CN105489691A - 一种具有高转换效率的太阳能电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高转换效率的太阳能电池组件，包括由上至下依次层叠并在高温下层压为一个整体的超白低铁钢化玻璃、上封装层、太阳能电池片、下封装层及背板，所述的上封装层和下封装层材料为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、硅酮或聚氨酯中的一种，所述上封装层和下封装层中都均匀掺杂有光谱转换物质，上、下封装层材料的紫外截止波长小于310nm。本发明中使用的封装层实现了对太阳光谱中紫外光的有效利用；而对于硅太阳能电池不能吸收的红外光，通过光谱转换物质将此波段光转换为太阳能电池片具有较高响应的可见光，增加了光生电流，并间接降低了电池片的温度，从而提升了组件的输出功率及转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能材料和器件领域，尤其涉及一种具有高转换效率的太阳能电池组件。
背景技术
太阳能作为一种清洁绿色的可再生新能源受到了越来越多的关注，其应用也越来越广泛，除传统的光热转换外，太阳能一个最重要的应用就是光伏发电。光伏发电的最基本单元是太阳能电池，在具体的应用中，通常是由多个互相联接的太阳能电池片构成太阳能电池组件，然后再将各个太阳能电池组件连接起来构成整体的电流输出。
目前广泛使用的太阳能电池组件基本上都是由超白低铁钢化玻璃、两层EVA（乙烯-乙酸乙烯共聚物）、太阳能电池片及背板等材料组成。由于太阳能电池组件输出功率与其接受的光照强度成正比，为了尽可能提高其输出功率，即提高组件的转换效率，必须将组件的光能利用率最大化。传统提高组件光能利用率主要有以下两种途径：（1）使用镀膜玻璃以减小玻璃的反射从而增大光的透过率，（2）使用具有较高反射率的白色背板通过零深度聚光效应增强背板对光的散射。
由于使用材料的关系，太阳能电池组件对短波长光的利用率很低，如现有封装材料的紫外截止波长一般为360nm，当太阳光照射到组件，太阳光谱中小于此波长的紫外光首先被封装材料吸收，无法被太阳能电池片利用，因此间接降低了组件的输出功率及转换效率。另外对于波长大于1200nm的红外光，由于光子能量小于硅的带隙宽度，因此不能使电池片产生光生电流，这部分光只能转换为热量，从而增加电池片的温度，降低组件的转换效率。如何能让组件既能利用太阳光中的紫外光又能利用红外光，成为了众多技术人员关注的一个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有高转换效率的太阳能电池组件，能够使太阳能组件在现有的封装结构上充分利用太阳光谱中的紫外光及红外光，从而提高其转换效率及输出功率。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种具有高转换效率的太阳能电池组件，包括由上至下依次层叠并在高温下层压为一个整体的超白低铁钢化玻璃、上封装层、太阳能电池片、下封装层及背板，其特征在于：
所述的上封装层和下封装层材料为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、硅酮或聚氨酯中的一种，所述上封装层和下封装层中都均匀掺杂有光谱转换物质，所述的上、下封装层材料的紫外截止波长小于310nm。
所述光谱转换物质为稀土离子Yb3+,Er3+共掺的氟化物或氧化物。
所述光谱转换物质为稀土离子Yb3+,Tm3+共掺的氟化物或氧化物。
所述光谱转换物质为稀土离子Er3+单掺的氟化物或氧化物。
所述光谱转换物质为稀土离子Tm3+单掺的氟化物或氧化物。
所述的光谱转换物质掺杂浓度为0.5%~10%。
本发明具有如下有益效果：通过在组件的封装层中掺杂光谱转换物质，实现对太阳光谱的部分转换。和现有的EVA封装材料相比，本发明中使用的封装层在保证其可靠性的基础上未添加紫外吸收剂，因而能透过更短波长的紫外光，实现了对太阳光谱中紫外光的有效利用；而对于硅太阳能电池不能吸收的红外光，通过光谱转换物质将此波段光转换为电池片具有较高响应的可见光，增加了光生电流。另外，由于红外光被利用，间接降低了电池片的温度，从而提升了组件的输出功率及转换效率。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图。
其中，1为钢化玻璃，2为上封装层，3为太阳能电池片，4为下封装层，5背板，6为光谱转换物质。
具体实施方式
为能进一步了解本发明专利的技术特征与内容，下面结合实施例对本专利的详细技术作进一步说明。
