CN113257930A - 一种背面增强散热的硅太阳能电池片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背面增强散热的硅太阳能电池片。现有太阳能电池片散热装置结构复杂，散热效果不理想。本发明在硅太阳能电池片本体的背面采用光刻工艺刻有对8～12微米中红外波段增透的光子晶体。光子晶体为矩阵形式排列的微米级硅凸起，在一个平面上相互垂直的两个方向上，相邻的两个硅凸起的中心点之间的距离分别为3～6微米和6～10微米。太阳能电池片本体背面以及硅凸起的表面覆有钝化层，钝化层外覆有厚度1～10微米、对应8～12微米中红外波段的红外辐射散热涂料。本发明既能提高背面中红外辐射散热，又能够把通过热传导传输到电池片背面的热量通过红外辐射涂料散发，可以进一步降低电池片的工作温度。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种背面增强散热的硅太阳能电池片。
背景技术
商用硅太阳能电池片的光电转换效率已经接近理论极限，要继续提升困难重重，即使0.1％的提升也可视为很大的技术进步。另一方面，硅太阳能电池片在有光照时其工作温度会升高，而电池片的温度升高会引起光电转换效率的降低。因此，如何降低电池片工作时的温度已经引起研究人员的关注。由于硅晶体电池片工作时的温度一般在0～80℃范围之间，对应红外辐射波长范围大致为8～12微米。
近年来研究人员主要通过在太阳能电池片正面覆盖8～12微米波段高辐射的光子晶体或者多层干涉膜提升中红外波段的辐射散热，使得有更多的热量通过电池片正面辐射散发出去，以此降低电池片的工作温度，到达提升电池片转换效率的目的。但是这种设计会影响电池片正面对太阳光的吸收，而且膜层与电池片的热学、机械性能不匹配容易导致膜层龟裂甚至脱落，影响电池片的转换效率和工作寿命。申请号为201510344236.1的发明专利申请和专利号为201611149318.1的发明专利提出在电池组件的背面或者背板的PET、PP、PE或PO基层上涂敷红外辐射散热涂料，经固化而在背板外侧形成高散热层，但是有粘结不牢固，涂层容易脱落等缺点。更重要的是散热涂层不是直接涂敷在电池片背面，没有与电池片直接接触，因此辐射散热效果有限。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种背面增强散热的硅太阳能电池片，既能提高背面中红外辐射散热，又能够把通过热传导传输到电池片背面的热量通过红外辐射涂料散发，可以进一步降低电池片的工作温度。
本发明包括硅太阳能电池片本体，硅太阳能电池片本体的背面采用光刻工艺刻有对8～12微米中红外波段增透的光子晶体。所述的光子晶体为矩阵形式排列的微米级硅凸起，所述的硅凸起的高度大于5μm。在一个平面上相互垂直的两个方向上，相邻的两个硅凸起的中心点之间的距离分别为a＝3～6μm和b＝6～10μm，且b＝k×a，k＝1.5～2。
所述的太阳能电池片本体背面以及硅凸起的表面覆有钝化层，钝化层外覆有厚度1～10微米、对应8～12微米中红外波段的红外辐射散热涂料。
进一步，所述的硅凸起为圆柱形、圆台形、方柱形、圆锥形、棱锥形或半球形。
本发明提出的背面增强散热的硅太阳能电池片具有以下有益效果：
1、本发明提出的2D周期性结构制作工艺成熟，与现有硅材料加工工艺完全兼容；
2、本发明中硅凸起周期性结构中两个方向的周期不同，适应波段宽；
3、电池片背面红外增透2D周期性结构和红外辐射散热涂料结合，既能提升电池片背面的热辐射散热，又能把通过热传导传输到电池片背面的热量通过辐射散热涂料后转换成热辐射散热；
4、红外辐射散热涂料与电池片背面凹凸不平的2D周期性结构结合牢固，不易脱落。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图。
