CN103137612A - 太阳能电池组及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池组，其包括：堆叠设置的至少两个太阳能电池；相邻的太阳能电池之间设有透光黏合材料层，透光黏合材料层将相邻两个太阳能电池粘连在一起，被透光黏合材料层粘连的两个太阳能电池是彼此绝缘的。太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间是相互独立的，不存在电流不匹配或晶格不匹配的问题，而且各个太阳能电池吸收层的光电转换效率可以实现最大化，提高了太阳能电池组的光电转换效率。另外，本发明还提供了一种制作上述太阳能电池组的方法，该方法中各个太阳能电池可以独立制作，便于根据需求灵活调整各个太阳能电池的特性，还可实现太阳能电池的批量生产，减少了太阳能电池组的生产周期、降低了生产成本。

Description

太阳能电池组及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池组及其制作方法。

背景技术

能源是人类社会发展的动力，是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。目前广泛使用的常规能源(主要是煤、石油、天然气等化石能源)有限，且多年过度的开发利用已造成严重的环境问题，制约着经济和社会的发展。因此，开发可再生能源是关系到国家可持续发展战略的关键问题之一。在各种可再生能源中，太阳能光伏发电技术是近年来太阳能利用领域中发展最快、最前沿的研究领域。

串叠式太阳能电池是第三代太阳能电池发展的一个新阶段。图1是一种传统串叠式太阳能电池结构的剖视图，如图1所示，串叠式太阳能电池1从上到下依次包括基板2、第一透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide)层3、多个(两个或两个以上)吸收层(每个吸收层可视作一个太阳能电池)4、第二透明导电氧化物层5、背金属层6。

太阳光从基板2一侧(图中上侧)入射后，吸收层4能吸收一部分光并将其转换为电，入射光中没有被吸收层4吸收的光被背金属层6反射回吸收层4内，并再次被吸收层4吸收从而转换为电，太阳能电池1中产生的电经第一透明导电氧化物层3、第二透明导电氧化物层5导出。

吸收层4是由能实现光电转换功能的半导体材料薄膜构成，如CdTe(碲化镉)薄膜、CIGS(CuInGaSe，铜铟镓硒)薄膜、单晶硅薄膜、多晶硅薄膜、微晶硅薄膜、染料敏化薄膜、GaAs(砷化镓)薄膜、Ge薄膜、GaInP薄膜等等。每个吸收层4能吸收太阳光谱中某一段波长的光，多个吸收层4则能同时吸收太阳光谱中多段波长的光，提高了太阳光的利用率，进而提高了太阳能电池的光电转换效率。另外，吸收层4只能吸收光子能量比它的禁带宽度大的光子，且只将所吸收光子中等于其禁带宽度的那部分能量转化为电能，光子的多余能量被转化为热能，所述热能会增加太阳能电池的温度，以致降低太阳能电池的工作效率。由于串叠式太阳能电池1的吸收层4是按照禁带宽度逐渐减小(沿基板2至背金属层6方向)的方式排列，这样能量较高的光子就能被位于上层(靠近基板2)的禁带宽度较大的吸收层4吸收，被吸收的光子没有或只有较少的剩余能量被转换为热能，降低了整个串叠式太阳能电池的工作温度，提高了串叠式太阳能电池的工作性能。

虽然上述串叠式太阳能电池结构提高了光电转换效率，然而相邻吸收层之间会存在电流不匹配或晶格不匹配的问题，而串叠式太阳能电池的工作电流是由电流最小的吸收层决定的，因此，这种太阳能电池结构的工作效率较低。为了使相邻吸收层的电流相近甚至相同，现有技术中的做法是牺牲吸收层的光电转换效率以改善电流或晶格不匹配的问题。这种做法的后果是太阳能电池中吸收层不能实现最大化的光电转换效率，进而不能进一步提高太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种太阳能电池组及其制作方法，太阳能电池组中各个太阳能电池吸收层在实现最大化光电转换效率的同时，不会产生电流不匹配或晶格不匹配的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种太阳能电池组，其包括：

