面连接，其中n等于或大于3。优选n等于或大于4。
光伏装置包括至少一个有源层和透明盖板，所述透明盖板在第一侧包括几何光学浮雕结构的阵列，并且在第二侧与所述光伏装置的至少一个有源层的光接收侧光学接触，从而光学浮雕结构包括基部和单个平坦顶部，其通过至少三个n边形表面连接，其中n等于或大于3。优选n等于或大于4。
盖板的第一侧和第二侧优选近似彼此平行，其中第一侧为第二侧的相对侧。
平坦顶部被定义为几何结构的上部区域。顶部为单个小平坦区域，其位于结构的一个或多个表面上。其位于其中穿过结构的表面、距离基部的法线的长度最长的位置。
几何结构的截锥部分优选为几何结构的平坦顶部。截锥部分或平坦顶部优选不与光伏装置的有源层直接接触。
尽管透明盖板可以仅包含一个单独的几何光学浮雕结构，但优选地，透明盖板包含几何光学浮雕结构的阵列。阵列可以理解为元件的集合或组，所述元件在该情况下为单独的光学浮雕结构，这些元件被彼此相邻地放置或成行成列地布置在一个基板上。优选阵列包含至少4个几何光学浮雕结构。
意外地，可以发现，包括光学浮雕结构的盖板减少了光伏装置的有源层的光接收表面的反射损失，其中所述盖板被置于与所述有源层的光接收侧光学接触。如果不满足该要求，通过所述板到所述有源层的透射减少为与未结构化的表面相比是相等的或降低的。
另外意外地发现，具有含平坦顶部的光学浮雕结构的盖板对于例如碰撞的机械应力的灵敏度减少。从而，盖板自身更加坚固，并相比于具有尖顶结构的盖板表现出更长的寿命。
优选，光学浮雕结构包括基部和单个平坦顶部，其通过至少三个n边形表面彼此连接，其中n等于或大于5。
优选光学浮雕结构的基部包括m边多边形形状，并且光学结构共包括至少m＋1个表面。
根据本发明的光学浮雕结构具有两个基本功能：
1.通过n边形基部进入结构的光至少部分地由所述结构的表面反射到其初始方向。
2.通过所述结构的表面进入结构的光至少部分地透射。
在本发明的优选实施例中，单个结构优选在除了顶部之外的所述结构包括的所有表面上都是会聚的。特征在于，在基部与任何表面之间的角度应等于或小于90°。
在本发明的优选实施例中，透明盖板包含几何光学浮雕结构的阵列，其中相邻的结构彼此邻接。所述结构可被放置为使得所有的结构的取向彼此是相同的、交替的或随机的。
当光学结构的n边形基部通过圆（其中多边形基部的边缘位于圆的圆周线上）来描述时，圆的直径D优选小于30mm、更优选小于10mm，最优选小于3mm。
结构的高度取决于基部的直径D并且优选在0.1*D和2*D之间。
在根据本发明的光伏装置的优选实施例中，光学浮雕结构的阵列的表面被覆盖有涂层。该涂层可以为防雾涂层、防污秽涂层、防刮擦涂层等。
在根据本发明的光伏装置的更优选的实施例中，涂层具有与光学浮雕结构不同的折射率，并且涂层的形状与几何光学浮雕结构的阵列互补，并且具有涂层的光伏装置具有均匀的非浮雕结构。例如，可以在高折射率材料中形成光学浮雕结构并以低折射率材料涂敷，从而使得在涂敷之后没有浮雕结构。换句话说，以低折射率材料填充高折射率光学浮雕结构。
包括光学浮雕结构的盖板可以由任何透明材料制成。透明材料应理解为在400－1200nm的范围内具有小于0.2mm-1的线性吸收的材料。优选光学浮雕结构由聚合材料制成。聚合材料的实例有聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯酰胺及其任意组合。聚合物优选通过UV吸收剂和/或受阻胺光稳定剂而被稳定化。
在另一个优选实施例中，光学浮雕结构由例如硅酸盐玻璃或石英玻璃的玻璃制成。
板的厚度优选小于30mm、更优选小于10mm，最优选小于3mm。
根据本发明的包括光学浮雕结构的盖板可通过本领域已知的工艺获得，所述工艺例如为注模、热砑光、激光构造、光刻方法、粉末压制、浇注、研磨或热压。
为了克服光伏装置的有源层的低光谱响应，尤其是对较低波长的低光谱响应，的影响，可以在有源层上或上方施加发光染料。所述发光染料通过将所述层未有效使用的波长转换为被更有效使用的波长而改善装置的光谱响应。染料的发光分子吸收短波长并再发射处于更长波长的光。
