CN105144408A - 多层太阳能电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了部分透射图形膜覆盖的多层太阳能电池装置。该多层太阳能电池装置包括至少一个太阳能电池、在太阳能电池上的图形层、和反射层。反射层可位于太阳能电池的后面以用于循环光，或位于部分透射图形膜和太阳能电池之间以用于改善外观。多层太阳能电池装置具有高效率和可定制的外观。

Description

多层太阳能电池装置
背景技术
太阳能电池装置用于将光能转化为电能。为了节省太阳能电池装置的成本，需要高效率。在多种情况下，可能期望出于美观目的改变太阳能电池装置的外观。然而，已经证明在不牺牲太多效率的情况下改变太阳能电池装置的外观是困难的。
在本领域中存在对具有高效率和可定制的外观的太阳能电池装置的需要。
发明内容
符合本公开的第一多层太阳能电池装置包括反射体、部分透射图形膜和定位在反射体和部分透射图形膜之间的多个太阳能电池。第一间隙将反射体与多个太阳能电池分开，并且第二间隙将部分透射图形膜与多个太阳能电池分开。多个太阳能电池彼此间隔开，使得反射体的开口区域不被多个太阳能电池覆盖。
符合本公开的第二多层太阳能电池装置包括太阳能电池、光谱选择性反射体、漫射体和图形层。漫射体定位在光谱选择性反射体和图形层之间。光谱选择性反射体与太阳能电池相邻定位。
附图说明
附图作为本说明书的一部分并入其中，并与具体实施方式一起解释本发明的优势和原理。在附图中，
图1A为多层太阳能电池装置的平面图；
图1B为图1A的多层太阳能电池装置的一部分的片断剖视图；
图2为多层太阳能电池装置的一部分的片断剖视图；
图3为多层太阳能电池装置的剖视图；
图4为光谱选择性反射体的透射率与波长的曲线图；并且
图5为具有含珠漫射体涂层的光谱选择性反射体的反射率与波长的曲线图。
具体实施方式
本公开的实施例包括具有至少一个太阳能电池、图形层和反射层的多层太阳能电池装置。加入图形层允许太阳能电池装置的外观可定制或以其他方式更改。例如，可能期望加入木纹图形，以便赋予太阳能电池装置完美融入建筑环境的外观。又如，可能期望将广告图形加入太阳能电池装置以用于告示板应用。
本公开的实施例包括包含多个太阳能电池的多层太阳能电池装置，其中部分透射图形膜位于装置的一侧上，反射体位于相背对的一侧上。部分透射图形膜允许光进入装置。该光的一部分被太阳能电池吸收，并且一部分透射穿过多个太阳能电池之间的空间。反射体反射透射穿过多个太阳能电池之间的空间的一部分光，使其返回太阳能电池。
可包括各种元件以增加装置的平面中的光传输。装置的平面是指反射体和部分透射图形膜之间的平面。在其中多个太阳能电池占据共用平面的实施例中，装置的平面为该共用平面。在一些实施例中，反射体可包括使光在装置的平面中传播的光传播结构。在其他实施例中，反射体和太阳能电池之间的区域包含包封材料，该包封材料包含增加装置的平面中的光传输的光重新定向元件。
在装置的平面中传输的大部分光通过底部表面处的反射体以及顶部表面处的菲涅耳和/或全内反射(TIR)捕捉到装置内部，直到其被太阳能电池吸收。已经发现的是，多层太阳能电池装置的功率输出可为高的，即使部分透射膜包含阻挡70％入射光的图形。
图1A和1B分别为太阳能电池装置100的平面图和剖视图。太阳能电池装置100包括多个矩形太阳能电池114，但太阳能电池的形状、尺寸、和数量可不同于所示的实施例。每个太阳能电池通常包括位于其前表面(呈栅格形式，该栅格包括通过一条或多条汇流条互连的狭窄、细长平行指状物的阵列)上的前触点以及位于其后表面上的后触点。太阳能电池可为光伏电池，并且可例如如美国专利4,751,191、5,074,920、5,118,362、5,178,683、5,320,684和5,478,402所示和描述制造。太阳能电池通常布置成平行的行和列，但也可采用其他构型。参见图1B，太阳能电池114通常通过电引线118互连，该电引线通常呈平坦铜带的形式。在图1B中，通过如下方式来串联地连接串中的相邻电池：将柔性铜带118的一端焊接或以其他方式电连接到一个太阳能电池的背电极并且将相同带的相对端焊接到下一个连续太阳能电池上的前触点的汇流条。在一些实施例中，多个太阳能电池114在顶部表面和背对顶部表面的底部表面上具有有效面积。
