CN108010991A - 一种具有上转换功能的太阳电池背板、组件及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有上转换功能的太阳电池背板、组件及制备方法。本发明的一种具有上转换功能的太阳能电池背板，包括常规背板和上转换涂层，所述上转换涂层涂覆在常规背板的表面。其有益效果是：本发明的具有上转换功能的太阳能电池背板可以将部分红外光转变为可以被硅电池所吸收的可见光；从而提高了硅电池对红外光的吸收利用率，降低了太阳能电池组件的效率损失，提高了整体效率；而本发明的具有上转换功能的太阳能组件可以将太阳光中波长大于1.1μm的不能被电池片所吸收利用的红外波段光线转换到可见光波段而被电池片所吸收利用，本发明的组件的短路电流Isc从10.92A提高到11.03A，组件转换效率从19.9％提高到20.1％。

Description

一种具有上转换功能的太阳电池背板、组件及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有上转换功能的太阳电池背板、组件及制备方法。
背景技术
由于能源资源的匮乏以及人们环保意识的增强，近年来太阳能电池开始大量使用，随着太阳能电池产业的不断发展，中国目前已经成为世界上产量第一的光伏行业加工基地，其中背板的市场占有率约占全球的三分之一，为此，国内目前的背板生产也进入了蓬勃发展期。太阳能电池组件通常是一个叠加的层状结构，从受光面到背面依次为玻璃层、EVA密封层、太阳能电池片、EVA密封层、和太阳能电池背板。太阳能电池背板是组件中仅次于电池片的重要部分，目前其主要作用是提高组件的整体机械强度并通过其本身的耐候性、阻隔性和绝缘性对电池片起到保护作用，而对提高电池片的转换效率作用有限。
效率的不断提高意味着太阳能电池组件成本的降低，是光伏行业不断追求的目标。对于常规铝背板太阳能电池，效率损失主要包括光学损失和电学损失，其中单纯的光谱损耗就使理论转换效率局限在48％左右。太阳发出的光经过大气层的散射和吸收后，到达地面上的太阳光在标准状态下的光谱主要分为紫外区域(300～400nm)占总辐射量的5％，可见光区域(400～700nm)占总辐射量的43％，红外区域(700～2500nm)占总辐射量的52％。对于晶体硅，太阳能光谱中只有波长小于1.1μm(能量高于1.12eV)的光才能被吸收产生电子空穴对。在AM1.5G太阳光谱下，约有19％的红外光能量低于1.12eV，这部分光将不能被太阳能电池所利用。
早在1966年，Auzel发现了稀土离子的反斯托克斯效应后，正式提出“上转换发光”的观点，自此，人们一直在研究如何利用上转换材料将红外光转变为最有效可见光而能广泛应用于产品中。迄今为止，上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等。现有通过红外上转换方式已能实现白、红、绿、蓝、紫等颜色光的输出。目前的主要应用为红外光激发发出可见光的红外探测、生物标识、长余辉发光的警示标识、防火通道指示牌或者室内墙壁涂装充当夜灯的作用等。但将上转换材料制作成涂层应用于太阳能电池背板上以提高硅电池对红外光的吸收利用，从而降低太阳能电池组件的效率损失，仍鲜见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有上转换功能的太阳电池背板、组件及制备方法。
本发明提供的一种具有上转换功能的太阳电池背板的制备方法，其技术方案为：
一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101、对常规太阳能电池背板表面进行清洗处理；
S102、将上转换材料粉末、粘结剂和溶剂混合成均匀的糊状物；
S103、将所述糊状物均匀地涂覆在清洗后的常规电池背板的表面形成上转换涂层；
S104、将涂有糊状物的常规太阳能电池背板干燥，使溶剂挥发完全。
其中，在步骤S101中，所述背板为FPF、KPK、FPE、KPE、多层PET、TAPE、TFB、KFB、BBF、FFC、KPC、KPF或PPC板等。
其中，在步骤S102中，上转换材料为红色上转换材料、绿色上转换材料、蓝色上转材料、彩色上转换材料或白色上转换材料中的一种或多种；所述溶剂为水或有机溶剂。
其中，在步骤S102中，所述上转换材料与溶剂、粘结剂的质量比是1:10:1～10:10:1。
其中，所述上转换材料为掺杂有稀土元素的化合物，其粒径为10～50μm；所述有机溶剂为邻苯二甲酸酯或松油醇中的一种或两种按任意比例的混合物；所述粘结剂为丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、缩丁醛树脂或乙基纤维素中的一种或其中任意两种按任意比例的混合物。
