CN103779432B - 太阳能电池及其模组 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池及其模组，该电池包含：一包括一受光的第一面的光电转换单元及多个可透光的第一反射膜，该多个第一反射膜彼此堆叠配置于该光电转换单元的该第一面上，且可反射无法被该光电转换单元吸收的光线。本发明借由配置该多个第一反射膜避免无法被电池吸收利用的光线进入该光电转换单元中，例如可避免电池吸收红外光，防止红外光造成电池过热的问题，从而可维持电池效能与稳定性。

Description

太阳能电池及其模组
技术领域
本发明涉及一种电池及其模组，特别是涉及一种太阳能电池及其模组。
背景技术
太阳光光谱包含可见光、紫外光、红外光等波段的光线，以硅晶太阳能电池为例，主要是吸收利用可见光及部分波段的近红外光，达到将光能转换为电能的目的。
其中，长波长的光线(1100nm以上)无法被电池吸收利用，或者是吸收利用的效率不佳，因此当电池受光后，太阳光中大部分的红外光仅是通过电池而未被吸收。但红外光通过电池会使电池温度升高，此温度效应将影响电池效能与稳定性，并降低光电转换效率。此外，电池长时间照射太阳光并接收其中的紫外光，但紫外光也属于较难被电池吸收利用的光线，而且紫外光照射容易导致电池中的膜层衰变、影响膜层品质，进而降低电池寿命。因此，应避免上述光线进入电池，以降低这些光线对电池造成的损害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提升效能、操作稳定性与转换效率的太阳能电池及其模组。
本发明太阳能电池，包含：一包括一个受光的第一面的光电转换单元及多个可透光的第一反射膜，该多个第一反射膜彼此堆叠配置于该光电转换单元的该第一面上，且能够反射无法被该光电转换单元吸收的光线。
本发明所述的太阳能电池，该多个第一反射膜的光学特性与无法被该光电转换单元吸收的光线波长有关。
本发明所述的太阳能电池，每一个第一反射膜的光学特性包括该第一反射膜的厚度与折射率。
本发明所述的太阳能电池，该多个第一反射膜中的至少一个包括多个尺寸为1nm～30nm的粒子。
本发明所述的太阳能电池，无法被该光电转换单元吸收的该光线的波长为1100nm～2500nm。
本发明太阳能电池模组，包含：一个可透光的第一板材、一个与该第一板材相对设置的第二板材、一个配置于该第一板材与该第二板材之间的光电转换单元、一个配置于该第一板材与该第二板材之间的封装材及多个可透光的第一反射膜，该多个第一反射膜彼此堆叠配置于该第一板材与该光电转换单元之间，且能够反射无法被该光电转换单元吸收的光线。
本发明所述的太阳能电池模组，该多个第一反射膜的光学特性与无法被该光电转换单元吸收的光线的波长有关。
本发明所述的太阳能电池模组，每一个第一反射膜的光学特性包括该第一反射膜的厚度与折射率。
本发明所述的太阳能电池模组，该多个第一反射膜中的至少一个包括多个尺寸为1nm～30nm的粒子。
本发明所述的太阳能电池模组，其特征在于：无法被该光电转换单元吸收的该光线的波长为1100nm～2500nm。
本发明的有益效果在于：借由配置该多个第一反射膜，避免无法被电池吸收利用的光线进入该光电转换单元中，例如可避免电池吸收红外光，防止红外光造成电池过热的问题，从而可维持电池效能与稳定性、提高转换效率。
附图说明
图1是本发明太阳能电池的一第一较佳实施例的局部示意图；
图2是一光穿透率对应入射光波长的关系图，显示一种可应用于本发明的反射膜的穿透光谱；
图3是本发明太阳能电池模组的一第一较佳实施例的局部剖视示意图；
图4是本发明太阳能电池模组的一第二较佳实施例的局部剖视示意图；
图5是本发明太阳能电池模组的一第三较佳实施例的局部剖视示意图；
图6是本发明太阳能电池模组的一第四较佳实施例的局部剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件以相同的编号来表示。
参阅图1，本发明太阳能电池1的第一较佳实施例包含：一光电转换单元11及多个可透光的第一反射膜12。
该光电转换单元11包括一受光的第一面111及一相反于该第一面111的第二面112。在单面入光的电池中，该第一面111与该第二面112相当于电池的正面与背面。实际上该光电转换单元11包括一基板、一形成于该基板的表面处并与该基板形成p-n接面的射极层以及一抗反射层（例如SiNx）等膜层。由于该光电转换单元11的具体结构与层体数量非本发明的改良重点，所以不再说明，图中该光电转换单元11也仅以单一层体示意。