在图1B所示的实施例中，太阳能电池装置100包括在多个太阳能电池后面的背对图形膜112的反射体111。反射体111可包括多层光学膜。反射体111具有前总表面积At，并且反射体111具有未被多个太阳能电池覆盖的开口区域115。开口区域115具有表面积Ao。在一些实施例中，Ao/At为至少约0.05或至少约0.1。
在一些实施例中，包封材料被包括在太阳能电池114和反射体111之间的第一间隙或区域117中或者被包括在部分透射图形膜112和太阳能电池114之间的第二间隙或区域119中。在图1B所示的实施例中，包封材料在反射体111和部分透射图形膜112之间插入第一间隙117中、第二间隙119中，并且围绕太阳能电池114及其电连接器带118。包封材料通常由合适的透光、不导电材料制成。示例性的可用包封材料为乙烯乙酸乙烯酯共聚物(已知商品名为“EVA”)或聚烯烃共聚物或离聚物。通常，包封材料以分立片材的形式提供，该分立片材定位在多个太阳能电池114的下面和上面，并且这些部件继而夹在反射体111和部分透射图形膜112之间。其后，通常在真空下加热此夹件，由此使得包封材料片材变得足够液化的，以围绕电池流动并且包封电池，同时填充可因空气排空而在前覆盖件和背板之间的空间中产生的任何空隙。在冷却时，液化的包封材料凝固并且原位固化以形成透明固体基质，该透明固体基质包封电池并且完全填充反射体111和部分透射图形膜112之间未被相互间隔开的电池和形成其电互连件的部件占据的空间。包封材料粘附到前板和背板，以便形成层合子组件。可选择包封材料和太阳能电池的具体布置方式，以使得不同的应用，诸如平坦、适形或柔性太阳能收集器。太阳能电池的线密度可在最高所需曲率的方向上最小化。
在一些实施例中，太阳能电池装置具有周围框架并且利用密封剂固定到周围框架，该密封剂通常设置在框架和层合子组件的边缘之间。框架可由金属制成或者可由合适的材料(诸如，有机塑料或弹性体材料)模制而成。尽管未示出，但应当理解，如图1A和1B所示的太阳能电池装置还可具有电端线，该电端线用于将该模块连接到另一模块或者直接连接到电路，其中端线通常附连到反射体。另外，太阳能电池装置或其部分可例如通过注射包覆层、皱褶、或添加肋、泡沫隔层、或蜂窝结构来加强，以改善其尺寸稳定性。
在图2所示的实施例中，太阳能电池214和部分透射图形膜212之间的间隙或区域219包括与多个太阳能电池214相邻、具有折射率n1的第一材料209，以及介于第一材料209和部分透射图形膜212之间、具有折射率n2的第二材料202。第一材料209可以是包封材料，并且第二材料202可以是玻璃层和/或透光粘合剂。在一些实施例中，折射率使得n1大于或等于n2。在该实施例中，部分透射图形膜212可从第二材料202移除，使得其可被另选的部分透射图形膜替换。这可能对于告示板、标志、建筑表面或类似应用是期望的。在其他实施例中，折射率使得n1-n2大于或等于0.1。在该实施例中，低折射率材料202用于通过引发全内反射来改善传输。
反射体可以实现为可具有提供高反射率的优点的镜膜。镜膜可包括多层聚合物膜，诸如由明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany(St.Paul,MN))制造并且在授予Jonza等人的美国专利No.5,882,774中描述的增强镜面反射(ESR)膜，该专利全文据此以引用方式并入本文。
在另选的实施例中，反射体包括白色漫反射体。合适的白色漫反射体包括购自特拉华州威尔明顿的杜邦公司(DuPont,Wilmington,DE)的DuPont散射光反射体和购自密西根州普利茅斯镇的美国古河电工公司(AmericanFurukawa,Inc.,PlymouthTownship,MI)的MCPET反射光片。
