CN105977333B - 光伏电池组件及光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光伏电池组件及光伏发电系统，涉及光伏发电技术领域，以解决现有的光伏电池中，当光线照射到光伏电池板上时，栅线会将一部分光反射出去，造成光能浪费的问题。本发明所述的光伏电池组件，包括：栅线层和基体；基体包括：由上至下依次设置的掺杂硅层、衬底硅层和电极层；栅线层埋设在掺杂硅层内。本发明主要应用于光伏发电设备的生产制造中。

Description

光伏电池组件及光伏发电系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种光伏电池组件及光伏发电系统。

背景技术

随着工业社会的发展，能源问题成为了当今社会需要首要解决的问题，目前主要使用的能源有化学能和核能。其中，化学能源主要为石油、天然气等自然资源，然而，随着开采成本的上升，化学能源已经渐渐无法满足当今社会的需要，同时，随着近年来发生的几起核电站事故，也让人们开始反思，是否有一种能源能够满足成本低、可靠性高、同时不易对环境造成污染的要求。

近年来，随着半导体技术的发展，光伏发电逐渐进入了人们的视野，太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173，000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，是真正的取之不尽用之不竭的能源，并且太阳光发电干净无污染，目前现有的光伏电池主要使用硅片作为集体材料，经过扩散作用在硅片内行程P－N结，再在硅片表面通过丝网印刷制出栅线，并通过栅线收集汇总P－N结所产生的电流，以进行发电。

然而，本申请发明人发现，目前现有技术中的光伏电池，栅线一般由银或其它金属制成，栅线本身具有一定宽度，并且金属的反光性能好，一个光伏电池板上一般有二到五根主栅线，同时还会有100根至200根副栅线，当光线照射到光伏电池板上时，栅线会将一部分光反射出去，造成光能的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏电池组件及光伏发电系统，以解决现有的光伏电池中，当光线照射到光伏电池板上时，栅线会将一部分光反射出去，造成光能浪费的问题。

本发明提供一种光伏电池组件，包括：栅线层和基体；所述基体包括：由上至下依次设置的掺杂硅层、衬底硅层和电极层；所述栅线层埋设在所述掺杂硅层内。

实际应用时，所述掺杂硅层包括：受主杂质；或，所述掺杂硅层包括：施主杂质。

其中，所述栅线层包括多根栅线，且多根所述栅线均匀分布在所述栅线层内。

具体地，所述栅线层的面积与所述基体的面积相同。

实际应用时，所述栅线的熔点高于硅的熔点。

其中，所述掺杂硅层上表面设置有凹陷坑状绒面。

实际应用时，本发明提供的光伏电池组件还包括反射层，且所述反射层设置在所述衬底硅层和所述电极层之间。

实际应用时，本发明提供的光伏电池组件还包括减反射膜；所述减反射膜设置在所述掺杂硅层的上表面。

相对于现有技术，本发明所述的光伏电池组件具有以下优势：

本发明提供的光伏电池组件中，包括：栅线层和基体；基体包括：由上至下依次设置的掺杂硅层、衬底硅层和电极层；栅线层埋设在掺杂硅层内。由此分析可知，本发明提供的光伏电池组件，掺杂硅层与衬底硅层接触设置，掺杂硅层与衬底硅层的接触面形成一个P－N结，由于P型硅层多空穴，N型硅层多自由电子，因此在两个硅层接触面出现了电子的浓度差，N型硅层的自由电子扩散到P型硅层，P型硅层的空穴扩散到N区，形成一个由N型硅层指向P型硅层的内电场，并在掺杂硅层与衬底硅层的接触界面附近形成电势差，当光线照射本发明提供的光伏电池组件的掺杂硅层表面时，具有足够能量的光子能够在P型硅或N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对，电子或空穴在复合前，在内电场的作用下，电子移向带正电的N区，空穴移向带负电的P区，从而电子与空穴发生分离，并且在P区与N区之间产生一个电压，由于本发明提供的光伏电池组件栅线层埋设在掺杂硅层内，因此掺杂硅层的整个表面均可用于吸收太阳光，通过导线将栅线层－用电器－电极层依次连通，即可供电，从而避免因栅线的阻挡而损失部分光能，进而能够显著提高发电效率。

