CN102769062B - 太阳能电池组件、太阳能电池片的上转换件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能电池组件、太阳能电池片的上转换件及其制备方法。太阳能电池片的上转换件包括透明玻璃基体和分散在所述透明玻璃基体中的荧光粉体，其中所述透明玻璃基体具有凸起的上表面。根据本发明的上转换件，由于上转换件具有凸起的上表面，提高了表面积，增加了受光面积，从而可以提高照射至太阳能电池片上表面的太阳光的总量，在太阳光照射下能够实现汇聚多个低能量的光子使其转化成一个高能量的光子，并且由于具有凸起的上表面，可以显著减少照射至上转换件上表面的太阳光的镜面反射量、提高折射量，因此能够提高太阳能电池片的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池组件、太阳能电池片的上转换件及其制备方法。
背景技术
太阳能作为可以解决化石燃料枯竭和地球环境问题的绿色能源越来越受到关注。利用光伏效应将太阳能转换成电能的太阳能电池是当前合理利用太阳能的重要装置之一。然而，目前所广泛使用的硅基太阳能电池其光电转换效率理论最大值仅30％，实际转换效率约15～18％。
通常情况下，到达地面的太阳能光谱的波长覆盖200～2500nm。然而，传统太阳能电池技术多以硅基材料为主体，因此只能有效地吸收300～1000nm太阳光，而对于1100nm以上的太阳光不能被吸收利用。也就是说，太阳电池片不能有效地利用长波长的红外光。如何更充分、更合理的吸收太阳光，提高硅基太阳能电池的光电转换效率是当前广泛关注的焦点问题之一。
为此，人们使用上转换荧光材料简单地涂覆在太阳能电池片上以形成转化层，然而由于印刷致密性低、涂料的遮挡，大大降低了转化层的透光率。此外，该转化层还存在不便于使用、寿命低的问题。并且，对于上转换发光材料而言，由于需要多个低能量的光子才能转化成一个高能量的光子，因此特定波长的激发光必须要达到一定的强度阈值才能形成有效的上转换，而这种涂覆形成的转化层在太阳光照射下难以实现，因此导致现有的转化层的上转换效率很低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种能够提高太阳光的吸收率、有利于提高硅基太阳能电池的光电转换效率、且使用寿命高的太阳能电池片的上转换件。
本发明的另一个目的在于提出一种太阳能电池片的上转换件的制备方法。
本发明的再一个目的在于提出一种太阳能电池组件。
根据本发明实施例的太阳能电池片的上转换件，包括透明玻璃基体和分散在所述透明玻璃基体中的荧光粉体，其中所述透明玻璃基体具有凸起的上表面。
根据本发明实施例的上转换件，由于采用透明玻璃基体因此其透光性得到显著提高，同时也便于运输和安装、易于使用且寿命得到明显提高。此外，由于上转换件具有凸起的上表面，相比于平面状的太阳能电池片的上表面而言，提高了表面积，也就是说增加了受光面积，从而可以提高照射至太阳能电池片上表面的太阳光的总量，从而在太阳光照射下相比于传统的涂覆在太阳能电池片上(即平面形状)的上转化层而言能够实现汇聚多个低能量的光子使其转化成一个高能量的光子。另外，由于具有凸起的上表面，从而可以显著减少照射至上转换件上表面的太阳光的镜面反射量、提高折射量，因此可以提高太阳能电池片的光电转换效率。
另外，根据本发明上述实施例的太阳能电池片的上转换件的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些示例中，所述透明玻璃基体为一体形成。
可选地，所述透明玻璃基体的上表面为拱形面。
优选地，所述上转换件的拱形面的焦点位于所述上转换件的下表面上。
根据本发明的一些实施例，所述透明玻璃基体由无机硅酸盐玻璃材料或有机玻璃材料形成，所述有机玻璃材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例，所述荧光粉体为选自稀土氟化物粉体、稀土氧化物粉体、稀土硫化物粉体中的一种或多种。
可选地，所述荧光粉体的粒径为300～1100nm。
根据本发明的一些实施例，所述荧光粉体的表面形成有透明散射膜层。
可选地，所述透明散射膜层为透明氧化硅膜层、透明氧化铝膜层、透明氧化钛膜层、透明氧化锆膜层中的一种或多种。
根据本发明的一些实施例，所述荧光粉体与所述玻璃料的重量比为1：100～200。
此外，为了实现上述目的，根据本发明第二方面实施例的太阳能电池片的上转换件的制备方法，包括以下步骤：将荧光粉体与玻璃料混合均匀后注入模具以制成具有凸起的上表面的太阳能电池片的上转换件。
根据本发明的一些实施例，在将所述荧光粉体与所述玻璃料混合之前在所述荧光粉体的表面包覆透明散射膜层。
根据本发明的一些实施例，在所述荧光粉体的表面包覆透明散射膜层包括：将所述荧光粉体材料浸渍在正硅酸乙酯、钛酸丁酯、异丙醇铝或锆酸乙酯的溶胶中浸泡，取出后干燥。
