CN111492493A - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池或太阳能电池模块，所述太阳能电池或太阳能电池模块包含在该太阳能电池的前辐射接收侧上或在其中的层，该层包含由涂覆有一层或多层透明或半透明材料并任选涂覆有后涂层的透明或半透明薄片状基材组成的效果颜料，和涉及它们的制备方法。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池或太阳能电池模块，其包含含有效果颜料的层，所述效果颜料由涂覆有一层或多层透明或半透明材料和任选涂覆有后涂层的透明或半透明薄片状基材组成，和涉及它们的制备方法。
背景技术
在过去的数年中，太阳能电池显示了巨大的成功，并将在2017年超过全球每年100GW的并网安装量，其中大多数以民用规模(utility scale)安装。所有太阳能电池的基本功能是相同的：光活性材料吸收光并生成激发的电子-空穴对。该电子-空穴对在太阳能电池内被对于电子和空穴具有不同迁移率的区域—所谓的p-n结隔开。由于可以使用不同种类的光吸收材料，因此太阳能行业已知多个不同种类的太阳能电池技术：
1)晶体硅太阳能电池(单晶c-Si和多晶mc-Si)
2)碲化镉太阳能电池(CdTe)
3)铜-铟-镓-二硒化物(CIGS/CIS)
4)无定形硅太阳能电池(a-Si)
5)III/V太阳能电池，如砷化镓(GaAs)太阳能电池，或多结太阳能电池，其由诸如锗/铟-(铝)-镓-砷化物或磷化物(In(Al)GaAs/P)的第III族和第V族元素的堆叠体组成
6)染料敏化太阳能电池(DSSC)
7)有机太阳能电池(OSC)
8)钙钛矿太阳能电池(PSC)
9)量子点太阳能电池(QSC)
10)由第II族和第VI族元素组成的其它II/VI太阳能电池，如硒化锌(ZnSe)或硫化铁(FeS)
11)串叠型太阳能电池。
然而，使用更多建筑物表面和其它在物体(例如汽车)上的表面会增加可用于太阳能生产的总表面积。对于这种新技术和方案，制备具有吸引人的颜色的太阳能电池以及提高在不同吸收角度下的效率对于太阳能业务是主要感兴趣的。
在JP 5648906 B2中描述了颜料在太阳能电池中用于冷却的用途。所述颜料用于反射一部分IR太阳辐射以降低太阳能电池的工作温度。WO 07/050756、WO 09/143407和US2011/023943公开了保护板，该保护板包含选择的特殊聚合物的聚合物膜和层，其任选包含用于光伏模块的稳定剂、染料、颜料、薄片、其它添加剂或它们的混合物。
如今，获得彩色太阳能电池的选项和技术是有限的：
(1)使用Si-层和其它技术的有限颜色选项；
(2)通过改变抗反射涂层而着色；
(3)使用彩色玻璃；
(4)使用反射性中间层。
大多数技术和材料没有提供满意的颜色，并且着色会伴随太阳能电池效率的显著损失，或者它们由于高生产成本而是昂贵的(多层技术)。效率损失可能在15-40％范围内。
发明内容
本发明的目的是提供一种使现有技术的太阳能电池或太阳能电池模块着色的有效材料和方法。
这个目的通过以下主题得到解决：一种太阳能电池或太阳能电池模块，该太阳能电池或太阳能电池模块在所述太阳能电池或所述太阳能电池模块的前辐射接收侧上或在所述侧中包含至少一个层，该层包含至少一种由涂覆有一层或多层透明或半透明材料并任选涂覆有后涂层的透明或半透明薄片状基材组成的效果颜料，以及一种方法，其中将包含这种效果颜料的涂料组合物施加于所述太阳能电池或所述太阳能电池模块上。
术语“在前辐射接收侧上或在所述侧中”意思是用颜料着色的层可覆盖所述太阳能电池或太阳能电池模块，或者用颜料着色的层可被施加在玻璃的内侧上或者在保护箔上或者在外部箔上，其被施加在成品太阳能电池或太阳能电池模块的顶部。换句话说，所述用颜料着色的层位于所述太阳能电池或所述太阳能电池模块的可见部分内。可以通过喷雾、涂布或印刷以及层合箔来施加所述用颜料着色的层。
本发明提供一种使现有技术的(单个)太阳能电池和由多个电互连的太阳能电池制成的太阳能电池模块着色的高效材料和方法，其具有很大的灵活性并实现大范围的不同颜色，同时太阳能电池效率损失是低的或可忽略的，并且长期稳定性的水平高。另外，本发明提供一种实现高颜色均一性的解决方案，其中没有汇流条和在太阳能电池模块中没有单个太阳能电池是可见的，并且同时实现了低的或可忽略的太阳能电池效率的损失。
令人惊奇地，已经发现，当在玻璃或Si上印刷或在EVA膜(乙基乙酸乙烯酯膜)中使用时，根据本发明的效果颜料理想地提供了充分的颜色，而不显著降低整体太阳能电池效率。长期测试显示了高水平的稳定性。气候箱湿热1000测试(如在http:// sinovoltaics.com/learning-center/testing/damp-heat-test/中描述的)显示了所制造的单电池太阳能模块的长期稳定性没有受到直接印刷在所述太阳能电池顶部的在任何粘结剂中的效果颜料层的影响。由于在所述含有效果颜料的层和所述太阳能电池之间的直接接触在太阳能模块的安装中是要求最高的位置，因此可以假定在所述太阳能模块堆叠体的任何位置中都没有不利作用。