本发明还提供一种光伏发电系统，包括本发明提供的光伏电池组件，同时还包括至少一块光能移相板；所述光能移相板设置于所述光伏电池组件的斜上方。

实际应用时，所述光能移相板包括：透明基体以及用于使光线的传播方向发生偏移的凸起；所述凸起设置于所述透明基体的下表面。

所述光伏发电系统与上述光伏电池组件相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光伏电池组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种光伏电池组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光伏发电系统中光能移相板与光伏电池组件的位置关系示意图；

图4为本发明实施例提供的光伏发电系统中光能移相板的结构示意图。

附图标记：

10－栅线层，11－栅线，111－主栅线，112－副栅线；

20－基体，21－掺杂硅层，22－衬底硅层，23－电极层；

30－反射层；

40－减反射膜；

50－光能移相板，51－透明基体，52－凸起。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的一种光伏电池组件的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种光伏电池组件，包括：栅线层10和基体20；基体20包括：由上至下依次设置的掺杂硅层21、衬底硅层22和电极层23；栅线层10埋设在掺杂硅层21内。

本发明实施例提供的光伏电池组件中，如图1所示，包括：栅线层10和基体20；基体20包括：由上至下依次设置的掺杂硅层21、衬底硅层22和电极层23；栅线层10埋设在掺杂硅层21内。由此分析可知，本发明实施例提供的光伏电池组件，掺杂硅层21与衬底硅层22接触设置，掺杂硅层21与衬底硅层22的接触面形成一个P－N结，由于P型硅层多空穴，N型硅层多自由电子，因此在两个硅层接触面出现了电子的浓度差，N型硅层的自由电子扩散到P型硅层，P型硅层的空穴扩散到N区，形成一个由N型硅层指向P型硅层的内电场，并在掺杂硅层21与衬底硅层22的接触界面附近形成电势差，当光线照射到本发明提供的光伏电池组件的掺杂硅层21表面时，具有足够能量的光子能够在P型硅层或N型硅层中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对，电子或空穴在复合前，在内电场的作用下，电子移向带正电的N型硅层，空穴移向带负电的P型硅层，从而电子与空穴发生分离，并且在P型硅层与N型硅层之间产生一个电压，由于本发明实施例提供的光伏电池组件栅线层10埋设在掺杂硅层21内，因此掺杂硅层21的整个表面均可用于吸收太阳光，通过导线将栅线层10－用电器－电极层23依次连通，即可供电，从而避免因栅线11的阻挡而损失部分光能，进而能够显著提高发电效率。

此处需要补充说明的是，电极层23一般选用铝、铜、银等金属材料。

实际应用时，为了能够在掺杂硅层21与衬底硅层22的接触面上形成P－N结，掺杂硅层21包括：受主杂质；受主杂质一般为三族元素，若在纯净的硅中掺入三族元素杂质(例如：硼、铝、镓等)，这些三族杂质原子在硅晶体中替换掉一部分硅原子，由于它们最外层只有三个价电子，在与硅原子形成共价键时产生一个空穴，掺杂后的掺杂硅层21为P型硅层，相对地，纯净的硅组成的衬底硅层22为N型硅层。或，掺杂硅层21包括：施主杂质；施主杂质一般为五族元素，若在纯净的硅中掺入五族元素杂质(例如：磷、砷等)，这些五族杂质原子在硅晶体中替换掉一部分硅原子，由于它们最外层有五个价电子，在与硅原子形成共价键时，多余的一个电子成为自由电子，掺杂后的掺杂硅层21为N型硅层，相对地，纯净的硅组成的衬底硅层22为P型硅层，从而能够在掺杂硅层21与衬底硅层22的接触面上形成P－N结。

其中，为了更高效地收集产生的电流，如图1所示，栅线层10包括多根栅线11，且多根栅线11均匀分布在栅线层10内，在光子激发共价键中的电子形成空穴－电子对时，若不及时收集电子，电子会重新跟空穴结合，栅线11能够用于收集这些激发出来的电子，同时又因为本发明实施例提供的光伏电池组件中，栅线层10埋设在掺杂硅层21内，因此栅线11可设置多根，无需考虑遮挡阳光的问题，同时，栅线11应均匀设置，从而避免局部栅线11设置得太过疏松，导致无法高效地收集电子的情况发生。

具体地，为了提高发电效率，如图1所示，栅线层10的面积与基体20的面积相同，由于在光线照射到掺杂硅层21上时，整个掺杂硅层21与衬底硅层22的交界面附近均会产生自由电子，因此为了提高发电效率，栅线层10的面积应与基体20的面积相同，从而保证掺杂硅层21与衬底硅层22的交界面附近产生的电子均能够被栅线11收集，从而提高发电效率。