堆叠设置的至少两个太阳能电池；

相邻的太阳能电池之间设有透光黏合材料层，所述透光黏合材料层将相邻两个太阳能电池粘连在一起，被透光黏合材料层粘连的两个太阳能电池是彼此绝缘的。

可选的，所述透光黏合材料层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂。

可选的，所述透光黏合材料层包括适于将红外线转换为可见光的光转换材料，所述光转换材料掺杂在所述透光黏合材料层中，或所述光转换材料形成在所述透光黏合材料层表面。

可选的，所述光转换材料包括含氟化合物材料体系、含卤化合物材料体系、含硫化合物材料体系、氧化物材料体系中的至少一种及稀土元素离子。

可选的，所述稀土元素离子包括Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Er³⁺中的至少一种。

可选的，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、CIGS太阳能电池、CdTe太阳能电池、GaAs太阳能电池、染料敏化太阳能电池中的任一种。

可选的，所述太阳能电池形成在基板上并包括适于将光转化为电的吸收层，沿基板至太阳能电池方向，所述至少两个太阳能电池按照吸收层禁带宽度逐渐减小的方式堆叠。

为解决上述问题，本发明还提供了一种上述太阳能电池组的制作方法，其包括以下步骤：

至少形成两个独立的太阳能电池；

利用透光黏合材料层将两个太阳能电池粘连并堆叠在一起，且所述透光黏合材料层将被粘连的两个太阳能电池彼此绝缘。

可选的，所述透光黏合材料层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂。

可选的，所述透光黏合材料层包括适于将红外线转换为可见光的光转换材料，所述光转换材料掺杂在所述透光黏合材料层中，或所述光转换材料形成在所述透光黏合材料层表面。

可选的，所述光转换材料包括含氟化合物材料体系、含卤化合物材料体系、含硫化合物材料体系、氧化物材料体系中的至少一种及稀土元素离子。

可选的，所述稀土元素离子包括Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Er³⁺中的至少一种。

可选的，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、CIGS太阳能电池、CdTe太阳能电池、GaAs太阳能电池、染料敏化太阳能电池中任一种。

可选的，所述太阳能电池形成在基板上并包括适于将光转化为电的吸收层，沿基板至太阳能电池方向，所述至少两个太阳能电池按照吸收层禁带宽度逐渐减小的方式堆叠。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间是相互独立的，不存在电流不匹配或晶格不匹配的问题，而且各个太阳能电池吸收层的光电转换效率可以实现最大化，提高了太阳能电池组的光电转换效率。

二、采用串叠式太阳能电池的结构将多个太阳能电池堆叠，提高太阳光利用率的同时，被太阳能电池吸收层吸收的光子没有或只有较少的剩余能量被转换为热能，提高了太阳能电池组的工作性能。

三、太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间设有能将红外线转换为可见光的光转换材料，提高了太阳光的利用率，进而提高了太阳能电池组的光电转换效率。

四、太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间通过透光黏合材料层连接在一起，因此，各个太阳能电池可以独立制作，便于根据需求灵活调整各个太阳能电池的特性，还可实现太阳能电池的批量生产，减少了太阳能电池组的生产周期、降低了生产成本；相邻太阳能电池之间的光转换材料可以根据太阳能电池吸收层禁带宽度的大小灵活选择所需转换的波长，进而能形成多种规格的太阳能电池组。

附图说明

图1是一种传统串叠式太阳能电池结构的剖视图。

图2是本发明的太阳能电池组实施例中太阳能电池组结构的剖视图。

具体实施方式

本发明要解决的问题是提供一种太阳能电池组及其制作方法，太阳能电池组中各个太阳能电池吸收层在实现最大化光电转换效率的同时，不会产生电流不匹配或晶格不匹配的问题。

为解决上述问题，本发明在太阳能电池组的相邻太阳能电池之间设置透光黏合材料层，透光黏合材料层将被它粘连的两个太阳能电池彼此绝缘，使太阳能电池之间相互独立(这里的独立是指相邻两太阳能电池之间不能进行任何电导通，即太阳能电池各自设有单独的电路以将自身产生的电导出)，不会出现相邻太阳能电池吸收层之间电流不匹配或晶格不匹配的问题；透光黏合材料层将太阳能电池粘连在一起，使太阳能电池组具有串叠式太阳能电池结构，从而具备串叠式太阳能电池的光电转换效率高、工作性能好等优点；进一步地，透光黏合材料层中包括能将红外线转换为可见光的光转换材料，使之能充分利用太阳光，提高了太阳能电池组的光电转换效率。