在其他实施例中，反射体是半镜面反射体。半镜面反射体提供了镜面反射与漫反射的混合。合适的半镜面反射体可包括镜面反射体诸如ESR膜，以及与镜面反射体相邻的多个折射元件。在图2所示的实施例中，多层太阳能电池装置200包括反射体211，该反射体包括镜面反射体213和折射元件215。合适的折射元件的实例包括珠、微透镜、双凸透镜、菲涅耳透镜、立体角结构、棱镜或这些元件的任何组合。折射元件层可用于增强光在装置的平面中的传播。此类层在本文中称为光传播层。使光传播层包括镜面反射体增加了太阳能电池装置的效率，因为其有助于将光捕捉在装置中，从而增加了光最终被太阳能电池吸收的概率。
在图2所示的实施例中，包封材料在反射体211和部分透射图形膜212之间插入第一间隙207中、第二间隙219的部分209中，并且围绕太阳能电池214及其电连接器带218。
使光传播层包括反射体的另选形式是将光传播元件加入太阳能电池和反射体之间的间隙或区域中，或者部分透射图形膜和太阳能电池之间的间隙或区域中。这些间隙通常包含包封材料。利用光传播元件诸如玻璃珠或聚苯乙烯珠或能够散射光的其他颗粒填充包封材料可通过增加入射光耦合至面内波导模式来提高效率，该模式使光高可能性地被太阳能电池吸收。
反射体可包括反射可见和近红外光并且透射低频率光的冷光镜。合适的冷光镜的实例包括购自新泽西州巴林顿的爱特蒙特光学公司(EdmundOptics,Inc.,Barrington,NJ)的那些。在一些实施例中，反射体是反射400nm至1100nm的波长范围内至少80％的光并且透射1200nm至2400nm的波长范围内至少80％的光的半镜面反射体。
如本文所用，部分透射图形膜是透射具有可见或近红外范围内的波长的至少一些光并且反射其中反射光包含一些图形内容的可见范围内的至少一些光的任何膜。图形内容可包括图案、图像或其他视觉标记。图形膜可为印刷膜，或图形可通过除印刷之外的方式形成。例如，部分透射图形膜可为具有图案化布置方式的孔的打孔反射膜。图形也可通过压印形成。压印膜的实例包括可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN)商购获得的部分透射DI-NOC膜。
在一些实施例中，部分透射图形膜包括覆盖部分透射图形膜表面的至少约5％或至少约10％或至少约15％的图形。在一些实施例中，部分透射图形膜包括覆盖部分透射图形膜表面的小于约65％或小于约70％或小于约75％的图形。
部分透射图形膜可以是可印刷或可以其他方式成像的打孔膜。如果膜能够接收油墨图像，则其是可印刷的。可用的打孔可印刷膜包括例如以商品名SCOTCHCAL标记膜购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN)的打孔透光乙烯基膜。在一些实施例中，部分透射图形膜可包括如PCT公开号WO2013/019766描述的热塑性聚氨酯和纤维素酯，该公开全文据此以引用方式并入本文。
油墨层可设置在图形膜的至少一个表面上。在一些实施例中，油墨层形成设计。适合于对膜成像的成像技术包括喷墨印刷、热质量传递、苯胺印刷、染料升华、丝网印刷、静电印刷、橡皮版印、凹版印刷或其他印刷工艺。可用的油墨包括压电式喷墨油墨、热传递油墨、可紫外固化油墨、溶剂基油墨和胶乳油墨。
表涂层也可被用作功能层。表涂层可以是聚合物的，并且例如可由含氟聚合物、聚氨酯、聚碳酸酯或聚丙烯酸酯或其共聚物制成。表涂层可用于对表面特性改性，但也可用作例如图像上方的保护层。表涂层可以是保护永久图形的玻璃层。这可能是建筑、屋顶、贴砖或类似应用所期望的。
部分透射图形膜还可用常规底漆涂层进行处理，和/或通过火焰处理或电晕放电活化，和/或通过其他表面处理，以提高功能层和/或粘合剂层对其的粘附力。
在一些实施例中，部分透射图形膜是包括图形膜层和图形膜层后面的反射层的打孔层合物。例如，白色反射层或镀银反射层可在打孔图形层后面使用。在一些实施例中，部分透射图形膜是包括半透明图形膜层和半透明图形膜层后面的部分反射层的半透明层合物。