所述效果颜料反射可见太阳光的一部分，但它们让所需的光通过以产生能量。这些效果颜料甚至可以一定方式定向，使得可调制最佳效率的角度和可以控制颜色和效率。容易地将效果颜料施加于现有技术的太阳能电池或太阳能电池模块上的能力使得所述施加甚至更加有效。
本发明因此涉及薄片状效果颜料在太阳能电池中的用途。特别地，本发明涉及太阳能电池或太阳能电池模块，其包含效果颜料，所述效果颜料由涂覆有一层或多层透明或半透明材料的透明或半透明薄片状基材组成。通过使用本发明，太阳能电池和太阳能模块的视觉外观可适应于特殊需要。可以改进诸如建筑物、设备、汽车等的包含太阳能电池的物体的外部视觉外观，并且可以控制所述太阳能电池的透明度和反射率。另外，当使用深色背板时，避免了所述电池和明亮的彩色汇流条的可见性，并且使汇流条和连接点呈深色。同样，本发明还可用于提供具有不寻常颜色的太阳能电池或太阳能电池模块，以实现特殊的效果和设计，例如取决于所使用的效果颜料，还可增加纹理，意思是例如面板上的闪光效果。
本发明的一个主要优点是可能通过将外观改变成人们习惯的中性样貌而将太阳能电池或太阳能电池模块无缝集成到任何表面中。使太阳能电池或太阳能电池模块着色在多种颜色上是可能的，并且不限于诸如玻璃的刚性基材或单太阳能电池技术。此外，不一定需要任何复杂的解决方案，如在叠合堆叠体中的另一层。
另外，太阳能的成本没有以显著方式增加，因为与目前可用的技术相反，太阳能电池或太阳能电池模块的效率没有受到太大的影响，所述目前可用的技术的巨大缺点是对太阳能电池性能有影响，其中在真实使用条件下，太阳能电池的效率从>15％的初始性能下降到低于10％。
令人惊奇地，如果相应地选择效果颜料的浓度，则所述效果颜料显示出使太阳能电池均匀着色的可能性，而对电池效率的影响较小。令人惊奇地，已经发现，尤其是诸如珠光颜料、干涉颜料和/或多层颜料的常规效果颜料显示出所述效果。由于这些效果颜料的工作原理基于选择的特定波长区域的反射，因此可以选择性地调解颜色效果并且可将所得的效率与光的反射部分直接相关联。通常，已经可以在特定波长的低反射下获得希望的颜色效果。所述性能甚至可以在由一些薄片检测到的700至1100nm的专属波长下得到提高—这对于量子效率而言是重要的。整个体系的长期稳定性经测试是有利的。
将包含效果颜料(该效果颜料包含涂覆有一层或多层透明或半透明材料的透明或半透明薄片状基材)、溶剂体系、用于固定所述效果颜料的有机或无机粘结剂体系或它们的混合物、以及任选的一种或多种添加剂的涂料组合物施加于所述太阳能电池或太阳能电池模块上。
由于所述效果颜料可以局部且灵活地施加在任何表面上，因此可使用所有不同的施加方法：
1)可在成品太阳能电池或太阳能电池模块的外表，在覆盖所述太阳能电池或太阳能电池模块的保护性基材(玻璃或塑料)上，在诸如EVA(乙基乙酸乙烯酯膜)、TPU(热塑性聚氨酯)或有机硅的任何层合材料上或在其中，或者直接在光活性材料/太阳能电池上，施加效果颜料涂层。
2)效果颜料层可通过以下方式施加：喷雾、涂布或多种印刷方法，例如凹版印刷，柔性版印刷，平版印刷，移印，优选丝网印刷，(微)喷涂，浸涂，狭缝模头涂布，刮板/刮刀涂布，分配，激光辅助转印，帘涂，薄膜转移涂布，气溶胶喷射，粉末涂布，喷墨印刷，刷涂或类似方法。
3)在任何典型地用颜料着色的表面中施加，所述表面例如建筑物、通信和运输物体，例如小汽车、火车、卡车、拖车、手动设备、船舶、价签、塑料、可穿戴物品和家用电器或类似物品。
4)本发明可以应用于任何种类的太阳能电池技术，包括无定形、单晶和多晶硅太阳能电池、CIGS、CdTe、III/V太阳能电池、II/VI太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池以及由单电池制成的太阳能电池模块。晶体太阳能电池包括电池结构，例如AI-BSF、PERC、PERL、PERT、HIT、IBC、双面或任何其它基于晶体硅基材的电池类型。
5)本发明可用于将太阳能电池无缝集成到建筑物(立面和屋顶)，便携式和安装的设备，机动车辆(小汽车、摩托车、踏板车、卡车和类似物)或其它种类的太阳能设施中，其中太阳能电池的典型技术样貌将会对人们习惯的典型外观做出改变，并且长期稳定性是必要的。
所述效果颜料层使太阳能电池的前表面的外观呈现不同的颜色，例如红色、紫色、绿色等。效果颜料层可包含不同的层厚度以及不同浓度的效果颜料粒子。
本发明提供了可通过将所述外观改变成人们习惯的中性样貌而将太阳能电池无缝地集成到任何表面中的可能性。有利地，本发明使得能够将太阳能电池并入到许多种类的表面中，例如建筑物、小汽车、手持设备或需要在不改变光学外观的情况下无缝集成太阳能电池的任何其它可见性高的表面。为了隐藏在单个电池与汇流条、导电路径和焊接点之间的空间，可将深色(太阳能电池蓝色或黑色)栅格并入到所述太阳能模块的任何层中以隐藏那些区域，只要所述效果颜料层位于其顶部。为了隐藏在单个电池之间的空间，可使用在所述电池后面的黑色或深太阳蓝色背层。这可以被印刷或者可以是箔。
有利地，本发明的用颜料着色的涂层也可被用作抗反射涂层。