该多个第一反射膜12彼此堆叠配置于该光电转换单元11的该第一面111上，每一第一反射膜12包括至少两个上下堆叠且折射率不同的光学膜层121。该多个第一反射膜12可反射无法被该光电转换单元11吸收的光线，该多个第一反射膜12的光学特性与无法被该光电转换单元11吸收的光线A的波长有关。上述无法被该光电转换单元11吸收的光线A是指无法被该电池吸收利用并转换成电能的光线。本实施例的每一第一反射膜12的光学特性包括该第一反射膜12的厚度与折射率等。无法被该光电转换单元11吸收的该光线A的波长为280nm～400nm与1100nm～2500nm，其中该光线A例如紫外光或红外光，红外光的波长约为1100nm～2500nm，紫外光的波长约为280nm～400nm。
本文所述的“厚度”是指层体的物理厚度，物理厚度与折射率的乘积即为“光学厚度”。一光学膜对于不同波长的光线的吸收率不同，而光学膜的光学特性包含光学厚度，因此本发明的该多个第一反射膜12的光学特性与无法被该光电转换单元11吸收的光线A的波长有关。
本发明主要是借由该多个第一反射膜12设置在该光电转换单元11受光的该第一面111上，由于第一反射膜12的各膜层透过适当厚度与折射率的配合，对于光线A产生较佳的反射率，因此能将自外部射向该第一面111的光线A于第一时间就予以反射，避免无法被电池吸收利用的光线A进入该光电转换单元11中。具体而言，该多个第一反射膜12可以反射红外光与紫外光，如此可避免红外光被吸收，防止红外光造成电池过热，因此可使电池正常运作，具有良好的效能与稳定性，并提高转换效率。另外还可避免紫外光被吸收，减少紫外光照射以延长电池寿命。需注意的是，该多个第一反射膜12具有适当的膜厚与折射率，对于电池吸收可见光的影响非常轻微。
该多个第一反射膜12构成的反射结构可以为但不限于以下三种形式：
(1)每一第一反射膜12皆包括二个折射率不同的光学膜层121，其中，折射率较高的层体以H表示，折射率较低的层体以L表示，该多个第一反射膜12上方必须再搭配一低折射率层，使得整体形成(L/H)n/L的多层膜反射结构，其中的n为膜层组的数量，为大于或等于2的整数。举例来说，n=2时，代表共包括五个光学膜层，该五个光学膜层形成折射率为(L/H/L/H)/L的堆叠方式，其中位于括号之外的低折射率层L代表最靠近外侧的膜层。
(2)该多个第一反射膜12共同形成(L/2+H+L/2)p+(L’/2+H’+L’/2)q，其中的p、q为膜层组的数量，皆为大于或等于1的整数，且L层的折射率不等于L’层的折射率，H层的折射率不等于H’层的折射率。由于本形式的每一高射率层的上下方皆堆叠一低折射率层，其中的L/2或L’/2是指，本形式的低折射率层的膜层厚度仅为第一种形式的低射率层的膜层厚度的一半。
(3)该多个第一反射膜12共同形成L/2+W(LJ2HJL)a+X(LMHML)b+Y(L/2+H+L/2)+(L/2+H+L/2)c+Z(L/2+H+L/2)，其中的a、b、c为膜层组的数量，皆为大于或等于0的整数，但不同时等于0。其中的H与L分别代表折射率最高与最低的层体，J、H、M代表折射率介于H与L之间的层体，且J≠H≠M。W、X、Y、Z为建构模组概念(building-blockapproach)中的变数，各变数的范围皆为0~2，但W、X、Y、Z不同时等于0。
参阅图2，为第三种形式的反射膜的穿透光谱，显示光穿透率对应于入射光波长，其出处为期刊“THEOPTICALSOCIETYOFAMERICA”,VOLUME53(1963年11月)的文章“MultilayerFilterswithWideTransmittanceBands”。由图中可看出此种设计的反射膜对于紫外光(波长约小于400nm)的穿透率极低，显示该反射膜在紫外光波段有高反射率。此外，对于波长为1200nm～1400nm的近红外光的穿透率亦较低，表示在该波段为高反射率。该反射膜对于波长1400nm以上的红外光也有一定的反射率，虽然局部波段的反射率较低，但整体而言还是具有良好的反射红外光的效果。
参阅图1，本发明的该多个第一反射膜12中的每一第一反射膜12结构可以都相同，也可以视反射需求而略微调整，使该多个第一反射膜12之间的结构有差异。该多个第一反射膜12中的其中至少几个第一反射膜12可以包括多个尺寸为1nm～30nm的粒子。具体而言，该第一反射膜12中的各光学膜层121可以利用但不限于喷涂方式形成，该喷涂方式例如超音波喷雾(UltraSonicSprayer)方式，当喷涂光学膜层121液体后，可透过150℃左右的温度初步烘烤，再以400℃的温度加热以使光学膜层121固化。