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。

如图2所示，本发明中太阳能电池组10形成在基板11上。基板11可以是硬性基板，如玻璃或石英等，还可以是柔性基板，如塑料、金属、不锈钢等。利用硬性基板可形成硬性太阳能电池，利用柔性基板可形成柔性太阳能电池。因此，可根据太阳能电池组10的应用场合选择合适的基板材料。

基板11上设有堆叠的太阳能电池12，其数量至少为两个，分别为12a、12b。太阳能电池12是太阳能电池领域中被大家所熟知的太阳能电池种类，如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、CIGS太阳能电池、CdTe太阳能电池、GaAs太阳能电池、染料敏化太阳能电池等等。

每个太阳能电池12，如本实施例中的太阳能电池12a或太阳能电池12b可由以下结构构成，包括：第一透明导电氧化物层13(靠近基板11)、第二透明导电氧化物层15、位于第一透明导电氧化物层13与第二透明导电氧化物层15之间的吸收层14、位于第二透明导电氧化物层15一侧(远离基板11的一侧)的背金属层16。入射光从基板11一侧(图2中上侧)入射，经第一透明导电氧化物层13达到吸收层14，并被吸收层14吸收，使光转换为电。没有被吸收层14吸收的光达到背金属层16，并被背金属层16反射至吸收层14中使光能再次被吸收。太阳能电池12产生的电可从第一透明导电氧化物层13、第二透明导电氧化物层15导出。

第一透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)层13、第二透明导电氧化物层15的材质可以是PbO₂，CdO，Tl₂O₃，Ga₂O₃，ZnPb₂O₆，CdIn₂O₄，MgIn₂O₄，ZnGaO₄，AgSbO₃，CuAlO₂，CuGaO₂，CdO-GeO₂等氧化物，它的材质还可以是AZO(ZnO:Al)，GZO(ZnO:Ga)，GAZO(ZnO:Ga，Al)，ATO(SnO₂:Sb)，FTO(SnO₂:F)，ITO(In₂O₃:Sn)，BZO(BaO:Zr)等混合物。

吸收层14由能实现光电转换功能的半导体材料薄膜构成，如CdTe(碲化镉)薄膜、CIGS(CuInGaSe，铜铟镓硒)薄膜、单晶硅薄膜、多晶硅薄膜、微晶硅薄膜、染料敏化薄膜、GaAs(砷化镓)薄膜、Ge薄膜、GaInP薄膜等等。

背金属层16的材质可为Al，Ag，Ti，Cu等等。

多个(两个及两个以上)堆叠的太阳能电池12中，相邻的两个太阳能电池12a、12b之间设有具有透光功能的透光黏合材料层17。透光黏合材料层17将相邻两个太阳能电池12a、12b粘连在一起，被透光黏合材料层17粘连的两个太阳能电池12a、12b是彼此绝缘(指相邻两太阳能电池之间不能进行任何电导通，即太阳能电池各自设有单独的电路以将自身产生的电导出)的。因此，相邻两太阳能电池12a、12b是相互独立的，相邻太阳能电池吸收层14之间不存在电流不匹配或晶格不匹配的问题。由于相邻太阳能电池吸收层14之间不会存在电流不匹配或晶格不匹配的问题，不必牺牲太阳能电池吸收层14的光电转换效率，因此每个太阳能电池吸收层14的光电转换效率可实现最大化，提高了太阳能电池组10的光电转换效率。

在本实施例中，多个太阳能电池12的吸收层14的禁带宽度不相同，以吸收太阳光谱中多段波长的太阳光，提高太阳光的利用率，进而提高太阳能电池组10的光电转换效率。

沿基板11至太阳能电池12方向(即光的入射方向)，太阳能电池吸收层14的禁带宽度逐渐减小，即，太阳能电池12a吸收层14的禁带宽度比太阳能电池12b吸收层14的禁带宽度大。当入射光的光子能量小于太阳能电池12a吸收层14的禁带宽度并大于太阳能电池12b吸收层14的禁带宽度时，这部分入射光经过太阳能电池12a吸收层14时不能被吸收，当经过太阳能电池12b吸收层14时能被吸收并被转化为电。太阳能电池组10中的吸收层14按照上述方式排列时，能量较高的光子可被位于上层(靠近基板11)的禁带宽度较大的吸收层14吸收，被吸收的光子没有或只有较少的剩余能量被转换为热能，提高了太阳能电池组10的工作性能。