如本文所用，“效率”是指入射到太阳能电池装置上被太阳能电池装置吸收的光强度的分数，并且“相对效率”是给定图形内容的效率与未施加图形的效率(即，部分透射图形膜被完全透射膜替代时)的比率。用于定义效率的光输入可以是一年时间和一天时间平均的指定位置的日光，或可以是标准光源AM1.5。大表面积的太阳能电池装置可被部分透射图形膜阻挡，同时保持高相对效率。如实例所示，图形覆盖百分比为50％时，相对效率可为约84％。不受理论的束缚，据信随着图形覆盖百分比的增加，相对效率缓慢下降，因为虽然图形减小了装置的有效收集面积，但它通过减小光通过前表面逃离装置的概率而提高了捕捉效率。
透射穿过膜的光强度与入射到膜上的光强度的比率在本领域中称为膜的透射水平T。在多层太阳能电池装置的一些实施例中，部分透射图形膜具有透射水平T，多层太阳能电池装置具有效率E1，多个太阳能电池具有效率E2，并且E1大于T和E2的乘积。
相对效率可通过包括增加太阳能电池装置的平面中光的捕捉和传输二者的元件来提高，诸如在包封材料和图形层之间包括低折射率涂层或使光传播层包括镜面反射体以增加反射体的半镜面特性。定量地，半镜面程度(给定反射器或其他元件的镜面特性相对于朗伯特性的程度)可通过比较前向散射的光分量和后向散射的光分量的通量来有效地表征，两个分量分别用F和B来表示。前向散射通量和后向散射通量可通过在所有立体角上对反射强度进行积分(或就透光元件而言，对透射强度进行积分)来获得。然后，可通过“传播率”TR来表征半镜面程度，通过下式给定：
TR＝(F–B)/(F+B)。
当从纯镜面运动到纯朗伯面时，TR的范围是0至1。对于纯镜面反射体，没有后向散射(B＝0)，因此TR＝F/F＝1。对于纯朗伯反射体，前向散射通量和后向散射通量相等(F＝B)，并且因此TR＝0。典型的反射或透射分量的传输比率是入射角的函数，因为对于近法向入射光线，前向散射光的量例如将不同于掠入射光线。在一些实施例中，所提供的多层太阳能电池装置包括反射体，该反射体在45度入射角提供的传输比率小于或等于0.6或0.45并且大于或等于0.0或0.1。如果太阳能电池的空间分布是各向异性的，则可使用在不同方向上具有不同传输比率的各向异性半镜面反射体。在一些实施例中，太阳能电池的密度沿第一方向低于沿第二方向，并且使用沿第一方向具有较高传输比率的半镜面反射体。此类反射体可使用例如具有镜面反射体的线性棱镜构造。
在多个实施例中，太阳能电池装置形成光捕捉腔。太阳能电池装置的效率取决于其将未被太阳能电池直接吸收的入射光线首先散射到腔的平面，然后传输面内光直到其被太阳能电池吸收的能力。因此，对于具有平均日光入射角的光(其对应漏光面外模式，即可逃离腔的模式)具有低传输比率(高漫射)并且对于具有平均面内光入射角的光(捕捉面内模式)具有高传输比率(高镜面反射)的反射体有助于提高效率。
在一些实施例中，反射体和图形层之间具有包封材料。如果不存在图形层，则光捕捉腔将形成于反射体和包封材料-空气界面之间。对于典型的包封材料，空气界面处的TIR角与法线成约40度，因此以0和40度之间的角度传播的光线对应漏光模式，而以40和90度之间传播的光线对应TIR模式。虽然它不能使效率最大化，但可使用朗伯反射体，因为其散射任何入射光线，在完全半球内具有相等的概率。立体角参数显示入射光耦合至波导模式的概率为约75％，而耦合至漏光模式的概率为约25％。图形的添加还减小了漏光模式实际漏出腔的概率。
图3为多层太阳能电池装置300的侧视图，该装置在所示取向上包括太阳能电池314、与太阳能电池314相邻的光谱选择性反射体311、与光谱选择性反射体相邻的漫射体315和与漫射体315相邻的图形层312。已经发现的是，包括光谱选择性反射体和图形层后面的漫射体层的组合的膜叠堆提供了光谱和漫反射的平衡，从而得到改善的显示特性，同时允许足够的可见和/或近红外(NIR)光到达太阳能电池，使得可实现高效率。多层太阳能电池装置提供的所需显示特性包括隐藏膜叠堆后面的典型黑色太阳能电池以及提供天然显现的图形。