光学膜层121液体的溶剂例如异丙醇(IPA)，光学膜层121液体的溶质包含尺寸为1nm～30nm的纳米粒子，该纳米粒子例如SiO2、TiO2，而且选用不同尺寸或材料的纳米粒子可以使光学膜层121的折射率不同。例如使用相同的IPA溶剂时，于其中掺混粒径为13nm的TiO2可得折射率约为2.3的光学膜层121；掺混粒径为20nm的TiO2可得折射率约为1.9的光学膜层121；而SiO2光学膜层121的折射率通常小于TiO2光学膜层121的折射率。
举例来说，每一第一反射膜12的具体结构可以包括三层光学膜层121，该三层光学膜层121依序分别为厚度约57nm且折射率约2.3的TiO2层，厚度约95nm且折射率约1.38的SiO2层及厚度约69nm且折射率约1.9的SiO2层。其中，主要是将尺寸较小的TiO2、SiO2纳米粒子经喷涂堆叠且烘干、固化所得到此三层的厚度。
本实施例的电池实际上还包括一图未示出的电极单元，该电极单元包括一穿过该多个第一反射膜12与该抗反射层而接触该光电转换单元11的第一面111的第一电极(即正面电极)及一接触该光电转换单元11的第二面112的第二电极(即背面电极)。该第一电极与该第二电极配合将该电池产生的电能传输到外部。但由于该电极单元非本发明的改良重点，所以不再说明。
上述该第一较佳实施例的太阳能电池1可以与其它元件结合而构成一太阳能电池模组，说明如下。
参阅图3，本发明太阳能电池模组的第一较佳实施例包含：相对设置的一第一板材2与一第二板材3、一封装材4及一如上述的太阳能电池1。
该第一板材2与该第二板材3在实施上没有特殊限制，可以使用玻璃或塑胶板材，而且位于电池受光面的一侧的板材必须为可透光，本实施例的第一板材2即为可透光。
该封装材4配置于该第一板材2与该第二板材3之间，且接触包覆该太阳能电池1。该封装材4的材质例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，当然也可以使用其它适合封装的材质。在模组封装过程中，该封装材4是由两片分别配置于该太阳能电池1的上方与下方的EVA胶膜经加热后熔融结合而成，因此该封装材4包括一位于该太阳能电池1上方的第一封装部41及一位于该太阳能电池1下方的第二封装部42。
本实施例的电池模组中的该太阳能电池1即如图1所示的电池，因此包括一配置于该第一板材2与该第二板材3之间的光电转换单元11及多个可透光的第一反射膜12。为了方便示意，模组中的每一第一反射膜12仅绘制单一层体，但实际上每一第一反射膜12的结构如前述，包括至少二个光学膜层。本实施例的该多个第一反射膜12位于该光电转换单元11与该封装材4的第一封装部41之间，借由配置该多个第一反射膜12，使该电池与其它元件封装结合成模组之后，同样可以反射无法被吸收的光线A。但该多个第一反射膜12的位置不限于本实施例，以下透过另一实施例说明。
参阅图4，本发明太阳能电池模组的第二较佳实施例与该第一较佳实施例的模组大致相同，不同的地方在于：本实施例的太阳能电池1主要包含一光电转换单元11，本实施例的多个第一反射膜12是形成于该第一板材2的朝向该封装材4的表面上，也就是该多个第一反射膜12位于该封装材4的第一封装部41与该第一板材2之间。制造时可用喷涂方式于该第一板材2的内侧表面上形成该多个第一反射膜12，再将该第一板材2、第二板材3、太阳能电池1与封装材4结合。
由以上两个实施例可知，该多个第一反射膜12在该模组中的位置，可配置于该第一板材2与该光电转换单元11之间，也就是在电池或模组的受光的一面，以将太阳光中的红外光与紫外光反射掉，从而避免电池与模组过热，并延长电池与模组的使用寿命。当然，亦可将该多个第一反射膜12形成于该第一板材2的外侧面，即接触外界的这一面，同样可达到将太阳光中的红外光与紫外光反射掉的需求。
另外，该多个第一反射膜12也可以配置于该光电转换单元11的第二面112与该第二封装部42之间，或者配置于该第二封装部42与该第二板材3之间。
参阅图5，本发明太阳能电池模组的第三较佳实施例，与该第一较佳实施例的模组的结构大致相同，以下主要说明不同的地方。本实施例的第一板材2与第二板材3都必须为可透光。该太阳能电池1为可双面入光的太阳能电池(bi-facialsolarcell)，并且除了包含：一光电转换单元11与多个可透光的第一反射膜12以外，还包含多个可透光的第二反射膜13。
该光电转换单元11包括相反的一第一面111与一第二面112，该第一面111与该第二面112皆可受光。