从而，本发明还涉及如初始描述的光伏装置，其中在包括光学浮雕结构的阵列的透明盖板中还含有发光染料。
然而，通过发光染料的发光分子发射的光的一部分可能不能由现有技术的光伏装置的有源层使用，因为其被引导离开有源层，或者因为它的高折射率而被所述层反射。从而，发光染料在实际中只能使现有技术的光伏装置的效率提高大约2％（H.J.Hovel et all,Solar energy materials,2,19-29(1979)）。
当结合根据本发明的光伏装置与现有技术已知的发光染料时，意外地获得协同效果，其中光伏装置的光谱响应的提高远超出简单地添加发光染料的发光分子的预期效果。
然而，应注意，当将发光分子添加到透明盖板时，所述板可能在400-1200nm之间的波长范围的至少部分中变得非透明。
当对根据本发明的包括光学浮雕结构的透明盖板添加发光分子时，光伏装置的光谱响应相比于非结构化的表面有所改善（见图2）。包括光学结构的透明盖板通过减少发光的反射损失并将从有源层发射离开的光重新引导回有源层而增加了在光伏装置的有源层的光接收表面处对发光分子所发射的光的吸收。发光分子优选被分布在板内部，其也可以位于在包含光学浮雕结构的阵列的透明盖板与光伏装置的有源层的光接收表面之间的分离层中。需要在包括光学浮雕结构的透明盖板和/或包含发光分子的层与光伏装置的有源层的光接收表面之间有光接触。
另外，根据本发明的光学结构的阵列可以减少要求的发光染料的浓度和层厚度。通过发光染料被转换为另一个波长的光的量与通过所述染料吸收的光的量相关，根据Lamber-Beer定律，通过所述染料吸收的光的量又与层厚度和染料浓度相关：
吸收量=ε*[C]*I (1)
ε=摩尔消光系数[L mol-1cm-1]
[C]=染料浓度[mol L-1]
I=层厚度[cm]。
为了确保吸收大部分入射光，从而优化地使用发光分子，ε、I或[C]必须较大。由于ε是染料的固有特性并且不能改变，并且由于发光染料具有对于诸如聚合物的基体材料的有限的溶解度从而[C]是有限的，因此需要具有厚的层（I）。由于要求的厚层和发光染料自身的高成本，这是较昂贵的。
从而，发光分子与根据本发明的光学结构阵列相结合的协同效果不限于增加输出。光学结构的阵列增加了入射光通过含发光染料的层的路径长度。从而，可以使用较低浓度的发光分子和较薄的层而不降低效率。
可以使用的发光分子例如可以是荧光的或磷光的，并且所述分子可以是下变频发光的和上变频发光的。优选的分子是荧光的并且可以例如是苝（perelyne）、香豆素、若丹明、萘二甲酰亚胺、苯并氧杂蒽（benzoxanthene）,吖啶、金胺、苯并蒽酮、青蓝、芪均二苯代乙烯、红荧烯、萤光素或其衍生物中的任一个。
含发光分子的发光染料从而优选为有机染料。发光染料然而也可以为无机染料。
优选发光染料用作UV吸收剂以稳定化制造透明盖板的聚合物。
发光染料可包括若干发光染料的混合物。发光染料的浓度优选位于0.001和50克染料每m2盖板表面及每mm盖板厚度之间。
是否实现光学接触取决于连接包括光学浮雕结构阵列的透明板与光伏装置的单个或多个介质的折射率。如在所述元件之间不存在介质，则光学接触根据定义是实现的。在所有其它情况中，当元件之间的单个或多个介质的折射率平均至少为1.2时，则实现光学接触。更优选的是，单个或多个介质的折射率平均至少为1.3，更优选介质的折射率为至少1.4。为了确定介质的折射率，应使用Abbe折射计。
例如，在包括光学结构阵列的透明盖板由n=1.5的聚甲基丙烯酸甲酯制成（其中n为折射率），光伏装置的有源层由n=3.8的硅制成（其中n为折射率），并且这两个元件之间的介质为n=1的空气（其中n为折射率）的情况下，未实现光学接触。
在包括光学结构阵列的透明盖板由n=1.5的聚甲基丙烯酸甲酯制成（其中n为折射率），光伏装置的有源层由n=3.8的硅制成（其中n为折射率），并且介质为具有n=1.5的折射率的粘合剂（其中n为折射率）的情况下，实现光学接触。