此外，为了实现上述目的，根据本发明第三方面实施例的太阳能电池组件，包括：太阳能电池片；和太阳能电池片的上转换件，太阳能电池片的上转换件设置在所述太阳能电池片上表面上且所述太阳能电池片的上转换件的下表面与所述太阳能电池片的上表面相连，所述太阳能电池片的上转换件为上述任一实施例所述的太阳能电池片的上转换件。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的太阳能电池组件的结构示意图；和
图2是在正常太阳光照下太阳能电池组件的波长与外量子效率的关系：●表示根据本发明实施例1的太阳能电池组件；▲表示根据比较例1的太阳能电池组件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要理解的是，在本发明的描述中，“上转换件”是指具有能将红外光转换为可见光功能的部件。
下面参考图1～图2描述根据本发明实施例的太阳能电池片的上转换件、太阳能电池片的上转换件的制备方法、以及太阳能电池组件。
如图1所示，根据本发明实施例的太阳能电池组件包括太阳能电池片20和设置在太阳能电池片20的上表面上的上转换件10，且上转换件10的下表面与太阳能电池片20的上表面相连。
其中，上转换件10包括透明玻璃基体11和分散在透明玻璃基体11中的荧光粉体12，透明玻璃基体11具有凸起的上表面。
需要理解的是，图1中示出了透明玻璃基体11为一体形成的情形，但本发明并不限于此，例如还可以由平板状玻璃基体与位于上方的凸透镜通过组合的方式形成。
根据本发明实施例的上转换件10，由于采用透明玻璃基体11因此其透光性得到显著提高，且由于上转换件10为用于封装电池片的单独部件，其同样便于运输和安装、易于使用、且寿命得到明显提高。此外，由于上转换件10具有凸起的上表面，相比于平面状的太阳能电池片的上表面而言，提高了表面积，也就是说增加了受光面积，从而可以提高照射至太阳能电池片上表面的太阳光的总量，从而在太阳光照射下相比于现有的平面形状的上转化层而言能够实现汇聚多个低能量的光子使其转化成一个高能量的光子。另外，由于具有凸起的上表面，从而可以显著减少照射至上转换件10上表面的太阳光的镜面反射量、提高折射量，因此可以提高太阳能电池片的光电转换效率。
可选地，透明玻璃基体10的上表面为拱形面。其中，所述拱形面的曲率半径可以根据太阳能电池片20的尺寸来设定。在本发明的一个优选示例中，将所述拱形面的曲率半径设定为使拱形面的焦点大体位于上转换件10的下表面(换句话说，也就是使拱形面的焦点大体位于太阳能电池片20的上表面)，由此可使得更多的光导入透明玻璃基体10内，保证了更多的近红外光被荧光材料颗粒所吸收进而转换成可见光，这些可见光可穿过透明玻璃基体10而到达太阳能电池片20上为太阳能电池片20所利用，因此，提高了太阳能电池片20的转换效率。
关于上转换件中所使用的荧光粉体12没有特殊的限制，可以采用常见的上转换用荧光粉体，例如，可以为选自稀土氟化物粉体、稀土氧化物粉体、稀土硫化物粉体中的一种或多种。
关于所述透明玻璃基体没有特殊限制，例如可以由无机硅酸盐玻璃材料或有机玻璃材料形成。作为有机玻璃，可以选用聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
关于荧光粉体12的粒径没有特殊的限制，但是考虑到荧光粉体12的粒径如果过大则影响透明玻璃基体11的透光率，如果过小则影响光电转换效率，从保证透明玻璃基体11的透光率和荧光粉体12的转换效率出发，荧光粉体12的粒径优选为300～1100nm。
为了提高照射到荧光粉体12表面的太阳光中的可见光部分的散射率从而提高可见光从上转换件10的通过率，在本发明的一些实施例中，荧光粉体12的表面形成有透明散射膜层。作为透明散射膜层可以是透明氧化硅膜层、透明氧化铝膜层、透明氧化钛膜层、透明氧化锆膜层中的一种或多种。
从太阳光的通过率和上转换件10的转化率两方面考虑，荧光粉体11与透明玻璃基体的重量比为1：100～200。
下面描述根据本发明的上转换件10的制备方法。
根据本发明实施例的上转换件10的制备方法包括：将荧光粉体与玻璃料混合均匀后注入模具，冷却后制成具有凸起的上表面的太阳能电池片的上转换件10。
需要说明的是，在选用无机玻璃材料形成透明玻璃基体11的情况下，所述玻璃料既可以使用溶胶(例如水玻璃等)也可以使用玻璃粉体，当使用溶胶时在将荧光粉体11与玻璃料混合后注入模具进行水解、干燥即可，当使用玻璃粉体时在将荧光粉体11与玻璃料混合后只需加热成熔体后注入模具通过冷却成型即可。在选用有机玻璃材料形成透明玻璃基体11的情况下，只需将荧光粉体11与有机玻璃材料(即聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种)混合后注入模具使固化即可。
另外，需要理解的是，通过使用具有弧状内表面的模具可以一体形成具有凸起的上表面的上转换件10，而如果采用模腔为平板状的模具的情况下，只需在该平板状的材料上侧设置一个凸透镜材料即可得到上转换件10。
