CN103715290B - 一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，包括从上至下依次设置的玻璃板、上层封装材料、晶体硅太阳能电池、下层封装材料及背板，在下层封装材料与背板之间增设下转换层，下转换层涂覆在背板的上表面上，下转换层由能将300～400nm波段的紫外光转换为900～1100nm的近红外光的荧光粉和透光率是90%以上的透明硅胶组成，透明硅胶作为荧光粉的熔融剂；上层封装材料和下层封装材料是能透过300～400nm波段的紫外光的高透光封装材料，该高透光封装材料的透光率为90%以上。本发明可将电池间隙的300～400nm反射光成倍利用，提高了光伏组件的增益。另外，本发明容易实现，成本较低。

Description

一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能光电利用技术领域，特别涉及一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件。
背景技术
对于能带隙为1.35eV（砷化镓）与1.1eV（硅）通过下转换单结太阳能电池(single-junctionsolarcells)，按照Shockley-Queisser极限效率分别为40.8%和31.0%。对于单晶硅太阳能电池(能带隙Eg为1.12eV)，其极限效率仅有29%。最主要的损耗就是晶格热振动损失和透过（非吸收）损失，这两种损失占总损耗的70%以上，称之为光谱错配（spectralmismatch）。
T.Trupke2002年研究了一种称之为下转换层的材料，即吸收一个高能光子，就放出两个以上的低能光子，这些低能光子再被太阳能电池吸收，然后产生电子-空穴对。因此，每吸收一个高能光子，太阳能电池就会产生多个电子-空穴对。
就理论上而言，对于下转换层前置的情况，能带隙Eg=1.1eV,其极限效率为38.6%；对于下转换层后置的情况，能带隙Eg=1.05eV，其极限效率为39.6%，这都是有可能被实现的方式。
因此，在理论上，将转换层应用于光伏组件以提升光电转换效率是可行的。但是，该理论在技术层面尚无实践。目前，光伏组件为了预防紫外线破坏材料，将300nm至400nm高能量光子过滤，通过前置透明玻璃板后，以400nm至1100nm的普通能量光子入射电池表面，根据有关研究表明，紫外线的能量占总AM1.5将近6.1%，但是，现有蓝光EVA也仅仅能够利用直射的能量，而通过太阳能电池间隙的高能量光子全部被EVA防紫外添加剂吸收，显然，这是对于光伏组件发电效率的一种浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以提高光电转换效率、容易实现、成本低的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，能够对高能量光子加以有效利用来提高光电转换效率。
本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，包括从上至下依次设置的玻璃板、上层封装材料、晶体硅太阳能电池、下层封装材料及背板，其特征在于：在所述下层封装材料与背板之间增设下转换层，所述下转换层涂覆在所述背板的上表面上，所述下转换层由能将300～400nm波段的紫外光转换为900～1100nm的近红外光的荧光粉和透光率是90%以上的透明硅胶组成，所述透明硅胶作为荧光粉的熔融剂；所述上层封装材料和下层封装材料是能透过300～400nm波段的紫外光的高透光封装材料，该高透光封装材料的透光率为90%以上。
本发明下转换层可将透过上层封装材料和下层封装材料的300～400nm波段的紫外光，通过激发随机发射900～1100nm的近红外光，再反射到太阳能电池上，可以将电池间隙的300～400nm反射光成倍利用，提高组件增益，从而对高能量光子加以有效利用以提高光电转换效率。另外，本发明容易实现，且成本较低。
作为本发明的一种优选实施方式，所述荧光粉以GdBO3作为基层，共掺Ce3+、Yb3+，GdBO3、Ce3+、Yb3+的摩尔比是98：1：1；所述透明硅胶与荧光粉的体积比是10：1～20:1。
作为本发明的一种实施方式，所述透明硅胶是应用环氧树脂AB胶，其中，A胶是环氧树脂，B胶是固化剂；或者所述透明硅胶是UV胶。