是否实现光学接触与在透明盖板和/或包括发光分子的层与光伏装置的有源层的光接收表面之间的距离无关。
本发明涉及一种光伏装置，所述光伏装置包括至少一个有源层和透明盖板，所述透明盖板在至少一侧包括几何光学浮雕结构的阵列、并且与所述光伏装置的至少一个有源层的光接收侧光学接触，从而光学浮雕结构包括基部和单个平坦顶部，其通过至少三个n边形表面连接，其中n等于或大于3。根据本发明，另外用于与光伏装置结合使用的在至少一侧包括几何光学浮雕结构的阵列的板也落入本发明的范围内。
附图说明
通过下面的附图进一步描述本发明。
图1示意示出了包括基部和平坦顶部的光学结构，其中所述基部和平坦顶部通过至少三个n边形表面连接，其中n等于或大于三。
具体实施方式
如图1所示，结构呈现平坦顶部，从而该平坦顶部的尺寸是可变的。平坦顶部的表面的尺寸可以为1微米至10mm，优选10微米至5mm，最优选为100微米至1mm。优选的是，平坦顶部表面中的全部点相对于结构的基部具有相同的距离。另外，平坦顶部（平坦区域）的表面位于当在垂直于基部的直线中测量时到基部的距离最长的位置。这表示，构成平坦顶部的表面的全部点位于当在垂直于基部的直线中测量时到基部的距离最长的位置。
Claims (13)
1.一种光伏装置，包括至少一个有源层，以及透明盖板，所述透明盖板在第一侧包括几何光学浮雕结构的阵列，并且在第二侧与所述光伏装置的至少一个有源层的光接收侧光学接触，其特征在于，所述几何光学浮雕结构包括基部和单个平坦顶部，它们通过至少三个n边形表面连接，其中n等于或大于5，在基部与几何光学浮雕结构的任何表面之间的角度等于或小于90°。
2.根据权利要求1的光伏装置，其特征在于，所述几何光学浮雕结构的基部为m边形形状，并且所述几何光学浮雕结构包括至少m+1个表面。
3.根据权利要求1或权利要求2的光伏装置，其特征在于，所述透明盖板包含几何光学浮雕结构的阵列，其中相邻的结构彼此邻接。
4.根据权利要求1或权利要求2的光伏装置，其特征在于，所述透明盖板包含几何光学浮雕结构的阵列，其中所述几何光学浮雕结构具有相对于彼此的相同的取向、交替取向或随机取向。
5.根据权利要求1或权利要求2的光伏装置，其特征在于，所述几何光学浮雕结构的阵列的表面被覆盖有涂层。
6.根据权利要求5的光伏装置，其特征在于，所述涂层具有与所述几何光学浮雕结构不同的折射率，并且所述涂层的形状与所述几何光学浮雕结构的阵列互补，并且具有涂层的光伏装置具有均匀的非浮雕结构。
7.根据权利要求2的光伏装置，其特征在于，在一侧包含几何光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板由玻璃或聚合物材料制成。
8.根据权利要求7的光伏装置，其特征在于，所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
9.根据权利要求7或权利要求8的光伏装置，其特征在于，所述聚合物通过UV吸收剂和/或受阻胺光稳定剂而被稳定化。
10.根据权利要求1或权利要求2的光伏装置，其特征在于，在包括几何光学浮雕结构的阵列的透明盖板中含有发光染料。
11.根据权利要求1或权利要求2的光伏装置，其特征在于，在包含几何光学浮雕结构的阵列的透明盖板与光伏装置的有源层的光接收表面之间的层中含有发光染料。
12.根据权利要求11的光伏装置，其特征在于，所述发光染料是有机染料或无机染料。
13.根据权利要求12的光伏装置，其特征在于，当在至少一侧包含几何光学浮雕结构的阵列的所述透明盖板由聚合物材料制成时，所述发光染料用作UV吸收剂以稳定化所述聚合物。
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Citations (2)
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