根据本发明使用的效果颜料优选是透明的或至少是半透明的。可用于本发明的效果颜料优选显示绿色。然而，诸如蓝色、灰色、白色、紫色、红色、橙色、黑色的其它颜色也是合适的。可以使用其它颜色或它们的混合物以产生特定的颜色和色度。所述效果颜料还可产生金属效果，例如但不限于：银、铂、金、铜和多种其它金属。也可以使用不同颜色的混合物产生印刷的图像/图片。
本发明的效果颜料和/或效果颜料层优选选择性地反射太阳光谱的可见光的1-100％，优选5-40％，而在例如450-550nm范围内5％的反射率足以获得其它情况下为光学蓝色的太阳能电池的强绿色印象。
本发明的效果颜料和/或所述效果颜料层对于与特定太阳能电池或太阳能电池模块相关的辐射，优选对于在260至1200nm范围内的辐射，优选具有至少30％，优选>80％的透明度。
优选地，所述效果颜料和/或所述效果颜料层对于在260至1200nm范围内的辐射具有1至40％，优选<30％的反射水平。
特别地，所述效果颜料和/或所述效果颜料层对于在260至1200nm范围内的辐射具有<20％，优选<10％的反射水平。
除了它们的特定颜色外，效果颜料的层对于与特定太阳能电池相关的辐射，优选对于在260至1200nm范围内的辐射还显示出高水平(至少30％，优选>80％)的透明度，和优选显示出约5至40％，优选低于10％的反射水平。在260至1200nm波长的区域，内和外量子效率优选为≥60％(≥0.6)，优选≥70％(≥0.7)，和优选(≥0.8)≥80％。在260至1200nm波长的区域，在40％和优选>80％的反射率下，内和外量子效率优选为60％。所述量子效率描述了用于产电的光子的量。所述外量子效率(EQE)描述了与被所述太阳能电池吸收并有效转换成电的光子的量相关的照在所述太阳能电池上的总光子的量的波长选择性关系。所述内量子效率(IQE)描述了到达所述太阳能电池并转换成电的光子的量的关系。在本发明的情况下，在内和外量子效率之间的差可以如下方式描述：
EQE＝IQE-由效果颜料层反射的光子
因此，IQE和EQE二者的高水平表明所述效果颜料对太阳能电池性能的有限影响。所述效果颜料和/或所述效果颜料层产生的相对电流损失[A/m2]为小于40％，优选小于30％，最优选小于20％。因此，所述效果颜料和/或所述效果颜料层产生的效率降低[W/m2]为小于40％，优选小于30％，最优选小于20％。
通过反射数据评估颜料和层对c-Si太阳能电池的影响。反射数据用于估计所处理电池的最大功率吸收/最大光电流产生。反射和透射的测量和计算是通过本领域技术人员已知并且如在实验部分中进一步描述的常用方法进行的。
具有基于TPU的封装物的参比物在宽波长范围内显示出90％的典型EQE，导致太阳能电池的白色/灰色外观的根据本发明的效果颜料混合物显示出在IR区域中量子效率下降了约7％，而基于涂布的玻璃薄片的根据本发明的绿色效果颜料显示出在IR区域中量子效率低于5％的平均下降和甚至增加。
根据本发明使用的效果颜料优选具有薄片状基材，其包含至少一个包含金属氧化物、金属氧化物水合物或其混合物的涂层。优选地，所述效果颜料由已经涂覆有一层或多层透明或半透明的无色材料的透明或半透明的无色薄片状基材组成。优选使用珠光颜料、干涉颜料和/或多层颜料。在使用有机涂层和/或无机涂层的后涂层作为所述效果颜料的最后层的情况下，所述效果颜料的长期稳定性可优选得到改进，如在WO 2011/095326 A1以及下文中描述的。
适用于所述效果颜料的基材例如是所有已知的涂布或未涂布的薄片状基材，优选透明或半透明的，优选无色的薄片。合适的是例如页硅酸盐，特别是合成或天然的云母，玻璃薄片，SiO2薄片，Al2O3薄片，TiO2薄片，液晶聚合物(LCP)，全息颜料，BiOCl薄片或所述薄片的混合物。根据本发明，也可以在低浓度下使用具有介电涂层的铝薄片以获得活性光伏层的非常高的遮盖力。
所述玻璃薄片可由本领域技术人员已知的所有玻璃类型组成，例如由A玻璃、E玻璃、C玻璃、ECR玻璃、回收玻璃、窗玻璃、硼硅酸盐玻璃、
Figure BDA0002547010400000081
玻璃、实验室器具玻璃或光学玻璃组成。所述玻璃薄片的折射率优选为1.45-1.80，特别是1.50-1.70。尤其优选的玻璃薄片由A玻璃、C玻璃、E玻璃、ECR玻璃、石英玻璃和硼硅酸盐玻璃组成。
优选涂布或未涂布的合成或天然的云母的薄片，SiO2薄片，Al2O3薄片和玻璃薄片，特别是C玻璃、ECR玻璃或钙铝硼硅酸盐的玻璃薄片。特别地，优选使用基于钙铝硼硅酸盐玻璃的效果颜料。在本发明的一个变体中，Al2O3薄片是优选的。
所述基材通常具有在0.01和5μm之间，特别是在0.05和4.5μm之间，和特别优选0.1至1μm的厚度。长度或宽度尺寸通常为1至500μm，优选1至200μm，和特别是5至125μm。它们通常具有2:1至25,000:1，优选3:1至1000:1，和特别是6:1至250:1的纵横比(平均直径与平均粒子厚度的比例)。所述薄片状基材的所述尺寸原则上也适用于根据本发明使用的涂布的效果颜料，因为额外的涂层通常在仅几百纳米的范围内，并且因此不会显著影响所述效果颜料的厚度或长度或宽度(粒子尺寸)。
所述效果颜料和它们的基材的粒子尺寸和粒子尺寸分布可通过本领域中常用的各种方法测定。然而，优选使用借助于Malvern Mastersizer 2000，Beckman Coulter，Microtrac等的按标准程序的激光衍射方法。此外，可使用诸如SEM(扫描电子显微镜)图像的其它技术。