其中，所述稀土元素为钇Y、铥Tm、镧La、铒Er、镱Yb、钆Gd、钬Ho或镨Pr中的一种或多种；所述化合物为氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或卤化物。
其中，在步骤S104中，干燥温度为50～250℃，干燥时间为2～4h。
本发明还提供了一种具有上转换功能的太阳能电池背板，其特征在于：包括常规背板和上转换涂层，所述上转换涂层涂覆在常规背板的表面，所述上转换涂层能将部分红外光转变为能被硅电池吸收的可见光。
其中，所述上转换涂层的厚度为10～300μm。
本发明还提供了一种具有上转换功能的太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池组件由上至下依次包括玻璃、EVA、电池片、EVA、上转换涂层和常规太阳能电池背板。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明的具有上转换功能的太阳能电池背板可以将部分红外光转变为能被硅电池吸收的可见光，从而提高硅电池对红外光的吸收利用率，从而降低太阳能电池组件的效率损失，提高整体效率；并且本发明的提供的具有上转换功能的太阳能组件可以将太阳光中波长大于1.1μm的不能被电池片所吸收利用的红外波段光线转换到可见光波段而被电池片所吸收利用，使本发明的组件的短路电流Isc从10.92A提高到11.03A，组件转换效率从19.9％提高到20.1％；该具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法工艺简单、灵活性高、成本较低、极易实现，且可实现大规模、连续化和自动化生产，生产效率高。
附图说明
图1为本发明的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法流程图。
图2为本发明的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的结构示意图。
图3为本发明的一种具有上转换功能的太阳能电池组件结构示意图。
图4为太阳光照射到常规太阳能电池背板后的光线路径图。
图5为太阳光照射到本发明的一种具有上转换功能的太阳能电池背板后的光线路径图。
图6为本发明的一种具有上转换功能的太阳能电池背板对太阳能电池组件的效率提升效果图。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
S101、选择常规太阳能电池背板1，对常规太阳能电池的表面进行清洗除去表面的微小尘埃、颗粒等；常规太阳能电池背板可以为FPF，以TPT为代表、KPK、FPE，以TPE为代表、KPE、多层PET背板、TAPE，T层和P层之间加入铝层、TFB，PVF/PET/含氟粘结层、KFB，PVDF/PET/含氟粘结层、BBF，THV/PET/EVA、FFC，PET双面涂改良PTFE、KPC，PVDF/特殊处理PET、KPF，氟皮膜技术，结构是PVDF/PET/氟皮膜或PPC，特殊处理PET/耐候PET等中的任意一种。
S102、将上转换材料粉末、粘结剂和溶剂混合成均匀的糊状物。混合质量比例为1:10:1～10:10:1。
本步骤中，上转换材料可以为红色上转换材料、绿色上转换材料、蓝色上转材料、彩色上转换材料、白色上转换材料等其中的一种或多种。上转换材料为掺杂有稀土元素：钇Y、铥Tm、镧La、铒Er、镱Yb、钆Gd、钬Ho、镨Pr等中的一种或多种的化合物，所述化合物为氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或卤化物等；上转换材料的径粒尺寸为10～50μm。
本步骤中，有机溶剂为邻苯二甲酸酯或松油醇中的一种或两种按任意比例的混合物；粘结剂为丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、缩丁醛树脂或乙基纤维素中的一种或其中任意两种按任意比例的混合物。
S103、将步骤S102所制备的由上转换材料粉末、粘结剂和溶剂混合成均匀的糊状物涂于步骤S101处理后的常规太阳能电池背板表面形成上转化涂层2。采用涂层a—干燥—涂层b的方式最终形成上转换涂层2，每层的材料相同，所述上转换涂层2的厚度是10～300μm。
S104、将涂有糊状物的常规太阳能电池背板干燥，使溶剂挥发完全。干燥温度为50～250℃。干燥时间为2～4h。完成本步骤后的背板结构如图2所示。