图2为本发明实施例提供的另一种光伏电池组件的结构示意图。

此外，如图1－图2所示，栅线层10的设置方式有多种，如图1所示，栅线层10包括多根平行设置的栅线11，采用此种设置，能够节省成本，同时降低加工难度；或，如图2所示，栅线层10包括2－5根平行设置的主栅线111，以及多根与主栅线111垂直设置的副栅线112，采用此种设置，能够更简便地收集电流。

实际应用时，为了保证栅线层10顺利埋设进掺杂硅层21内，用于制作栅线11的材料的熔点应高于硅的熔点，在实际制作本发明实施例提供的光伏电池组件时，需将预先制好的栅线层10放入熔融状态的液态硅中，因此为了保证埋设工艺的顺利进行，用于制作栅线11的材料的熔点应高于硅的熔点，从而避免因栅线11的材料的熔点过低导致其熔解在液态硅中的情况发生。

此处需要补充说明的是，通过将预先制好的栅线层10放入熔融状态的液态硅中，待硅冷却凝固后，即可实现栅线11埋设在掺杂硅层21内，此种操作通过本领域的常规技术手段即可实现(例如：直拉法生产单晶硅的过程中，需要将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程生产单晶硅，本发明的操作方法与直拉法相比更为简单，因此对于本领域技术人员来说完全可以实现)。

此处还需要补充说明的是，制作栅线11的材料的熔点应高于硅的熔点，硅的熔点为1414摄氏度，实际应用时，本领域中常见的用于制作栅线11的材料有：金属钽(熔点2996摄氏度)、钼或钼合金(钼的熔点为2615摄氏度，二硅化钼的熔点为2030摄氏度，碳化二钼的熔点为2690摄氏度)，钛合金(例如：二硼化钛，熔点为2980摄氏度；二氧化钛，熔点为1840摄氏度)，铪合金(例如碳化铪，熔点为3890摄氏度)，碳纳米管(熔点预计为3652摄氏度－3697摄氏度)等等。

金属钽的硬度适中，导电性优良，可用于制作电极、整流器、电容等。

钼及钼合金除具有高强度，良好的导电、导热和低的热膨胀系数(与电子管用玻璃相近)外，还拥有易于加工的优势，因此用常规加工方法生产的板、带、箔、管、棒、线和型材等，在电子管(栅极和阳极)、电光源(支撑材料)零件中得到广泛应用。

二硼化钛是硼和钛最稳定的化合物，为C32型结构，以其价键形式结合，属六方晶系的准金属化合物。其完整晶体的结构参数为：a为0.3028nm，C为0.3228nm。晶体结构中的硼原子面和钛原子面交替出现构成二维网状结构，其中的B与另外3个B以共价键相结合，多余的一个电子形成大π键。这种类似于石墨的硼原子层状结构和Ti外层电子决定了TiB2具有良好的导电性。

二氧化钛，熔点为1840摄氏度，具有良好的导电性，常用作光伏电池电极使用。

碳化铪是已知单一化合物中熔点最高者，具有良好的导电性。

碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。

其中，为了更好地吸收光能，掺杂硅层21上表面设置有凹陷坑状绒面，在掺杂工艺前，可以先使用硝酸与氢氟酸对掺杂硅层21的表面进行处理，利用硝酸的氧化性以及氢氟酸的络合性，在掺杂硅层21表面形成凹陷坑状绒面，从而能够提高光的接收面积，同时减少光线反射，进而能够更好地吸收光能。

实际应用时，为了充分地利用光能，如图1－图2所示，本发明实施例提供的光伏电池组件还包括反射层30，且反射层30设置在衬底硅层22和电极层23之间，当光线照射到本发明实施例提供的光伏电池组件上时，不同波长的光线的穿透能力不同，若光线的穿透能力足够强，光线会透射过整个基体20，为了能将透射过基体20的这部分光线充分利用，在衬底硅层22和电极层23之间设置反射层30，反射层30能够将光线反射回P－N结交界面处，重新实现激发电子的效果，从而能够更加充分地利用光能。

实际应用时，为了避免光线被过多地反射，如图1－图2所示，本发明实施例提供的光伏电池组件还包括减反射膜40；减反射膜40设置在掺杂硅层21的上表面，减反射膜40能够根据自身的光学厚度减少某种特定波长的光线的反射光，若叠加设置多个减反射膜40，能够有效地在较宽的光谱区实现增透效果，从而避免光线被过多地反射。