如图1所示，一种具有高转换效率的太阳能电池组件，包括由上至下依次层叠并在高温下层压为一个整体的超白低铁钢化玻璃1、上封装层2、太阳能电池片3、下封装层4及背板5，所述的上封装层和下封装层材料为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、硅酮或聚氨酯中的一种，所述上封装层和下封装层中都均匀掺杂有光谱转换物质6，所述的上、下封装层材料的紫外截止波长小于310nm。
实施例1
在本实施例中，上封装层和下封装层材料均为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其中上封装层的紫外截止波长为300nm，因而对于波长大于300nm的光均能透过，故对于300nm～400nm波段的紫外光，太阳能电池片能完全吸收利用，增加了光生电流，提高了组件的输出功率。
另外，上封装层和下封装层均掺杂有氟化物NaYF4:Yb3+,Er3+，掺杂浓度为2%，均匀分散于上封装层和下封装层之中。这种材料属于上转换材料，能将红外光转换为绿光。在转换过程中，Yb3+(2F7/2→2F5/2)吸收近红外辐射，并将其传递给Er3+，因而Er3+的4I11/2能级上的粒子被积累。在4I11/2能级的寿命期内，又一个光子被Yb3+吸收，并将其能量传递给Er3+，使Er3+从4I11/2能级跃迁到4I7/2能级，然后无辐射跃迁到4S3/2能级，最后4S3/2能级产生绿光发射，整个过程中吸收了两个红外光子，产生了一个绿光光子。
实施例2
在本实施例中，上封装层和下封装层材料均为聚乙烯醇缩丁醛，其中上封装层的紫外截止波长为308nm，故对于308nm～400nm波段的紫外光，太阳能电池片能完全吸收利用，增加了光生电流，提高了组件的输出功率。
另外，在上封装层和下封装层均掺杂有氟化物YF3:Yb3+,Tm3+，掺杂浓度为5%，均匀分散于上封装层和下封装层之中。此种材料属于上转换材料，通过三光子上转换过程，能将红外光转换为蓝光。在转换过程中，Yb3+(2F7/2→2F5/2)吸收近红外辐射，并将其传递给Tm3+。在第一步传递之后，Tm3+的3H5能级上的粒子数被积累，然后迅速衰减到3F4能级。在第二步传递过程中，Tm3+从3F4能级跃迁到3F2能级，并快速衰减到3H4能级。在第三步传递过程中，Tm3+从3H4能级跃迁到1G4能级，并最终产生蓝光发射。
实施例3
在本实施例中，上封装层和下封装层材料均为硅酮，其中上封装层的紫外截止波长为305nm，故对于305nm～400nm波段的紫外光，太阳能电池片能完全吸收利用，增加了光生电流，提高了组件的输出功率。
另外，上封装层和下封装层均掺杂有氟化物NaYF4:Er3+，掺杂浓度为7%，均匀分散于上封装层和下封装层之中，通过上转换过程，能将红外光转换为绿光。在转换过程中，通过连续吸收两个光子，Er3+跃迁至4S3/2能级，最后4S3/2能级产生绿光发射。
由此可见，本发明可以实现对太阳光谱中各波段光的有效利用，大幅度提升了组件的输出功率和转换效率；同时也避免了一些其它效应对组件的不利影响，如红外光的热效应带来的太阳能电池片温度升高。由于光谱转换物质能实现红外光的有效利用，因而太阳能电池片温度能控制在较低的范围，间接提升了组件的转换效率。
Claims (6)
1.一种具有高转换效率的太阳能电池组件，包括由上至下依次层叠并在高温下层压为一个整体的超白低铁钢化玻璃、上封装层、太阳能电池片、下封装层及背板，其特征在于：所述的上封装层和下封装层材料为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、硅酮或聚氨酯中的一种，所述上封装层和下封装层中都均匀掺杂有光谱转换物质，所述的上、下封装层材料的紫外截止波长小于310nm。
2.根据权利要求1所述的具有高转换效率的太阳能电池组件，其特征在于：所述光谱转换物质为稀土离子Yb3+,Er3+共掺的氟化物或氧化物。
3.根据权利要求1所述的具有高转换效率的太阳能电池组件，其特征在于：所述光谱转换物质为稀土离子Yb3+,Tm3+共掺的氟化物或氧化物。
4.根据权利要求1所述的具有高转换效率的太阳能电池组件，其特征在于：所述光谱转换物质为稀土离子Er3+单掺的氟化物或氧化物。
5.根据权利要求1所述的具有高转换效率的太阳能电池组件，其特征在于：所述光谱转换物质为稀土离子Tm3+单掺的氟化物或氧化物。
6.根据权利要求1所述的具有高转换效率的太阳能电池组件，其特征在于：所述的光谱转换物质掺杂浓度为0.5%~10%。
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