CN108447929A - 一种带陷光结构的光伏组件及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带陷光结构的光伏组件及其加工方法，所述光伏组件包括光伏板，所述光伏板包括带有陷光结构的玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片，玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片从上往下依次层叠在一起；光面晶体硅电池片包括上表面为平面的晶体硅电池基体、设置在该晶体硅电池基体上表面的减反膜，以及设置在减反膜上并透过减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触的电极。本发明可明显提高晶体硅电池对太阳光的吸收能力，可减少晶体硅电池表面缺陷，减少复合，提高少子寿命，增强光生伏特效应，从而获得高效光电转换效率，且制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件，特别是涉及一种带陷光结构的光伏组件及其加工方法。
背景技术
太阳能电池是利用半导体材料光生伏特效应来工作的器件，能够将太阳光的能量直接转化为电能。晶体硅电池以其性价比高的优势在光伏市场一直占据主流地位。工业上规模化生产晶硅太阳能电池的重点方向是降低电池生产成本和提高电池效率。提高晶体硅电池光电转换效率，关键在于如何实现对太阳光的高效吸收和增强光生伏特效应。绒面晶体硅电池可提高吸光率，但绒面结构不可避免会削弱其光生伏特效应。当然光面晶体硅电池的光生伏特效应会高于绒面晶体硅电池，但太阳光直接照射在光面晶体硅电池的表面会有30％反射损失，因此在提高电池效率方面，减少电池受光面对光的反射，增强电池光生伏特效应是提高电池效率的有效手段之一。增加电池对光吸收的方法主要有三种：一是在电池表面覆盖减反射膜，减少光的反射；二是在电池表面生长宽带隙的异质层，增加对光的光谱响应范围；三是在电池表面直接制备各种绒面，制造陷光效果，减少光的反射损失。
在晶体硅表面蒸镀减反射膜(厚0.01～0.3μm)，减反射膜通过光波的干涉原理,当膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少，使晶体硅电池的反射损失减少。由于太阳光的波长范围较大，采用单层减反膜很难达到理想的减反效果，为实现较宽光谱的减反效果，只能采用多层减反射膜，为了保证其厚度的均匀性，会导致其加工难度大，使得加工成本高。而且单纯减反膜陷光效果不如陷光结构与减反膜二者相结合的陷光效果，如申请号或专利号为201120566236.3、201110004888.2、201010272066.8、201110173943.0和201110438900.0的中国专利申请或中国专利公开的技术方案。当硅片与陷光膜相结合时，由于硅片属于脆硬材料，直接将陷光膜热压印至硅片表面，容易造成硅片破裂，降低成品率，如专利号为201310144561.4的中国专利公开的技术方案。
在电池表面生长宽带隙的异质结，通过与晶体硅禁带宽度不同的材料构成异质结太阳能电池，可拓宽对太阳光的吸收谱，从而实现宽谱带吸收目的，有效地增加了不能被硅材料吸收波段太阳光，提高了硅基太阳能电池的转换效率。而且减小了原料硅的消耗，与同质结相比，异质结具有更大的内建电场，使注入结两侧的非平衡少子电流增加，从而增加开路电压和短路电流。然而，由于异质结的引入带来的晶体硅电池的性能稳定性、工艺兼容性问题，进一步的工艺改进和新材料、新结构的设计以及薄膜硅电池的异质结界面问题仍有待解决。
为了更充分地利用太阳光，降低电池受光面对光的反射率，人们研究出了很多新型制绒方法，如反应离子刻蚀法、光刻法、机械刻槽法等，但却存在容易产生损伤层、生产成本高昂等问题。目前主要采用化学制绒技术获取绒面晶体硅电池，该绒面晶体硅电池表面为不规则的陷光结构，可增加太阳光的折射吸收次数，以减少其表面的反射损失(目前单晶硅的反射损失大于8％，多晶硅的反射损失大于12％)；而且制绒工艺会导致晶体硅高温扩散不一致、晶格位错缺陷、接触电阻增大等不利因素的凸显，从而削弱晶体硅电池的光生伏特效应，限制了晶体硅电池光电转换效率的进一步提高，如申请号为201210061306.9的中国专利申请公开的技术方案。
综上所述，在现有的工艺条件下，如何发明一种有效的光陷阱结构，并结合光面的晶硅电池高光电转换效率的优点，变得具有十分重大的意义。
发明内容