图3为本发明实施例提供的光伏发电系统中光能移相板与光伏电池组件的位置关系示意图。

此处需要补充说明的是，图3中虚线表示光线传播的方向。

如图3所示，本发明实施例还提供的一种光伏光伏发电系统，包括本发明实施例提供的光伏电池组件，同时还包括至少一块光能移相板50；光能移相板50设置于本发明实施例提供的光伏电池组件的斜上方。

本发明实施例提供的光伏发电系统中，如图3所示，包括本发明实施例提供的光伏电池组件，同时还包括至少一块光能移相板50；光能移相板50设置于本发明实施例提供的光伏电池组件的斜上方。由此分析可知，本发明实施例提供的光伏发电系统中，掺杂硅层21与衬底硅层22接触设置，掺杂硅层21与衬底硅层22的接触面形成一个P－N结，由于P型硅层多空穴，N型硅层多自由电子，因此在两个硅层接触面出现了电子的浓度差，N型硅层的自由电子扩散到P型硅层，P型硅层的空穴扩散到N区，形成一个由N型硅层指向P型硅层的内电场，并在掺杂硅层21与衬底硅层22的接触界面附近形成电势差，当光线照射到本发明提供的光伏电池组件的掺杂硅层21表面时，具有足够能量的光子能够在P型硅层或N型硅层中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对，电子或空穴在复合前，在内电场的作用下，电子移向带正电的N型硅层，空穴移向带负电的P型硅层，从而电子与空穴发生分离，并且在P型硅层与N型硅层之间产生一个电压，由于本发明实施例提供的光伏发电系统中，光伏电池组件栅线层10埋设在掺杂硅层21内，因此掺杂硅层21的整个表面均可用于吸收太阳光，通过导线将栅线层10－用电器－电极层23依次连通，即可供电，从而避免因栅线11的阻挡而损失部分光能，同时，光能移相板50能够将照射到其本身的光线转移到本发明实施例提供的光伏电池组件上，进而能够显著提高发电效率。

此处需要补充说明的是，为了进一步提升光能移相板50的转移光线的效果，光能移相板50的面积应与基体20的面积相同，从而能够保证整个掺杂硅层21上均能够接收到光能移相板50转移的光线。

图4为本发明实施例提供的光伏发电系统中光能移相板的结构示意图。

实际应用时，为了实现转移光线的效果，如图4所示，光能移相板50包括：透明基体51以及用于使光线的传播方向发生偏移的凸起52；在实际使用中，结合图3所示，凸起52设置于透明基体51的下表面，凸起52的作用相当于透镜，当光线射入透明基体51后，光线投射进凸起52中，在从凸起52中射出时，根据凸起52的角度不同，射出的光线的角度也发生变化，从而实现光线的转移，如图3所示，可同时设置多个光能移相板，并调整凸起52的形状，从而调整射出光线的角度，进而能够显著提升本发明实施例提供的光伏电池组件上的光照强度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光伏电池组件，其特征在于，包括：栅线层和基体；

所述基体包括：由上至下依次设置的掺杂硅层、衬底硅层和电极层；

所述栅线层完全埋设在所述掺杂硅层内。

2.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于，所述掺杂硅层包括：受主杂质；

或，所述掺杂硅层包括：施主杂质。

3.根据权利要求2所述的光伏电池组件，其特征在于，所述栅线层包括多根栅线，且多根所述栅线均匀分布在所述栅线层内。

4.根据权利要求3所述的光伏电池组件，其特征在于，所述栅线层的面积与所述基体的面积相同。

5.根据权利要求2-4任一项所述的光伏电池组件，其特征在于，所述栅线的熔点高于硅的熔点。

6.根据权利要求5所述的光伏电池组件，其特征在于，所述掺杂硅层上表面设置有凹陷坑状绒面。

7.根据权利要求2、3、4、6任一项所述的光伏电池组件，其特征在于，还包括反射层，且所述反射层设置在所述衬底硅层和所述电极层之间。

8.根据权利要求2、3、4、6任一项所述的光伏电池组件，其特征在于，还包括减反射膜；

所述减反射膜设置在所述掺杂硅层的上表面。

9.一种光伏发电系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光伏电池组件，还包括：至少一块光能移相板；

所述光能移相板设置于所述光伏电池组件的斜上方。

10.根据权利要求9所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光能移相板包括：透明基体以及用于使光线的传播方向发生偏移的凸起；

所述凸起设置于所述透明基体的下表面。