本发明所述下转换层的厚度为10～50um。
本发明所述上、下层封装材料均采用蓝光透过封装树脂EVA或者蓝光透过封装树脂PO。
所述背板由白色环氧树脂制成。白色环氧树脂板具备高反射率的反光层90%以上，类似反射镜组成。
所述背板厚度是0.5～1.0mm。
作为本发明的一种改进，所述玻璃板为钢化玻璃板，所述钢化玻璃板的下表面设有沿太阳能电池串联方向延伸的内凹的条形纹路，所述条形纹路对应于各排太阳能电池之间的间隙，所述条形纹路由中部下凸的圆柱面和分设在圆柱面两侧至少一个凸棱组成，所述凸棱的横截面是直角三角形面，所述凸棱的斜面与竖向的夹角为30～50°，以使入射光通过条形纹路压缩集中在下转换层上，再将反射到条形纹路上的光线多次反射到太阳能电池上。由于玻璃板的条形纹路带有角度，因此可使入射光通过多次反射至太阳能电池表面上，减少了光线的逃逸，对于其它波段的光线有利于重复利用空间。
本发明所述条形纹路经压花机压制而成，所述条形纹路的宽度是5～10mm。
本发明所述下转换层均匀涂覆在所述背板上，并经固化成型。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明下转换层可将透过上层封装材料和下层封装材料的300～400nm波段的紫外光，通过激发随机发射900～1100nm的近红外光，再反射到太阳能电池上，能够对高能量光子加以有效利用，提高光电转换效率。
⑵本发明在玻璃板上设置条形纹路，由于条形纹路带有角度，因此可使入射光通过多次反射至太阳能电池表面上，减少了光线的逃逸，对于其它波段的光线有利于重复利用空间。
⑶本发明背板是白色环氧树脂板，具备高反射率的反光层90%以上，类似反射镜组成。
⑷上层封装材料和下层封装材料采用蓝光透过封装树脂EVA/PO，光路上使得300～400nm可以直射到转换层，通过激发随机发射900-1100nm的近红外光，再经过反光层（白色环氧树脂板）反射至玻璃板。
⑸本发明下转换层加工简单，容易实现且成本低廉，除了适用在太阳能光伏组件上，还可以适用于V型聚光器、蝶形反射聚光光伏发电系统等多种场合，以提高光电转换效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的结构爆炸示意图；
图2是本发明的光路示意图；
图3是图2中C局部放大示意图。
具体实施方式
如图1～3所示，是本发明一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，包括从上至下依次设置的玻璃板1、上层封装材料2、晶体硅太阳能电池3、下层封装材料4及背板5，在下层封装材料4与背板5之间增设下转换层6，下转换层6由能将300～400nm波段的紫外光转换为900～1100nm的近红外光的荧光粉和透光率是90%以上的透明硅胶组成，透明硅胶作为荧光粉的熔融剂；在本实施例中，荧光粉以GdBO3作为基层，共掺Ce3+、Yb3+，GdBO3、Ce3+、Yb3+的摩尔比是98：1：1，量子效率为199.1%；透明硅胶与荧光粉的体积比是10：1～20:1。透明硅胶是应用环氧树脂AB胶，其中，A胶是环氧树脂，B胶是固化剂；或者透明硅胶可以采用UV胶。下转换层6均匀涂覆在背板5的上表面上，并经固化成型。下转换层的厚度为10～50um。
背板5由白色环氧树脂制成。白色环氧树脂板具备高反射率的反光层90%以上，类似反射镜组成。背板厚度是0.5～1.0mm。上层封装材料2和下层封装材料4是能透过300～400nm波段的紫外光的高透光封装材料，该高透光封装材料的透光率为90%以上。在本实施例中，上、下层封装材料均采用蓝光透过封装树脂EVA或者蓝光透过封装树脂PO。
如图3所示，玻璃板1为钢化玻璃板，钢化玻璃板的下表面设有沿太阳能电池串联方向延伸的内凹的条形纹路，条形纹路对应于各排太阳能电池之间的间隙，条形纹路由中部下凸的圆柱面11和分设在圆柱面11两侧两个凸棱12组成，凸棱的横截面是直角三角形面，凸棱的斜面13与竖向的夹角为30～50°，以使入射光A通过条形纹路压缩集中在下转换层上，再将反射到条形纹路上的光线B多次反射到太阳能电池上。条形纹路经压花机压制而成，条形纹路的宽度是5～10mm。
根据有关研究表明，300～400nm波段的紫外光能量占总AM1.5将近6.1%，使用蓝光透过的EVA，有0.8%～1%增益。由于本发明反射等价于目前背板，并且将电池间隙的短波长以量子效率199.1%转换为长波长，这样有助于提高组件增益。