在一个优选的实施方案中，所述基材涂布有一个或多个透明或半透明的层，该层包含金属氧化物、金属氧化物水合物、金属氢氧化物、金属低氧化物、金属氟化物、金属氮化物、金属氧氮化物或这些材料的混合物。优选地，所述基材被这些层部分或全部包裹。
此外，也可能存在包含高和低折射率层的多层结构，其中高和低折射率层优选是交替的。特别优选的是包含高折射率层(折射率>2.0)和低折射率层(折射率<1.8)的层包，其中这些层包中的一个或多个可能已被施加到所述基材上。所述高和低折射率层的顺序在此可与所述基材匹配，以便将所述基材包括在所述多层结构中。
特别优选金属氧化物、金属氧化物水合物或其混合物，优选以下元素的那些：Ti、Sn、Si、Al、Zr和Zn，尤其是Ti、Sn和Si。氧化物和/或氧化物水合物可存在于单一层中或存在于分开的层中。特别地，使用金红石变型或锐钛矿变型(优选金红石变型)的二氧化钛。为了将二氧化钛转化成金红石变型，优选在二氧化钛层下方施加二氧化锡层。优选的多层涂层包括交替的高和低折射率层，优选例如TiO2-SiO2-TiO2。
优选通过已知的湿化学方法施加金属氧化物、氢氧化物和/或氧化物水合物的层，其中可使用开发用于制备效果颜料的湿化学涂布方法，其导致所述基材的包封。在湿化学施加之后，随后将经涂布的产品分离出、洗涤、干燥和优选煅烧。
其单个层的厚度通常为10至1000nm，优选15至800nm，特别是20至600nm，尤其是20至200nm。
为了增加光、温度、水和气候稳定性，可使所述效果颜料经历后涂布或后处理。所述后涂层可以是有机涂层和/或无机涂层作为最后的一层或多层。后涂层优选包含一个或多个元素Al、Si、Zr、Ce或它们的混合物或混合相的金属氧化物层。此外，有机的或组合的有机/无机的后涂层是可能的。也可以单独地或与金属氧化物组合地使用硅烷和/或有机官能硅烷。合适的后涂布或后处理方法是例如在DE 22 15 191、DE-A 31 51 354、DE-A 32 35017或DE-A 33 34 598、EP 0090259、EP 0 634 459、WO 99/57204、WO 96/32446、WO 99/57204、U.S.5,759,255、U.S.5,571,851、WO 01/92425、WO 2011/095326中描述的方法或本领域技术人员已知的其它方法。
可用于本发明的效果颜料是例如以商品名
Figure BDA0002547010400000101
Figure BDA0002547010400000102
和Lumina
Figure BDA0002547010400000103
提供的可商购干涉颜料或珠光颜料。也可使用其它可商购效果颜料。尤其可以使用
Figure BDA0002547010400000104
和
Figure BDA0002547010400000105
颜料。
为了在太阳能电池中应用，将所述效果颜料并入到应用介质中，优选透明的涂料配制剂中，并随后施加于所述太阳能电池上。
所述应用介质可选自例如水基清漆、溶剂基清漆、UV可固化清漆和电子束可固化清漆、陶瓷釉料、溶胶-凝胶基组分。
所述效果颜料可包含在位于所述太阳能电池外表的层中，在诸如EVA(乙基乙酸乙烯酯膜)、TPU(热塑性聚氨酯)或有机硅的任何层合材料上或在其中，直接在所述太阳能电池的光活性材料上，或者在覆盖太阳能电池模块的保护性基材上。所述效果颜料也可包含在溶胶-凝胶基的、聚合物基的层或者基于玻璃料的层中，所述层在面向玻璃层的内部或外部上。
根据本发明，还可将在面向玻璃层的内部或外部上的溶胶-凝胶基的或聚合物基的抗反射层用于实现在任何太阳能电池或太阳能电池模块上的效果颜料。一种示例性的方式是将所述效果颜料并入到通过水解例如原硅酸四乙酯和随后在所述基材上缩聚所述溶液而制备的二氧化硅基溶胶-凝胶溶液中。另一个示例性的方式是通过以下过程在前玻璃上形成玻璃样层：将印刷工业中通常使用的玻璃料与效果颜料混合，和随后将所得的玻璃粒子混合物熔融。也可将抗反射层与聚合物在高温步骤期间混合以产生改善抗反射性能的孔洞，或者可将其微结构化。也可以使用工业上已知的产生抗反射层的类似方式来并入根据本发明的效果颜料。
本发明的应用介质还可包含不同效果颜料的混合物，因为在许多情况下，使用至少两种不同的效果颜料使得可以获得特殊效果。在这种情况下，所述效果颜料可以任何比例混合，然而所有效果颜料在所述应用介质中的总含量应不超过60重量％。
所述效果颜料或效果颜料的混合物的浓度优选为基于所述应用介质的固体部分的总重量计在1-40重量％，优选1-25重量％范围内。优选地，效果颜料的量在1-15重量％范围内，特别是在2-12，尤其是3-8重量％范围内。
效果颜料在所述膜中的以克/m2为单位的量由膜厚度限定。例如，在基于粘结剂介质的配制剂中具有1％效果颜料的20μm厚的膜会转化为约0.4g效果颜料/m2，而具有12％效果颜料的100μm厚的膜会转化为约18g效果颜料/m2。因此，每m2处理过的太阳能表面的效果颜料的一般范围是在0.1g/m2(对于薄的膜(1μm)和低浓度而言)直到75g/m2(对于在厚的膜(200μm)中的高浓度而言)。本发明的实际范围是在0.4-30g效果颜料/m2，优选1-25g/m2，尤其优选1-16g/m2的范围内。