合适的光谱选择性反射体为多层聚合物膜，例如ESR。ESR透射非常少约400nm至约1000nm的波长的光。对于大于约1000nm的波长，ESR允许透射约80％-90％的入射光。其中发生相对低透射至相对高透射转变的波长在下文称为“透射阈值”。当用于太阳能电池上时，可通过以下方法修改标准ESR以得到改善的性能：选择多层光学膜中的层厚度以改变反射阈值来减小波长，如通常在授予Jonza等人的美国专利5,882,774中描述，该专利此前以引用方式并入本文。通过调整ESR中层的膜厚度，可改变透射阈值使其值减小，从而允许更多的光渗透反射膜并到达太阳能电池。ESR的合适另选形式是购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,StPaul,MN)的ESR2。ESR2是ESR的更薄型式，其透射很少可见范围内的光，但透射大量波长大于约850nm的透射阈值的光。ESR的透射率400和ESR2的透射率402示于图4中。ESR的透射阈值410和ESR2的透射阈值412示于图4中。
在一些实施例中，光谱选择性反射体是打孔ESR膜。打孔可以例如通过使用激光器在膜中切割多个孔来进行。已发现打孔ESR提供足够的反射，从而得到高质量图形显示，同时允许足够的辐射通过以获得高效率。
漫射体可以是含珠漫射体或光纤漫射体。其他合适的漫射体在美国专利7,682,034、PCT公开WO2008/152574和WO2012/082549以及日本专利申请公开2010/152189中有所描述。提高ESR透射率的方法是将含珠漫射体层直接施加到ESR。不受理论的束缚，据信当施加含珠漫射体层时ESR透射率更高，因为膜叠堆上的光入射被含珠漫射体层折射，然后以一定角度的入射角入射到ESR层上，其中穿过ESR的透射更高。以这种方式改变穿过反射体的透射通常在授予Liu等人的美国专利6,208,466中描述，该专利全文据此以引用方式并入本文。
合适的含珠漫射体包括在折射率nr的树脂中具有折射率nb的珠。合适的珠包括玻璃、聚苯乙烯、陶瓷、TiO2、SiO2、ZrO2、BaSO4和CaCO3颗粒。可用的树脂包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酯，诸如但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和环烯烃及其共聚物。在一些实施例中，nb/nr大于约1.05或1.06或1.07。在一些实施例中，nb/nr小于约1.2或1.25或1.3。在一些实施例中，珠具有在约2μm至约8μm的范围内的直径。在一些实施例中，含珠漫射体层的体积包括珠的体积vb和树脂的体积vr，其中vb/vr大于约0.85或0.90并且小于约1.20或1.25。
通过多层光学膜打孔、通过调整层的数量或层的光学厚度、通过将漫射体直接施加到多层光学膜的表面上、或通过这些技术的组合，可调整可见范围内的透射和透射阈值二者，以优化太阳能电池装置的性能。在一些实施例中，透射阈值在700nm-850nm的范围内。在一些实施例中，可见光在小于透射阈值的波长下的透射系数在20％-50％的范围内。如本文所用，“效率比”是膜叠堆(具有或不具有图形)覆盖的太阳能电池的效率与不具有膜叠堆的效率的比率。膜叠堆可提供足够的用于图形应用的太阳能电池隐藏，当透射阈值在700nm-850nm的范围内，并且可见光在小于透射阈值的波长下的透射系数在20％-50％的范围内时，效率比可为约70％。
在一些实施例中，光谱选择性反射体使用透光粘合剂附接到太阳能电池。已发现光谱选择性反射体以这种方式光学耦合到太阳能电池提高了太阳能电池的效率。合适的透光粘合剂包括3M液体透光粘合剂2175(得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul.MN))。
在一些实施例中，漫射体包括低折射率层。低折射率层可设置在反射体和含珠漫射体层之间或图形层和含珠漫射体层之间。已发现这改善了图形的外观。低折射率层可具有小于约1.4的折射率。在一些实施例中，低折射率层是折射率小于约1.35的超低折射率(ULI)层。ULI层可包括粘结剂和多个互连的空隙，如美国专利申请公开2012/0038990中所述，该专利申请全文据此以引用方式并入本文。ULI层可通过如下方法施加于表面：用溶剂中的可聚合材料的第一溶液涂覆表面；然后至少部分地聚合所述可聚合材料以形成包含不溶性聚合物基质和第二溶液的组合物，其中所述不溶性聚合物基质包括由所述第二溶液填充的多个纳米空隙；然后从所述第二溶液中移除大部分所述溶剂。用于施加ULI层的合适方法在美国专利申请公开2012/0027945中有所描述，该专利申请全文据此以引证方式并入本文。