本发明的制作工艺如下：
[1]在钢化玻璃加工压花过程中，将压花模具设计特定的花纹压制在设计位置，形成条形纹路，参见图2、图3。
[2]高反射率的白色环氧树脂背板，为了保持产品重量，厚度控制0.5mm-1mm之间平板抛光，该平板用于封装基材。
[3]荧光粉研磨，筛选，确保荧光粉颗粒晶格完整并尺寸一致。
[4]以高透明双组份透明硅胶为溶剂。参考YAG涂覆工艺，将荧光粉与透明硅胶按照1:10的比率，搅拌均匀，无气泡。
[5]将透明液体涂覆在洁净无划痕的环氧树脂片上,涂覆的厚度为50um。
[6]在自动加速固化设备中固化30min（单组份硅胶提高温度50～80℃，湿度50%～80%）。AB胶：固化过程是在150℃左右下热固化1～2小时；UV胶：在1千瓦功率的紫外灯辐照0.05～0.15s的时间内开始固化，几十秒内固化完成。
[7]外观检查后置下转换层的环氧树脂成品，排除涂覆不均匀，有异物等不良品。
[8]性能检查（反射率300～2000nm，使用300～400nm紫外光束照射，测量光转换效率）工艺路线。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的下转换层的组成、透明硅胶的组成、上、下层封装材料等还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，包括从上至下依次设置的玻璃板、上层封装材料、晶体硅太阳能电池、下层封装材料及背板，其特征在于：在所述下层封装材料与背板之间增设下转换层，所述下转换层涂覆在所述背板的上表面上，所述下转换层由能将300～400nm波段的紫外光转换为900～1100nm的近红外光的荧光粉和透光率是90％以上的透明硅胶组成，所述透明硅胶作为荧光粉的熔融剂；所述上层封装材料和下层封装材料是能透过300～400nm波段的紫外光的高透光封装材料，该高透光封装材料的透光率为90％以上；所述玻璃板为钢化玻璃板，所述钢化玻璃板的下表面设有沿太阳能电池串联方向延伸的内凹的条形纹路，所述条形纹路对应于各排太阳能电池之间的间隙，所述条形纹路由中部下凸的圆柱面和分设在圆柱面两侧至少一个凸棱组成，所述凸棱的横截面是直角三角形面，所述凸棱的斜面与竖向的夹角为30～50°，以使入射光通过条形纹路压缩集中在下转换层上，再将反射到条形纹路上的光线多次反射到太阳能电池上。
2.根据权利要求1所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述荧光粉以GdBO3作为基层，共掺Ce3+、Yb3+，GdBO3、Ce3+、Yb3+的摩尔比是98：1：1；所述透明硅胶与荧光粉的体积比是10：1～20:1。
3.根据权利要求2所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述透明硅胶是应用环氧树脂AB胶，其中，A胶是环氧树脂，B胶是固化剂；或者所述透明硅胶是UV胶。
4.根据权利要求1～3任一项所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述下转换层的厚度为10-50um。
5.根据权利要求4所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述下转换层均匀涂覆在所述背板上，并经固化成型。
6.根据权利要求5所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述上、下层封装材料均采用蓝光透过封装树脂EVA或者蓝光透过封装树脂PO。
7.根据权利要求6所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述背板由白色环氧树脂制成。
8.根据权利要求7所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述背板的厚度是0.5～1.0mm。
9.根据权利要求8所述的可使高能量光子下转换的晶体硅光伏组件，其特征在于：所述条形纹路经压花模具压制而成，所述条形纹路的宽度是5～10mm。
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