通常，通过将一种或多种效果颜料与选择的可商购即用型清漆混合来制备典型的介质。也可以制造特定的清漆以满足任何严格的要求。
典型的清漆至少含有：一种或多种粘结剂和溶剂或溶剂的混合物。此外，所述清漆还可以含有其它添加剂：消泡剂、抗流挂剂、分散剂、流平剂、耐刮擦添加剂、基材润湿剂、偶联剂、腐蚀抑制剂、流变学改性剂、阻燃剂(fire redundant)、稳定剂、催化剂、气味掩蔽剂、着色剂等。
本发明的典型应用介质含有如所描述的效果颜料，粘结剂和溶剂，并且还可含有其它添加剂：消泡剂、抗流挂剂、分散剂、流平剂、耐刮擦性、基材润湿剂、偶联剂、腐蚀抑制剂、流变学改性剂、阻燃剂、稳定剂，催化剂，气味掩蔽剂等。所述应用介质还可包含其它着色剂。
通常通过初始引入一种或多种效果颜料并将它们与粘结剂、溶剂和任何添加剂均匀混合来制备所述应用介质。
可以使用的粘结剂是通常用于印刷工艺的粘结剂或粘结剂体系，例如，基于硝化纤维素，基于聚酰胺，基于丙烯酸酯，基于聚乙烯醇缩丁醛，基于PVC，基于PUR的水性或含溶剂的粘结剂，或它们合适的混合物。可以使用双组分体系。
另一选项是与本发明的效果颜料混合的陶瓷釉料(烧结料(frit)/烧结料混合物)。为了不妨碍本发明的效率，可以以透明且无色的方式固化陶瓷烧结料和助焊剂。
优选地，所述粘结剂对于可见光是透明的，提供对太阳能电池或层合或耐刮擦/保护层(取决于何时施加)良好的粘附性，对环境良好的稳定性，和如果不用作最后层，则提供对后续层良好的润湿性和粘附性。
除了水以外，还可以使用有机溶剂，例如支化或非支化的醇，芳族化合物或烷基酯，例如乙醇，1-甲氧基丙醇，1-乙氧基-2-丙醇，乙酸乙酯，乙酸丁酯，甲苯或包含这些物质的混合物。然而，如果使用辐射固化性粘结剂体系，例如UV固化性粘结剂体系，则相应的彩色涂料配制剂也可具有低的溶剂含量或完全不含溶剂。
除了粘结剂或粘结剂体系以及在合适情况下的所述一种或多种溶剂之外，涂料载剂(vehicle)除了各自的效果颜料之外还可以包含各种助剂、着色剂和/或添加剂。
合适的添加剂是UV稳定剂、抑制剂、防火剂、润滑剂、分散剂、再分散剂、消泡剂、流动控制剂、成膜剂、粘附促进剂、干燥加速剂、干燥延迟剂、光引发剂等。各自的涂料载剂优选包含所有必要的液体形式的助剂，以使本发明的效果不被额外的固体弱化或以其他方式损害。因此，尤其优选在成品的着色涂层油墨中既不存在(可溶性)染料，也不存在除根据本发明必需的效果颜料以外的其它着色颜料或固体填料。
可随后通过各种方法施加用颜料着色的涂料配制剂，所述方法例如喷雾、涂布或印刷，例如通过丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷、平版印刷、喷墨印刷、其它数字印刷方法、狭缝模头涂布、喷涂、浸涂、刮板/刮刀涂布、帘涂、薄膜转移涂布、气溶胶喷射。为了获得在外观和最低性能损失之间的最佳权衡，优选丝网印刷，和为了在功率损失稍高情况下获得最佳外观，优选喷涂。
干层厚度在0.1μm-1mm，优选0.5μm-200μm，优选1μm-50μm，尤其是1μm-10μm的范围内。
干燥膜中的效果颜料的浓度为基于所述膜的总重量计的约1-20％，优选2-10％，尤其是2-6％。对于机动车应用，所述颜料的量甚至可以更高(1-40％，优选1-25％)。优选地，效果颜料的量在0.1至75g/m2范围内。
包含根据本发明的效果颜料的涂料介质可以施加于任何希望的太阳能电池，如无定形、单晶和多晶硅太阳能电池、CIGS、CdTe、III/V太阳能电池、II/VI太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池以及由单电池制成的太阳能电池模块上。晶体太阳能电池包括电池结构，例如AI-BSF、PERC、PERL、PERT、HIT、IBC、双面或任何其它基于晶体硅基材的电池类型。
可在成品太阳能电池或太阳能电池模块的外表，在覆盖所述模块的保护性基材(玻璃或塑料)上，在诸如EVA、TPU或有机硅的任何层合材料上或在其中，或者直接在光活性材料/太阳能电池上，施加所述效果颜料。优选在EVA上施加印刷或在成品太阳能电池或太阳能电池模块上印刷。
施加于太阳能电池或太阳能电池模块化单元的另一种可能性是使用包含所述效果颜料的(自粘结)箔，其可被固定在玻璃和其它表面上。这也可施加到在手持设备、运输车辆、建筑物或类似物中的太阳能电池模块或太阳能电池小型模块或甚至单一电池的任何现有设施上。
本发明的特别的优点是，现在可能将太阳能电池无缝集成到建筑物(立面和屋顶)，便携式和安装的设备，机动车辆(小汽车，摩托车，踏板车，卡车和类似物)或其它种类的太阳能设施中，其中太阳能电池的典型技术样貌将会对人们习惯的典型外观做出改变。有利地，为了在机动车辆中使用，可以在所述机动车透明涂层内施加所述效果颜料。额外地，在不显著损失效率的情况下实现了这种改进。