由上述可知，本发明的太阳能电池组10中透光黏合材料层17需具备黏合、透光、绝缘等功能，具备此功能的透光黏合材料层17的材质可为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环氧树脂。

现有太阳能电池12只能吸收太阳光谱中部分波长的光(包括可见光)，如微晶硅太阳能电池只能吸收波长位于400nm～1100nm的光，非晶硅太阳能电池只能吸收波长小于700nm的光，因此还有很大一部分太阳光不能被太阳能电池利用，如红外线(波长位于0.75μm～1000μm，1μm＝1000nm)。为了能提高太阳能电池组10的光电转换效率，可在太阳能电池组10的透光黏合材料层17中设置可将红外线转换为可见光的光转换材料。可见光的波长为390nm～750nm，现有很多太阳能电池12都能吸收这部分太阳光，从而使本发明中的太阳能电池组10能对这部分光加以利用。

可对光转换材料的材质进行设置，使光转换材料能将红外线转换为所需波长的可见光。优选的，使所述转换后的可见光的光子能量位于相邻两太阳能电池吸收层14的禁带宽度之间。光转换材料可掺杂在透光黏合材料层17中，也可形成在透光黏合材料层17的表面。当光从基板11的一侧(图2中上侧)入射后，相邻太阳能电池12之间的透光黏合材料层17上的光转换材料将部分红外线转换为可见光，以使远离基板11的太阳能电池12能吸收转化后的可见光，提高了太阳光的利用率。当光转换材料形成在透光黏合材料层17的表面时，其形成方法可以是化学气相沉积工艺、溅射工艺等。

在本实施例中，光转换材料可包括含氟化合物材料体系(如Cs₂GeF₆、CdF₂、K₂YF₅)、含卤化合物材料体系(如Cs₃Lu₂Br₉)、含硫化合物材料体系(如La₂S₃)、氧化物材料体系(如Y₃Al₅O₁₂、LiNbO₃ LiTaO₃)中的至少一种及稀土元素离子，稀土元素离子包括Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Er³⁺中的至少一种。

此外，本发明还提供了一种制作上述太阳能电池组的制作方法，所述方法包括以下步骤：

S1：至少形成两个独立的太阳能电池；

S2：利用具有透光功能的透光黏合材料层将两个太阳能电池粘连并堆叠在一起，且所述透光黏合材料层将被粘连的两个太阳能电池彼此绝缘。

如图2所示，利用常规的太阳能电池制作工艺至少形成两个独立的太阳能电池12a、12b。太阳能电池12a、12b可为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、CIGS太阳能电池、CdTe太阳能电池、GaAs太阳能电池、染料敏化太阳能电池中的任一种。由于各个太阳能电池12可以独立制作，便于根据需求灵活调整各个太阳能电池12的特性，还可实现太阳能电池12的批量生产，减少了太阳能电池组10的生产周期、降低了生产成本。

利用具有透光功能的透光黏合材料层17将两个太阳能电池12粘连并堆叠在一起，且透光黏合材料层17将被粘连的两个太阳能电池12彼此绝缘。堆叠后的太阳能电池设置在基板11上。透光黏合材料层17的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂。

如前所述，为了充分利用太阳光，太阳能电池组10的透光黏合材料层17中可设有适于将红外线转换为可见光的光转换材料。光转换材料可掺杂在透光黏合材料层17中，也可形成在透光黏合材料层17的表面。当其形成在透光黏合材料层17的表面时，可利用化学气相沉积工艺、溅射工艺形成。光转换材料包括含氟化合物材料体系、含卤化合物材料体系、含硫化合物材料体系、氧化物材料体系中的至少一种及稀土元素离子。稀土元素离子包括Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Er³⁺中的至少一种。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间是相互独立的，不存在电流不匹配或晶格不匹配的问题，而且各个太阳能电池吸收层的光电转换效率可以实现最大化，提高了太阳能电池组的光电转换效率。