一种具有上转换功能的太阳能电池背板，如图2所示，包括常规背板1和上转换涂层2。本发明中的上转换涂层2可以将部分红外光转变为可以被硅电池所吸收的可见光，提高硅电池对红外光的吸收利用率，从而降低太阳能电池组件的效率损失，提高整体效率，其对整体效率的提升效果如图6所示。
本发明还提供了一种具有上转换功能的太阳能电池组件，如图3所示，由上至下依次包括玻璃6、EVA5、电池片4、EVA3、上转换涂层2、常规太阳能电池背板1。对于由常规太阳能电池背板组成的电池组件，当太阳光由太阳能电池组件的上方，如上午或下午进入太阳能电池组件时，其光线路径如图4所示，太阳光A中波长大于1.1μm的红外部分光线由于能量低于1.12eV而不能被电池片4所吸收利用，将通过反射、透射、折射、遮阴损失等分别由玻璃6和背板1离开。
而对于由此具有上转换功能的太阳能电池背板组成的电池组件，当太阳光由太阳能电池组件的上方，如上午或下午进入太阳能电池组件时，其光线路径图如图5所示，太阳光A中波长大于1.1μm的红外部分光线的小部分仍然会将通过反射、透射、折射、遮阴损失等分别由玻璃6和背板1离开组件，但是太阳光A中波长大于1.1μm的红外部分光线的绝大部分通过玻璃6、EVA5、电池片4、EVA3后投射于上转换涂层2上，由于上转换涂层2具有使太阳光转换波长的功能，因此投射于所述上转换涂层2上的太阳光中波长大于1.1μm的不能被电池片4所吸收利用的红外部分光线波长将逐渐被激发出可见光波长A1，从而被电池片4所吸收利用。
图6为常规太阳能电池组件和本发明具有上转换功能的太阳能电池组件的电性能参数对比，由于上转换组件可以将太阳光中波长大于1.1μm的不能被电池片所吸收利用的红外波段光线转换到可见光波段而被电池片所吸收利用，故组件的短路电流Isc从10.92A提高到11.03A，组件转换效率从19.9％提高到20.1％。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101、对常规太阳能电池背板表面进行清洗处理；
S102、将上转换材料粉末、粘结剂和溶剂混合成均匀的糊状物；
S103、将所述糊状物均匀地涂覆在清洗后的常规电池背板的表面形成上转换涂层；
S104、将涂有糊状物的常规太阳能电池背板干燥，使溶剂挥发完全。
2.根据权利要求1所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：在步骤S101中，所述背板为FPF、KPK、FPE、KPE、多层PET、TAPE、TFB、KFB、BBF、FFC、KPC、KPF或PPC板。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：在步骤S102中，上转换材料为红色上转换材料、绿色上转换材料、蓝色上转材料、彩色上转换材料或白色上转换材料中的一种或多种；所述溶剂为水或有机溶剂。
4.根据权利要求3所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：在步骤S102中，所述上转换材料与溶剂、粘结剂的质量比是1:10:1～10:10:1。
5.根据权利要求4所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述上转换材料为掺杂有稀土元素的化合物，其粒径为10～50μm；所述有机溶剂为邻苯二甲酸酯或松油醇中的一种或两种按任意比例的混合物；所述粘结剂为丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、缩丁醛树脂或乙基纤维素中的一种或其中任意两种按任意比例的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述稀土元素为钇、铥、镧、铒、镱、钆、钬或镨中的一种或多种；所述化合物为氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或卤化物。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：在步骤S104中，干燥温度为50～250℃，干燥时间为2～4h。
8.一种具有上转换功能的太阳能电池背板，其特征在于：包括常规背板和上转换涂层，所述上转换涂层涂覆在常规背板的表面。
9.根据权利要求8所述的一种具有上转换功能的太阳能电池背板，其特征在于：所述上转换涂层的厚度为10～300μm。
10.一种具有上转换功能的太阳能电池组件，其特征在于：由上至下依次包括玻璃、EVA、电池片、EVA、上转换涂层和常规太阳能电池背板。
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