为了实现常用的硅太阳能电池或太阳能电池模块的完全均匀的外观，所述太阳能电池以及所述太阳能电池模块的金属基导电部件(由主要的垂直连接器组成的H形栅格—所谓的汇流条；以及水平集电部件—所谓的指状物；所述电池之间的连接器和焊料)在施加所述效果颜料之前应为深色的。使带有H形栅格前图案的硅太阳能电池或模块的其它情况下为白色外观金属部件“变深色”的可能方式是用黑色聚合物箔覆盖所述金属条，或用黑色漆刷所述金属部件。在印刷的银H形栅格的情况下，可通过形成硫化银薄层(例如通过用H2S处理)或通过铜的镀覆和氧化而直接使银变黑。在镀覆金属栅格的情况下，可以用诸如CuO或Ag2S之类的强吸收性的金属氧化物或硫化物或类似的深色金属氧化物或其它类似物直接镀覆所述金属堆叠体的顶层。在使用新型的金属化方案(例如智能线技术)的情况下，根据本发明也可以使用发黑的线或具有降低反射率的微结构的线，从而使所述金属栅格具有深色外观。如果将黑色或深太阳蓝色背板用作模块背景，则即使从很近的距离看，也可实现整个模块非常均匀的外观。
本发明还可以导致太阳能电池和太阳能电池模块的改进的长期稳定性，因为所述效果颜料可以部分阻挡或至少防止水蒸气穿过柔性塑料箔，从而起到氧气和水蒸气屏障物的作用。由II/VI或III/V材料以及有机材料制成的许多太阳能电池的重大缺点是湿气达到所述太阳能电池表面并引起活性材料的光氧化。
额外地，由于吸收UV光，所述效果颜料可帮助改进太阳能电池或太阳能电池模块的寿命。在所述效果颜料层中的吸收导致有机包封的损害较小，并且因此在这些包封剂中必须使用的UV吸收剂较少，并且减少了由于聚合物的光氧化引起的泛黄。为此，使用如上所述的稳定化的颜料是必不可少的。
具体实施方式
实施例
实施例1：
用包含不同效果颜料、不同效果颜料浓度和/或效果颜料混合物的不同的层涂布c-Si太阳能电池(CZ)。包含效果颜料的层使得经包封材料的片材的表面外观具有不同的颜色，例如绿色或紫色。
例如，使用手动平台丝网印刷机，将含有在Proell Aqua Jet FGL M 093清漆(95.5％)中的
Figure BDA0002547010400000151
Green(3％)和Proell Defoamer L36459(1.5％)的油墨印刷在标准c-Si面板上。使用来自Sefar的网状物PET 1500 54/137-64W(该网状物的参数：137l/英寸，115μm网目开口和64μm线直径)。用于印刷的刮板是肖氏硬度为75°的手动刮板。将该层在环境条件中在室温下干燥。
表1中列出了另外的效果颜料和效果颜料浓度。
表1
Figure BDA0002547010400000161
通过反射测量评估颜料层对c-Si太阳能电池的影响。
使用反射数据估计所处理电池的最大功率吸收/最大光电流产生：
在280nm至1200nm之间的波长间隔内记录光谱反射率。
人为地将电池的透射率设为零(因为这也是对于Si太阳能电池的真实使用条件所预期的，所述Si太阳能电池包含几乎完全覆盖背侧的烧结和合金化的铝粉浆，其常规形成这种装置的背侧电极)。
照惯例，短波长光被电池本体完全吸收
计算光被整个系统的吸收
颜料层中的吸收，忽略SiNx和Al(因为未知)
功率吸收变换成最大可实现光电流，其基于AM1.5G光谱(根据IEC 60904-3第2版，其等同于ASTM G173-03)。为此目的，获取上述参比光谱，并通过内插光谱重新计算辐照强度，其中对于280nm至1200nm的波长区域应用单一纳米分辨率作为步长。所述内插光谱的积分产生835.998W/m2的总辐照强度。对于辐照强度总计为836.19W/m2的原始参比光谱的相同波长范围，后者与积分非常好地吻合。原始光谱和内插光谱之间的差为0.2‰。
反射率标准物(PTFE)
Cary 5000(UV/ViS/NIR)；Agilent
所有电池(如果适用)均进行4次检测
使电池经历反射率测量
通过使用‘参比样品’检查测量装置
光的入射垂直于电池表面
反射率是从电池的前侧测量的
-前侧：在此上下文中，根据定义，被SiNx覆盖的太阳能电池表面被认为是所谓的“前侧”；彩色的，与全Al电极相反
-重复3次地进行测量(总共4次测量)
辐照的表面总共覆盖直径最高至1cm的大面积分数。
因此，反射率数据是包含金属化/非金属化表面的平均积分。
将测量的数据取平均，并将平均值用于进一步的考虑：
将所述电池的平均反射率取平均
估计标准偏差和方差
根据99％的概率(置信区间)估计T误差范围
使用PTFE标准物作为参比进行
在测量过程中，样品束没有被吸光盖覆盖和密封，以便不会无意损害或破坏易碎的硅太阳能电池。
结果总结于表2中。
表2
Figure BDA0002547010400000181
实施例2：
以如下方式制备太阳能小型模块：将在水基树脂中含有根据本发明的效果颜料的层直接印刷在可商购的AI-BSF太阳能电池上。然后，通过手工焊接使所述模块接触，并使用热塑性聚氨酯(TPU)或乙基-乙酸乙烯酯(EVA)将其封装在玻璃板和泰德拉(tedlar)背板之间。在AM1.5下在标准化装置中测量效率。
尽管未涂覆的参比模块显示出最高至17.6％的效率，但没有一个经测试的太阳能小型模块显示出效率下降超过10％(相对)。由于效果颜料引起的光的选择性反射，甚至白色外观的模块也显示出16％的有效效率。
实施例3：