该多个第二反射膜13彼此堆叠配置于该光电转换单元11的第二面112上，每一第二反射膜13包括至少二上下迭置的光学膜层。该多个第二反射膜13的结构、层体数量、材料、制法及功能，大致上皆与该多个第一反射膜12相同，因此该多个第二反射膜13同样可以反射无法被该光电转换单元11吸收的光线A。该多个第二反射膜13的光学特性与无法被该光电转换单元11吸收的光线A的波长有关，每一第二反射膜13的光学特性包括该第二反射膜13的厚度与折射率。该多个第二反射膜13中的其中至少几个可以包括多个尺寸为1nm～30nm的材质。
由于本实施例的电池第二面112亦可受光，因此增加配置该多个第二反射膜13，可将从该第二面112的一侧入射而来的光线中的红外光与紫外光往外反射，避免电池吸收红外光而产生过热问题，另外还可避免紫外光被吸收，减少紫外光照射以延长电池寿命。
本实施例的该多个第一反射膜12位于该光电转换单元11的第一面111与该封装材4的第一封装部41之间，该多个第二反射膜13位于该光电转换单元11的第二面112与该封装材4第二封装部42之间。但实施时不限于此，以下透过另一实施例说明。
参阅图6，本发明太阳能电池模组的第四较佳实施例，与该第三较佳实施例的模组的结构大致相同，以下主要说明不同的地方。
本实施例的电池主要包含一光电转换单元11，本实施例的多个第一反射膜12形成于该第一板材2的朝向该封装材4的表面上，该多个第一反射膜12位于该封装材4的第一封装部41与该第一板材2之间。该多个第二反射膜13形成于该第二板材3的朝向该封装材4的表面上，该多个第二反射膜13位于该封装材4的第二封装部42与该第二板材3之间。制造时可利用喷涂方式分别于该第一板材2与第二板材3的内侧表面形成该多个第一反射膜12与该多个第二反射膜13，再将该第一板材2、第二板材3、太阳能电池1与封装材4结合。
当然，该多个第一反射膜12与该多个第二反射膜13的位置也可以有其它种搭配，例如该多个第一反射膜12位于该光电转换单元11的第一面111与该封装材4的第一封装部41之间，该多个第二反射膜13位于该封装材4的第二封装部42与该第二板材3之间。或者该多个第一反射膜12位于该封装材4的第一封装部41与该第一板材2之间，该多个第二反射膜13位于该光电转换单元11的第二面112与该封装材4的第二封装部42之间。
此外，双面入光电池模组中，也不以同时设置该多个第一反射膜12与多个第二反射膜13为绝对必要。可以只设置该多个第一反射膜12或只设置该多个第二反射膜13。

Claims (8)

1.一种太阳能电池，包含：一包括一个受光的第一面的光电转换单元，其特征在于：该太阳能电池还包含多个可透光的第一反射膜，该多个第一反射膜彼此堆叠配置于该光电转换单元的该第一面上，且能够反射无法被该光电转换单元吸收的光线，其中每一个第一反射膜包括至少二个折射率不同的光学膜层，具有不同折射率的该光学膜层包括多个尺寸为1nm～30nm的粒子。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该多个第一反射膜的光学特性与无法被该光电转换单元吸收的光线的波长有关。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：每一个第一反射膜的光学特性包括该第一反射膜的厚度与折射率。
4.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：无法被该光电转换单元吸收的该光线的波长为1100nm～2500nm。
5.一种太阳能电池模组，包含：一个可透光的第一板材、一个与该第一板材相对设置的第二板材、一个配置于该第一板材与该第二板材之间的光电转换单元及一个配置于该第一板材与该第二板材之间的封装材，其特征在于：该太阳能电池模组还包含多个可透光的第一反射膜，该多个第一反射膜彼此堆叠配置于该第一板材与该光电转换单元之间，且能够反射无法被该光电转换单元吸收的光线，其中每一个第一反射膜包括至少二个折射率不同的光学膜层，具有不同折射率的该光学膜层包括多个尺寸为1nm～30nm的粒子。
6.如权利要求5所述的太阳能电池模组，其特征在于：该多个第一反射膜的光学特性与无法被该光电转换单元吸收的光线波长有关。
7.如权利要求6所述的太阳能电池模组，其特征在于：每一个第一反射膜的光学特性包括该第一反射膜的厚度与折射率。
8.如权利要求5至7中任一项所述的太阳能电池模组，其特征在于：无法被该光电转换单元吸收的该光线的波长为1100nm～2500nm。
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