图形层可通过印刷于透明基底上而形成。例如，图形层可通过喷墨印刷到聚氯乙烯(PVC)膜上制得。包含图形的透明基底可用透光粘合剂粘附到漫射体。在一些实施例中，为了防止透光粘合剂层削弱漫射体的光学效果，漫射体包括反射体和扩散层之间的第一低折射率层以及扩散层和透光粘合剂层之间的第二低折射率层。
在一些实施例中，漫射体包括低折射率层和含珠漫射体层，其中低折射率层定位在含珠漫射体层和图形层之间。这允许图形层例如通过喷墨印刷或前述其他印刷技术直接施加到含珠漫射体层。图形层可包括与漫射体相邻的印刷层和保护层，诸如与漫射体相背对的透明膜，以保护印刷层免受磨损。
在一些实施例中，图形层包含有色粘合剂。例如，印刷透明膜可使用有色粘合剂层粘附到漫射体。这允许调整图形的外观，使其具有所需的色调。在一些实施例中，图形层包括压印图案。合适的压印膜包括购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN)的半透明DI-NOC膜。有色粘合剂层可用于将压印膜附接到漫射体，以产生所需的视觉外观和触感。
在一些实施例中，图形层包含青色、洋红色、黄色和/或黑色(CMYK)油墨。CMYK油墨可配制为在红色和/或近红外波长下具有良好的透射性。合适的CMYK油墨包括购自日本东京的帝国油墨制造股份公司(TeikokuPrintingInksMfg.Co.,LTD.(Tokyo,Japan))的那些和购自纽约州纽瓦克的依普林公司(Epolin,Inc.(Newark,NJ))的那些，诸如SPECTRE110视觉不透明IR透射油墨。
在上面的描述中，层、部件或元件被描述为彼此相邻。层、部件或元件可通过直接接触、通过一种或多种其他部件连接或通过与相邻组件保持在一起或彼此附接而彼此相邻。
实例
实例1
光线跟踪程序(购自亚利桑那州图森的布劳尔特研究组织公司(BreaultResearchOrganization,Inc.,Tucson,AZ)的ASAP)用于计算类似于图2所示的太阳能电池装置的效率。包含单个太阳能电池的仿真电池在施加于太阳能电池装置的平面中的周期性边界条件下使用。太阳能电池具有1个单位×1个单位的面积；仿真电池具有5个单位×5个单位的面积和0.14个单位的高度。图形层建模为规则的正方形阵列。图形层阻挡从太阳能电池装置外部入射到正方形上的光，并且建模为从正方形的后侧入射的光的漫反射体，其中半球反射率为96％。使用18×18正方形的阵列并且调整正方形的尺寸以实现所需的覆盖面积。图形层之下是折射率为1.50、厚度为0.01个单位的玻璃层。太阳能电池封入折射率为1.50并且设置在玻璃层之下的包封材料中。包封材料厚度为比太阳能电池大或小0.05个单位。所采用的太阳能电池材料具有4.0的折射率。使用由具有含珠涂层的镜面反射体组成的反射镜，该反射镜在45度的入射角下实现的传输比率等于0.25。具有含珠涂层的反射体的厚度为0.02个单位。镜面反射体是可见范围内反射率为96％的冷镜膜。反射镜设置于封装太阳能电池之下，其中粘合剂层在包封材料和反射镜之间，建模为折射率为1.41、厚度为0.01个单位的有机硅粘合剂。太阳能电池材料建模为在表面反射后100％吸收从上面入射的光以及50％反射从下面入射的光。入射在太阳能电池装置上的光建模为日光，其中太阳能电池装置在美国明尼苏达州明尼阿波利斯(Minneapolis,MN,USA)朝南暴露，并且倾斜25度角(从竖直方向)。入射光是一年全部日期和一天全部时间的平均值。
计算效率，其定义为入射到仿真电池上被太阳能电池吸收的光强度的分数。相对效率以图形覆盖百分比的函数确定，其定义为给定图形内容的效率与未施加图形的效率的比率。如下表1所示，观察到强非线性行为。
表1
覆盖面积(百分比) 相对效率(百分比)
0 100
10 99.0
30 93.2
50 84.1
70 69.5