针对以上缺陷和不足，本发明提供了一种带陷光结构的光伏组件及其加工方法，其对太阳光吸收率高、光生伏特效应好，制造周期短、成本较低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带陷光结构的光伏组件，包括光伏板，所述光伏板包括带有陷光结构的玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片，玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片从上往下依次层叠在一起；光面晶体硅电池片包括上表面为平面的晶体硅电池基体、设置在该晶体硅电池基体上表面的减反膜，以及设置在减反膜上并透过减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触的电极。
进一步的，所述玻璃层包括钢化玻璃、上表面设置有所述陷光结构的透光薄膜，透光薄膜设置在钢化玻璃上表面；透光薄膜的折射率小于或等于钢化玻璃的折射率，钢化玻璃的折射率小于或等于所述第一胶膜层的折射率。
进一步的，所述减反膜的数量为至少两层，该至少两层减反膜层叠在所述晶体硅电池基体上表面，所述电极设置在顶层减反膜上，并透过各层减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触。
进一步的，所述减反膜的数量为两层，底层减反膜的折射率n1为：
顶层减反膜的折射率为n2为：
其中，n0为所述晶体硅电池基体的折射率，n3为所述第一胶膜层的折射率。
进一步的，所述光伏板还包括第二胶膜层、保护膜，所述晶体硅电池基体、第二胶膜层、保护膜从上往下依次层叠在一起。
进一步的，所述保护膜为TPT膜，和/或，所述第一胶膜层、第二胶膜层均为EVA材质。
进一步的，还包括边框，所述光伏板封装在该边框中。
进一步的，所述陷光结构的尺寸为微米级。
本发明另提供一种带陷光结构的光伏组件的加工方法，包括以下步骤：
1)制作带有陷光结构的玻璃层；
2)制作光面晶体硅电池片：在上表面为平面的晶体硅电池基体上表面溅射至少一层减反膜，将电极通过印刷工艺吸附在减反膜上，并通过高温烧结工艺透过减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触；
3)将玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片从上往下压在一起，形成光伏板。
进一步的，所述步骤1)包括以下步骤：
11)在透光薄膜上表面热压印出陷光结构；
12)将透光薄膜热熔粘在钢化玻璃上；
所述减反膜的数量为至少两层，底层减反膜溅射在所述晶体硅电池基体上表面，上一层的减反膜溅射在下一层的减反膜的上；所述电极通过印刷工艺吸附在顶层减反膜上，并通过高温烧结工艺透过各层减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触；
还包括以下步骤：
4)在所述光面晶体硅电池片下表面从上往下依次压合第二胶膜和保护膜，使整体形成光伏板；
5)将所述光伏板封装于边框中。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明增加了一层带陷光结构的玻璃层，使得晶体硅对太阳光吸收效率更高。
2、光面晶体硅电池片的电极处于陷光结构下，使电极的反射光还会通过带陷光结构的玻璃层反射进入光面晶体硅电池片，可以避免电极遮光，达到更好的陷光效果。
3、光面晶体硅电池片中的晶体硅电池基体上表面为平面结构，相对绒面结构来说，不会产生因为高温扩散而产生的微裂纹、晶格位错、接触电阻增大等缺陷，减少复合，提升少子寿命，增强光生伏特效应，提高短路电流。
4、在陷光结构与光面晶体硅电池片之间加了一层玻璃，便于陷光结构覆盖于光面晶体硅电池片表面，并能防止热压印过程对光面晶体硅电池片造成损坏，且其陷光结构表面具有自清洁功能和抗冲击功能。
5、利用光面晶体硅电池片减少了繁琐费时的制绒工序，节省生产时间与成本。
6、采用至少两层减反膜，特别是采用双层减反膜，可以进一步降低反射率。
综上所述，本发明可明显提高晶体硅电池对太阳光的吸收能力，可减少晶体硅电池表面缺陷，减少复合，提高少子寿命，增强光生伏特效应，从而获得高效光电转换效率，且制造成本低。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种带陷光结构的光伏组件及其加工方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的分解示意图；
图2是本发明的光面晶体硅电池片的剖视图；
图3为本发明去除铝合金边框的整体结构剖视图。
具体实施方式