二、采用串叠式太阳能电池的结构将多个太阳能电池堆叠，提高太阳光利用率的同时，被太阳能电池吸收层吸收的光子没有或只有较少的剩余能量被转换为热能，提高了太阳能电池组的工作性能。

三、太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间设有能将红外线转换为可见光的光转换材料，提高了太阳光的利用率，进而提高了太阳能电池组的光电转换效率。

四、太阳能电池组结构中各个太阳能电池之间通过透光黏合材料层连接在一起，因此，各个太阳能电池可以独立制作，便于根据需求灵活调整各个太阳能电池的特性，还可实现太阳能电池的批量生产，减少了太阳能电池组的生产周期、降低了生产成本；相邻太阳能电池之间的光转换材料可以根据太阳能电池吸收层禁带宽度的大小灵活选择所需转换的波长，进而能形成多种规格的太阳能电池组。

上述通过实施例的说明，应能使本领域专业技术人员更好地理解本发明，并能够再现和使用本发明。本领域的专业技术人员根据本文中所述的原理可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下对上述实施例作各种变更和修改是显而易见的。因此，本发明不应被理解为限制于本文所示的上述实施例，其保护范围应由所附的权利要求书来界定。

Claims (14)

1.一种太阳能电池组，其特征在于，包括：

堆叠设置的至少两个太阳能电池；

相邻的太阳能电池之间设有透光黏合材料层，所述透光黏合材料层将相邻两个太阳能电池粘连在一起，被透光黏合材料层粘连的两个太阳能电池是彼此绝缘的。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池组，其特征在于，所述透光黏合材料层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池组，其特征在于，所述透光黏合材料层包括适于将红外线转换为可见光的光转换材料，所述光转换材料掺杂在所述透光黏合材料层中，或所述光转换材料形成在所述透光黏合材料层表面。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池组，其特征在于，所述光转换材料包括含氟化合物材料体系、含卤化合物材料体系、含硫化合物材料体系、氧化物材料体系中的至少一种及稀土元素离子。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池组，其特征在于，所述稀土元素离子包括Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Er³⁺中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池组，其特征在于，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、CIGS太阳能电池、CdTe太阳能电池、GaAs太阳能电池、染料敏化太阳能电池中的任一种。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池组，其特征在于，所述太阳能电池形成在基板上并包括适于将光转化为电的吸收层，沿基板至太阳能电池方向，所述至少两个太阳能电池按照吸收层禁带宽度逐渐减小的方式堆叠。

8.一种太阳能电池组的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

至少形成两个独立的太阳能电池；

利用透光黏合材料层将两个太阳能电池粘连并堆叠在一起，且所述透光黏合材料层将被粘连的两个太阳能电池彼此绝缘。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池组的制作方法，其特征在于，所述透光黏合材料层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂。

10.根据权利要求8所述的太阳能电池组的制作方法，其特征在于，所述透光黏合材料层包括适于将红外线转换为可见光的光转换材料，所述光转换材料掺杂在所述透光黏合材料层中，或所述光转换材料形成在所述透光黏合材料层表面。

11.根据权利要求10所述的太阳能电池组的制作方法，其特征在于，所述光转换材料包括含氟化合物材料体系、含卤化合物材料体系、含硫化合物材料体系、氧化物材料体系中的至少一种及稀土元素离子。

12.根据权利要求11所述的太阳能电池组的制作方法，其特征在于，所述稀土元素离子包括Sc³⁺、Y³⁺、La³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Er³⁺中的至少一种。

13.根据权利要求8所述的太阳能电池组的制作方法，其特征在于，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、CIGS太阳能电池、CdTe太阳能电池、GaAs太阳能电池、染料敏化太阳能电池中任一种。

14.根据权利要求8所述的太阳能电池组的制作方法，其特征在于，所述太阳能电池形成在基板上并包括适于将光转化为电的吸收层，沿基板至太阳能电池方向，所述至少两个太阳能电池按照吸收层禁带宽度逐渐减小的方式堆叠。

Images