以如下方式制备太阳能小型模块：将在水基玻璃/玻璃料混合物中含有根据本发明的效果颜料的层通过丝网印刷直接印刷在用于太阳能模块的可商购低铁玻璃上，并然后在烘箱中在600℃-680℃下回火。在第二步中，将具有彩色陶瓷颜色的栅格以一定的设计印刷在所述层的顶部，以能够覆盖诸如在单个电池与汇流条、导电路径和焊接点之间的空间之类的明亮区域。
采用以下步骤制备模块，然后将其融合。
-玻璃板覆盖有深蓝色背板，其由热塑性聚氨酯(TPU)或乙基-乙酸乙烯酯(EVA)制成。在这种情况下，由Dymat(Bk PYE SPV-L)制成的黑色多层背板。
-放置电池并通过手动合并使其接触
-将由热塑性聚氨酯(TPU)或乙基-乙酸乙烯酯(EVA)制成的第二个片材放置在所述电池的顶部。
-在顶部，以如下方式放置所述彩色玻璃板：使所有剩余的明亮区域都被深色栅格覆盖。
-将模块在真空烘箱中在100℃下加热以密封所述模块。
在AM1.5条件下在标准化装置中测量效率。
尽管未涂覆的参比模块显示出最高至17.6％的效率，但没有一个经测试的太阳能小型模块显示出效率下降超过20％(相对)。由于效果颜料引起的光的选择性反射，甚至白色外观的模块也显示出15.1％的有效效率。
实施例4：
使用手动平台丝网印刷机，将具有集成的蓝色LED(由所述有机太阳能电池供电)的半透明有机太阳能电池用含有在Proell Aqua Jet FGL M 093清漆(95.5％)中的
Figure BDA0002547010400000206
Green(3％)和Proell Defoamer L36459(1.5％)的油墨印刷。使用来自Sefar的网状物PET 1500 54/137-64W(该网状物的参数：137l/英寸，115μm网目开口和64μm线直径)。用于印刷的刮板是肖氏硬度为75°的手动刮板。将所述层在环境条件中在室温下干燥。集成在所述有机太阳能中的LED的亮度基于其产生的电流，并且因此可用于测量效率。所述LED在从印刷或非印刷侧进行照明的情况下显示出相同的亮度，因此所述效果颜料涂层对所述有机太阳能电池的电流和效率的影响可忽略不计。
实施例5：
用含效果颜料的漆喷涂太阳能电池
标准太阳能电池是利用常规使用设备喷涂的。
将使用的珠光颜料，在这种情况下为绿色干涉颜料，在得自MIPA的可商购2K修补清漆(MIPA CC4 2K Klarlack)中搅拌，此处使用的浓度为基于配制剂计的1.13％。按照供应商的建议制备涂料，并将其调节到在1000 1/s下70-75mPas的施加粘度。
使用以下效果颜料：
Figure BDA0002547010400000201
9231SW
Figure BDA0002547010400000202
9235SW
Figure BDA0002547010400000203
97235SW
Figure BDA0002547010400000204
Green
Figure BDA0002547010400000205
Stellar Green SW
为了将如此制备的涂料施加在太阳能电池上，使用自动喷涂设备Oerter APL4.6。在这种情况下，用1.4mm喷嘴在两个紧跟彼此的循环中施加所述涂料。在70℃下烘干60分钟之前，让所述涂料在室温下干燥10分钟。最后，获得约40μm的干膜厚度。
绿色干涉颜料的特性在所述太阳能电池面板上清晰可见，在某些角度下绿色是可见的，在其它角度则不可见。
为了进一步表征所述面板以及所用的效果颜料对所述面板效率的影响，在所述电池的被涂覆的前侧上进行反射率的测量。因此使用Cary 5000(UV/VIS/NIR)Agilent。作为参比，使用未涂覆的标准太阳能电池。采用这种设置，确定了与未涂覆的太阳能电池相比，取决于使用的绿色干涉颜料，可实现的电流的相对损失仅在4.5％(
Figure BDA0002547010400000211
StellarGreen SW)和6.7％(
Figure BDA0002547010400000212
9235SW)之间。

Claims (24)

1.太阳能电池或太阳能电池模块，其在该太阳能电池或太阳能电池模块的前辐射接收侧上或在所述侧中包含至少一个层，该层包含至少一种由涂覆有一层或多层透明或半透明材料并任选涂覆有后涂层的透明或半透明薄片状基材组成的效果颜料。
2.根据权利要求1的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料和/或所述效果颜料层选择性反射太阳光谱的可见光的1-100％，优选5-40％。
3.根据权利要求1至2中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料和/或所述效果颜料层对于与特定太阳能电池或太阳能电池模块相关的辐射，优选对于在260至1200nm范围内的辐射，具有至少30％，优选>80％的透明度。
4.根据权利要求1至3中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料和/或所述效果颜料层对于在260至1200nm范围内的辐射具有1至40％，优选<30％的反射水平。