图2为图1中硅凸起分布示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种背面增强散热的硅太阳能电池片，包括硅太阳能电池片本体1，硅太阳能电池片本体1背面采用光刻工艺刻有对8～12微米中红外波段增透的光子晶体。光子晶体为矩阵形式排列的微米级硅凸起2，具体形状为圆柱形、圆台形、方柱形、圆锥形、棱锥形或半球形，本实施例采用圆台形硅凸起，硅凸起的高度大于5μm。如图2所示，在一个平面上相互垂直的两个方向上，相邻的两个硅凸起2中心点之间的距离分别为a＝3～6μm和b＝6～10μm，且b＝k×a，k＝1.5～2。
根据光学干涉理论，利用周期性的2D结构可以构建出对特定波段波长增透的结构，其周期与特定波段的波长范围和材料的折射率有关，需增透的波长长则周期也长，反之波长短则周期也短。根据模拟计算，a的取值范围为3～6微米(覆盖8～10微米波段)，b的取值范围为6～10微米(覆盖9～12微米波段)，两者的高度均大于5微米，即可覆盖中红外波段8～12微米波段，提升该波段的透过率。2D周期性结构的材料与硅太阳能电池片的材料相同，通过传统的刻蚀技术制作。在硅片上制作2D周期性结构是成熟的工艺，不再细述。由于2D周期性结构为硅材料，因此不影响后续的钝化膜和电极的制作。
太阳能电池片本体1背面以及硅凸起2的表面覆有钝化层3，钝化层3为厚度0.5～1.5微米的Al2O3、Si3N4或SiO2薄膜。钝化层3外覆有厚度1～10微米、对应8～12微米中红外波段的红外辐射散热涂料4，红外辐射散热涂料4填满硅凸起间的凹陷，并高出硅凸起，对太阳能电池片背面全覆盖。
在制作了钝化膜的2D周期性结构的基础上增加一层厚度1～10微米的红外辐射散热涂料，能够进一步提高硅电池片背面的散热效果。红外辐射散热涂料将通过电池片背面热传导过来的热量转换为红外辐射散发，相对直接通过热传导到空气具有更高的效率。红外辐射散热涂料是一种通过热辐射带走热量的涂料，由树脂、导热粉、石墨烯、碳纳米管、散热粉等成分组成，能够进一步降低电池片的温度。市场上对应各种中红外波段的红外辐射散热涂料均有销售，只需要选用对应8～12微米中红外波段的红外辐射散热涂料即可，以8～12微米红外波长向大气空间自动辐射热量。
对于光滑的电池片，涂料的粘附性很差，长期的高低温工作会导致涂层脱落。而由于电池片背面有凹凸不平的2D周期性结构，因此涂料和电池片背面结合牢固。
Claims (4)
1.一种背面增强散热的硅太阳能电池片，包括硅太阳能电池片本体；其特征在于：
所述的硅太阳能电池片本体的背面采用光刻工艺刻有对8～12微米中红外波段增透的光子晶体；所述的光子晶体为矩阵形式排列的微米级硅凸起，所述的硅凸起的高度大于5μm；在一个平面上相互垂直的两个方向上，相邻的两个硅凸起的中心点之间的距离分别为a＝3～6μm和b＝6～10μm，且b＝k×a，k＝1.5～2；
所述的太阳能电池片本体背面以及硅凸起的表面覆有钝化层，钝化层外覆有厚度1～10微米、对应8～12微米中红外波段的红外辐射散热涂料。
2.如权利要求1所述的一种背面增强散热的硅太阳能电池片，其特征在于：所述的硅凸起为圆柱形、圆台形、方柱形、圆锥形、棱锥形或半球形。
3.如权利要求1所述的一种背面增强散热的硅太阳能电池片，其特征在于：所述的钝化层为厚度0.5～1.5微米的Al2O3、Si3N4或SiO2薄膜。
4.如权利要求1所述的一种背面增强散热的硅太阳能电池片，其特征在于：所述的红外辐射散热涂料填满硅凸起间的凹陷，并高出硅凸起，对太阳能电池片背面全覆盖。
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