90 36.4
99 3.6
实例2
在标准光源AM1.5下测定覆盖和未覆盖各种膜叠堆的单晶硅太阳能电池(可以商品名GHM-5从中国长沙的长沙光合太阳能有限公司(ChangshaGuangheSolarCo.Ltd.,ChangshaChina)商购获得)的效率。膜叠堆在表2中有所描述。
超低折射率(ULI)层如美国专利申请公开2012/0027945的实例1所述制备，并且如表2所示施加到样品B、E和F的反射体。
含珠漫射体的组合物通过以7:8:24的重量比混合UVX4856可紫外线固化的粘结剂(购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))、平均直径约3μm的聚苯乙烯珠(以商品名KSR-3购自中国苏州的综研化学(苏州)有限公司(SuzhouSokenChemicalCo.Ltd,Suzhou,China))和乙酸乙酯而制备。对于样品C和D，组合物直接涂覆到表2所示的反射体的表面上，并且进行紫外线固化。对于样品B、E和F，组合物涂覆到表2所示的ULI带涂层反射体上，并且进行紫外线固化。
直接涂覆到ESR的表面上并且用3M液体透光粘合剂2175(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))粘附到单晶硅太阳能电池的含珠漫射体的反射率500如图5所示。将图5的反射率500与图4的透射率400比较，并且注意到反射率500为大约100％减去含珠漫射体涂覆的ESR的透射率，可以看出含珠漫射体涂层显著增加了近红外波长的透射率。
对于样品E和F，将印刷PVC粘附到膜叠堆。所用的PVC为购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.PaulMN)的3MSCOTCHCALClearView图形膜8150。该PVC膜的一侧提供有压敏粘合剂，其用于将PVC膜附接到膜叠堆。使用CMYK油墨(购自日本长野的御牧工程有限公司(MimakiEngineeringCo.,Ltd.,Nagano,Japan)的MimakiSPC-0440墨盒)通过喷墨印刷将图形施加到PVC上。所施加的油墨的量通过每个像素的CMYK值的平均值表征，以百分比表示。洋红色油墨的平均CMYK水平为约20％，黄色为约40％，黑色为约17％，并且青色为约0％。
对于样品F，使用打孔ESR。打孔通过在ESR片材中激光切割约0.8mm直径的孔来进行。ESR片材约12.5％的面积通过激光切割工艺移除。
确定表2所示膜叠堆的效率比，其为膜叠堆覆盖的太阳能电池的效率与不具有膜叠堆的效率的比率。测定无粘合剂的膜叠堆覆盖的太阳能电池和膜叠堆用3M液体透光粘合剂2175(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))附接的太阳能电池的效率。
表2
虽然本文已经示出和描述了一些具体实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以用多种另选的具体实施来代替所示出和描述的具体实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的具体实施例的任何调整和变型。

Claims (22)

1.一种多层太阳能电池装置，包括：
反射体；
多个太阳能电池，所述多个太阳能电池与所述反射体相邻定位；和
部分透射图形膜，所述部分透射图形膜在所述多个太阳能电池的背对所述反射体的一侧上与所述多个太阳能电池相邻定位，
其中第一间隙将所述反射体与所述多个太阳能电池分开，第二间隙将所述部分透射图形膜与所述多个太阳能电池分开，并且所述多个太阳能电池彼此间隔开，使得所述反射体的开口区域不被所述多个太阳能电池覆盖。
2.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述部分透射图形膜包括覆盖所述部分透射图形膜的第一主表面的约10％至约70％的图形。