5.根据权利要求1至4中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料和/或所述效果颜料层对于在260至1200nm范围内的辐射具有<20％，优选<10％的反射水平。
6.根据权利要求1至5中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料选自珠光颜料、干涉颜料和多层颜料。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料在应用介质中的量在基于所述应用介质的固体部分计的1-40重量％，优选1-15重量％的范围内。
8.根据权利要求1至7中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料的量在0.1至75g/m2的范围内。
9.根据权利要求1至8中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述包含效果颜料的层的厚度在1至200μm的范围内。
10.根据权利要求1至9中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中在260至1200nm波长的区域内，内量子效率为≥0.7，优选≥0.8。
11.根据权利要求1至10中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料和/或所述效果颜料层产生的相对电流损失[A/m2]为小于40％，优选小于30％，最优选小于20％。
12.根据权利要求1至11中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料和/或所述效果颜料层产生的效率降低[W/m2]为小于40％，优选小于30％，最优选小于20％。
13.根据权利要求1至12中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中在260至1200nm波长的区域内，外量子效率为≥0.6，优选为≥0.8。
14.根据权利要求1至13中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料基于薄片状玻璃基材或薄片状SiO2基材或薄片状Al2O3基材。
15.根据权利要求1至14中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述薄片状基材涂覆有一层或多层的Ti、Sn、Si、Al、Zr和Zn的金属氧化物和/或金属氧化物水合物。
16.根据权利要求1至15中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料包含在位于所述太阳能电池外表的层中，在诸如EVA(乙基乙酸乙烯酯膜)、TPU(热塑性聚氨酯)或有机硅的任何层合材料上或在其中，直接在所述太阳能电池的光活性材料上或者在覆盖太阳能电池模块的保护性基材上。
17.根据权利要求1至16中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中所述效果颜料包含在基于溶胶-凝胶的、基于聚合物的层中或者在基于玻璃料的层中，该层位于面向玻璃层的内部或外部。
18.根据权利要求1至17中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中在组装所述太阳能电池模块之前，所述太阳能电池以及所述太阳能电池模块的金属基导电部件是深色的，并使用黑色或深蓝色背板。
19.根据权利要求1至18中一项或多项的太阳能电池或太阳能电池模块，其中在所述效果颜料层的顶部放置深色的图案，其覆盖诸如在单个电池与汇流条、导电路径和焊接点之间的空间之类的明亮区域，或者其中所述太阳能电池或太阳能电池模块的金属基导电部件是深色的，或者其中黑色或深蓝色背板位于所述太阳能电池或太阳能电池模块的背侧。
20.制备根据权利要求1至19的太阳能电池或太阳能电池模块的方法，其中将包含效果颜料、一种或多种诸如有机或无机粘结剂的粘结剂和任选的添加剂的涂料组合物施加至所述太阳能电池或太阳能电池模块上，所述效果颜料包含涂覆有一层或多层透明或半透明材料和任选涂覆有后涂层的透明或半透明薄片状基材。
21.根据权利要求20的方法，其中通过丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷、平版印刷、喷墨印刷、其它数字印刷方法、狭缝模头涂布、喷涂、浸涂、刮板/刮刀涂布、帘涂、薄膜转移涂布或气溶胶喷射施加所述涂料组合物。
22.根据权利要求20至21的方法，其中在包含效果颜料的涂料组合物的顶部放置深色的图案，其覆盖诸如在单个电池与汇流条、导电路径和焊接点之间的空间之类的明亮区域。
23.根据权利要求20至22的方法，其中所述太阳能电池的金属基导电部件是深色的。
24.根据权利要求20至23的方法，其中将黑色或深蓝色背板施加在所述太阳能电池或太阳能电池模块的背侧上。
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