实施例，请参见图1-图3所示，本发明的一种带陷光结构的光伏组件，包括光伏板、铝合金边框6，所述光伏板包括带有陷光结构的玻璃层1、第一胶膜层2、光面晶体硅电池片3、第二胶膜层4和保护膜，所述保护膜具体为TPT膜5，即聚氟乙烯复合膜。玻璃层1、第一胶膜层2、光面晶体硅电池片3、第二胶膜层4、TPT膜5从上往下依次层叠在一起。光伏板与铝合金边框6封装成光伏组件。光面晶体硅电池片3包括上表面为平面的晶体硅电池基体33、设置在该晶体硅电池基体33上表面的减反膜，以及设置在减反膜上并透过减反膜与晶体硅电池基体33形成欧姆接触的电极34。所述第一胶膜层2、第二胶膜层4均为EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)材质，所述陷光结构的尺寸为微米级，太阳光经过该陷光结构时被多次折射吸收。
本实施例中，所述玻璃层1包括钢化玻璃12、上表面热压印有所述陷光结构的透光薄膜11，透光薄膜11为塑料材质，并通过热熔工艺粘在钢化玻璃12上表面。除此，也可以直接在钢化玻璃12表面加工出陷光结构，使其形成所述带有陷光结构的玻璃层1。透光薄膜11的折射率小于或等于钢化玻璃12的折射率，钢化玻璃12的折射率小于或等于所述第一胶膜层2的折射率。
本实施例中，所述减反膜的数量为两层，但不局限于此。该两层减反膜31、32层叠在所述晶体硅电池基体33上表面，具体，底层减反膜32溅射在所述晶体硅电池基体33上表面，顶层减反膜31溅射在底层减反膜32上。所述电极34为银电极，其通过丝网印刷工艺吸附在顶层减反膜31上，并通过高温烧结工艺透过各层减反膜与晶体硅电池基体33形成欧姆接触。
以反射率极小值为目标选择两层减反膜31、32的材料，并优化带陷光结构的玻璃层1的表面微结构尺寸参数使得带陷光结构的光伏组件减反射损失尽量小。
由最优透射原则n2＝nanb计算两层减反膜31、32的折射率,底层减反膜32的折射率n1和顶层减反膜31的折射率n2应该尽可能满足公式(1)和(2)联立方程组，式中n0为晶体硅电池基体33的折射率，n3为第一胶膜层2的折射率。
可列出公式：
计算得：
举例说明：光面晶体硅电池基体33的折射率为n0＝3.4，假设第一胶膜层2的折射率为n3＝1.56，由此可以得出底层减反膜32的折射率n1＝2.62，顶层减反膜31的折射率n2＝2.02。
通过选取合适的两层减反膜31、32的材质，使得两者与带陷光结构的玻璃层1和光面晶体硅电池基体33的折射率从上至下梯度增大，入射光在带陷光结构玻璃层1的表面微结构上经过多次反射和折射后，绝大部分通过带陷光结构的玻璃层1、顶层减反膜31和底层减反膜32进入光面晶体硅电池片3内，且被银电极34反射的光还会通过带陷光结构的玻璃层1再次反射入光面晶体硅电池片3，以此避免了银电极34的遮光作用。
本发明的一种带陷光结构的光伏组件，其光面晶体硅电池片3相对于市面上绒面晶体硅电池片的缺陷和表面微裂纹要少很多，故会减少复合，提高少子寿命，增强光生伏特效应。而所述的两层减反膜溅射在光面晶体硅电池基体33上也能够钝化和改善光面晶体硅电池片3的光生伏特效应。
本发明采用EVA材质的第一胶膜层2将光面晶体硅电池片3和带陷光结构的玻璃层1粘合在一起，通过热压印工艺将透光薄膜11与钢化玻璃12粘合起来，在透光薄膜11与光面晶体硅电池片3之间加了一层钢化玻璃12，能防止热压印过程对光面晶体硅电池片3造成损坏。
带陷光结构的玻璃层1、顶层减反膜31、底层减反膜32、晶体硅电池基体33由上至下层叠排列，其折射率由上至下梯度增大，为各层选择合适的折射系数，可以使透射率达到最高。其中底层减反膜32和顶层减反膜31的折射系数可根据晶体硅电池基体33-底层减反膜32-顶层减反膜31两层界面、底层减反膜32-顶层减反膜31-第一胶膜层2的光学特性进行优化设定。
本发明的一种带陷光结构的光伏组件，相比现有技术的光伏组件，其反射损失减少很多，且该电池采用光面晶体硅电池片3，无需经过复杂的制绒处理过程，可减少表面缺陷，减少复合，提高少子寿命，从而提高晶体硅电池组件的光电转换效率。
本发明的一种带陷光结构的光伏组件，可采用下述加工方法制作而成。
本发明的一种带陷光结构的光伏组件的加工方法，包括以下步骤：
1)制作带有陷光结构的玻璃层：在塑料材质的透光薄膜上表面热压印出陷光结构，将透光薄膜热熔粘在钢化玻璃上；
2)制作光面晶体硅电池片：在上表面为平面的晶体硅电池基体上表面溅射至少一层减反膜，将电极通过印刷工艺吸附在减反膜上，并通过高温烧结工艺透过减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触；
3)将玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片、第二胶膜层、保护膜通过层压机从上往下压在一起，形成光伏板；所述保护膜具体为TPT膜；
4)将所述光伏板封装于铝合金边框中，形成光伏组件。
所述减反膜的数量为至少两层，底层减反膜溅射在所述晶体硅电池基体上表面，上一层的减反膜溅射在下一层的减反膜的上；所述电极采用银电极，其通过印刷工艺吸附在顶层减反膜上，并通过高温烧结工艺透过各层减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触。