3.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述反射体具有前总表面积At，所述反射体的未被所述多个太阳能电池覆盖的开口区域具有面积Ao，并且Ao/At为至少0.05。
4.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述多个太阳能电池在顶部表面上以及在底部表面上具有有效面积。
5.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述第一间隙和所述第二间隙中的至少一个包括包封材料。
6.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述第一间隙和所述第二间隙中的至少一个包括玻璃层。
7.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述第一间隙和所述第二间隙中的至少一个包括光重新定向元件，所述光重新定向元件增加光在平行于所述多层太阳能电池装置的平面的方向上的传输。
8.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述反射体包括半镜面反射体。
9.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述反射体包括白色漫反射体。
10.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述部分透射图形膜包括打孔层合物，所述打孔层合物包括图形膜层和反射层。
11.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述部分透射图形膜包括半透明层合物，所述半透明层合物包括半透明图形膜层和部分反射层。
12.根据权利要求1所述的多层太阳能电池装置，其中所述第二间隙包括第一材料和第二材料，所述第一材料与所述多个太阳能电池相邻，所述第一材料具有折射率n1，所述第二材料定位在所述第一材料和所述部分透射图形膜之间，所述第二材料具有折射率n2，其中n1大于或等于n2。
13.一种多层太阳能电池装置，包括：
太阳能电池；
与所述太阳能电池相邻的光谱选择性反射体；
漫射体，所述漫射体在所述光谱选择性反射体的背对所述太阳能电池的一侧上与所述光谱选择性反射体相邻；和
图形层，所述图形层在所述漫射体的背对所述光谱选择性反射体的一侧上与所述漫射体相邻。
14.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述光谱选择性反射体为多层聚合物膜。
15.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述光谱选择性反射体是打孔的。
16.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述漫射体包括含珠漫射体层。
17.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述漫射体包括具有小于1.35的折射率的层。
18.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述图形层包括位于所述漫射体的与所述光谱选择性反射体相背对的表面上的印刷图案。
19.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述图形层包括印刷透明基底。
20.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述图形层包括有色粘合剂。
21.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述图形层包括与所述漫射体相邻的印刷层以及与所述漫射体相背对的保护层。
22.根据权利要求13所述的多层太阳能电池装置，其中所述图形层包括压印图案。
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