在本发明的一些具体示例中，在将荧光粉体与玻璃料混合之前在所述荧光粉体的表面包覆透明散射膜层。作为在所述荧光粉体的表面包覆透明散射膜层的方法没有特殊限制，例如，可以将所述荧光粉体浸渍在正硅酸乙酯、钛酸丁酯、异丙醇铝或锆酸乙酯的溶胶中浸泡，取出后干燥。需要理解的是，上述描述中的干燥即可以在常温下自然干燥，也可以在适当的温度下通过烘来实现。
下面以125mm×125mm的单片太阳能电池片为例，结合具体实施例详细描述根据本发明的上转换件的制备方法。
实施例1
Ⅰ)原材料
荧光粉体：商业用呈现粉末态物质NaYF4：Er
透明散射膜层原材料：正硅酸乙酯
玻璃料：硅酸盐玻璃粉体
Ⅱ)制备上转换件
首先，取10g的NaYF4：Er粉体，将其在正硅酸乙酯的水溶液中浸泡2小时，取出后烘干，从而得到表面覆盖有透明二氧化硅薄膜的NaYF4：Er粉体。
此后，将上述粉体与1kg硅酸盐玻璃粉体材料混合均匀，并在450摄氏度以上的高温下将其熔化，此后倒入模具，冷却后切割成125mm×125mm小块。该模具具有曲率半径为35～40mm的圆弧状的内表面，且最大深度为20mm。
Ⅲ)制备太阳能电池组件
将上述得到的上转换件通过公知的手段封装在单片太阳能电池片上，并使上转换件的下表面与太阳能电池片的上表面相连，制得太阳能电池组件。
比较例1
此外，为了比较根据上述实施例1得到的上转换件对于提高转化率的效果，还同时制备了具有平面状上表面的上转换件。除了所使用的模具为具有平面状内表面的模具(以制备平板状的上转换件)之外，以与实施例1相同的材料、比例和方法分别制备了上转换件和太阳能电池组件。
此后，通过本领域普通技术人员所常用的方法对实施例1和比较例1得到的太阳能电池组件在太阳光照射下的外量子效率随波长的变化情况进行了测试，其结果示于图2，其中，“●”表示根据本发明实施例1的太阳能电池组件；“▲”表示根据比较例1的太阳能电池组件。
如图2所示，根据本发明实施例1的太阳能电池组件在整个波长范围内的外量子效率均高于比较例1的太阳能电池组件，尤其在波长900nm～1200nm范围内该效果尤其显著，约高出比较例1的10％以上。通过计算可知，根据本发明实施例的太阳能电池组件的绝对电池效率提高了0.6～1.2％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种太阳能电池片的上转换件，其特征在于，包括透明玻璃基体和分散在所述透明玻璃基体中的荧光粉体，其中，所述透明玻璃基体的上表面为拱形面，所述拱形面的焦点位于所述上转换件的下表面上，所述透明玻璃基体一体形成，所述上转换件的上表面的曲率半径为35～40mm，且所述上转换件的上表面距离下表面的最大深度为20mm，
其中，
所述透明玻璃基体由硅酸盐玻璃粉体形成，
所述荧光粉体为NaYF4：Er粉体，
所述荧光粉体的表面形成有透明散射膜层，所述透明散射膜层为由正硅酸乙酯形成的二氧化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片的上转换件，其特征在于，所述荧光粉体的粒径为300～1100nm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池片的上转换件，其特征在于，所述荧光粉体与所述透明玻璃基体的重量比为1：100～200。
4.一种太阳能电池片的上转换件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将荧光粉体与玻璃料混合均匀后注入模具，冷却后制成具有凸起的上表面的太阳能电池片的上转换件，所述上表面为拱形面，所述拱形面的焦点位于所述上转换件的下表面上，所述上转换件的上表面的曲率半径为35～40mm，且所述上转换件的上表面距离下表面的最大深度为20mm，
在将所述荧光粉体与所述玻璃料混合之前在所述荧光粉体的表面包覆透明散射膜层，
其中，
在所述荧光粉体的表面包覆透明散射膜层包括：将所述荧光粉体浸渍在正硅酸乙酯的溶胶中浸泡，取出后干燥，
所述玻璃料为硅酸盐玻璃粉体，
所述荧光粉体为NaYF4：Er粉体。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池片的上转换件的制备方法，其特征在于，所述荧光粉体的粒径为300～1100nm。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池片的上转换件的制备方法，其特征在于，所述荧光粉体与所述玻璃料的重量比为1：100～200。
7.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：
太阳能电池片；和
上转换件，所述上转换件设置在所述太阳能电池片的上表面上且所述上转换件的下表面与所述太阳能电池片的上表面相连，所述上转换件为权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池片的上转换件。
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