本实施例中，所述减反膜的数量具体为两层，底层减反膜的折射率n1为：
顶层减反膜的折射率为n2为：
其中，n0为所述晶体硅电池基体的折射率，n3为所述第一胶膜层的折射率。
本实施例中，所述第一胶膜层、第二胶膜层均为EVA材质，所述陷光结构的尺寸为微米级。透光薄膜的折射率小于或等于钢化玻璃的折射率，钢化玻璃的折射率小于或等于所述第一胶膜层的折射率。带陷光结构的玻璃层、顶层减反膜、底层减反膜、晶体硅电池基体由上至下层叠排列，其折射率由上至下梯度增大，为各层选择合适的折射系数，可以使透射率达到最高。
本发明的一种带陷光结构的光伏组件的加工方法，工艺简单、制造成本低，其加工出来的光伏组件相比现有技术的光伏组件，可明显提高晶体硅电池对太阳光的吸收能力，可减少晶体硅电池表面缺陷，减少复合，提高少子寿命，增强光生伏特效应，从而获得高效光电转换效率。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种带陷光结构的光伏组件及其加工方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种带陷光结构的光伏组件，包括光伏板，其特征在于：所述光伏板包括带有陷光结构的玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片，玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片从上往下依次层叠在一起；光面晶体硅电池片包括上表面为平面的晶体硅电池基体、设置在该晶体硅电池基体上表面的减反膜，以及设置在减反膜上并透过减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触的电极。
2.根据权利要求1所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：所述玻璃层包括钢化玻璃、上表面设置有所述陷光结构的透光薄膜，透光薄膜设置在钢化玻璃上表面；透光薄膜的折射率小于或等于钢化玻璃的折射率，钢化玻璃的折射率小于或等于所述第一胶膜层的折射率。
3.根据权利要求1所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：所述减反膜的数量为至少两层，该至少两层减反膜层叠在所述晶体硅电池基体上表面，所述电极设置在顶层减反膜上，并透过各层减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：所述减反膜的数量为两层，底层减反膜的折射率n1为：
顶层减反膜的折射率为n2为：
其中，n0为所述晶体硅电池基体的折射率，n3为所述第一胶膜层的折射率。
5.根据权利要求1所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：所述光伏板还包括第二胶膜层、保护膜，所述晶体硅电池基体、第二胶膜层、保护膜从上往下依次层叠在一起。
6.根据权利要求5所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：所述保护膜为TPT膜，和/或，所述第一胶膜层、第二胶膜层均为EVA材质。
7.根据权利要求1或5所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：还包括边框，所述光伏板封装在该边框中。
8.根据权利要求1所述的带陷光结构的光伏组件，其特征在于：所述陷光结构的尺寸为微米级。
9.一种带陷光结构的光伏组件的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)制作带有陷光结构的玻璃层；
2)制作光面晶体硅电池片：在上表面为平面的晶体硅电池基体上表面溅射至少一层减反膜，将电极通过印刷工艺吸附在减反膜上，并通过高温烧结工艺透过减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触；
3)将玻璃层、第一胶膜层、光面晶体硅电池片从上往下压在一起。
10.根据权利要求9所述的带陷光结构的光伏组件的加工方法，其特征在于：所述步骤1)包括以下步骤：
11)在透光薄膜上表面热压印出陷光结构；
12)将透光薄膜热熔粘在钢化玻璃上；
所述减反膜的数量为至少两层，底层减反膜溅射在所述晶体硅电池基体上表面，上一层的减反膜溅射在下一层的减反膜的上；所述电极通过印刷工艺吸附在顶层减反膜上，并通过高温烧结工艺透过各层减反膜与晶体硅电池基体形成欧姆接触；
还包括以下步骤：
4)在所述光面晶体硅电池片下表面从上往下依次压合第二胶膜和保护膜，使整体形成光伏板；
5)将所述光伏板封装于边框中。
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