CN113838944A - 集成式热光伏电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式热光伏电池，集成式热光伏电池包括光伏模块、热电模块和共用电极，热电模块设置于光伏模块的背光侧，共用电极位于热电模块和光伏模块之间，热电模块和光伏模块均与共用电极物理连接和电连接，共用电极用于将光伏模块和热电模块发出的电引出。本发明提供的集成式热光伏电池具有制作成本低、散热效果好、能量转化效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种集成式热光伏电池。
背景技术
相关技术中的光伏电池的转化效率不高，如作为高效光伏电池的HBC电池的实验室效率仍只有26.63％。而且，光伏电池存在功率温度系数，光伏电池的能量转化效率与其运行温度成反比，长时间处于光资源丰富的环境下运行会使光伏电池发热升温，影响其能量转化效率。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种集成式热光伏电池，该集成式热光伏电池具有制作成本低、散热效果好、能量转化效率高的优点。
根据本发明实施例的集成式热光伏电池包括光伏模块、热电模块和共用电极，热电模块设置于光伏模块的背光侧，共用电极位于热电模块和光伏模块之间，热电模块和光伏模块均与共用电极物理连接和电连接，共用电极用于将光伏模块和热电模块发出的电引出。
根据本发明实施例的集成式热光伏电池，通过共用电极连接光伏模块和热电模块，光伏模块进行光伏发电时产生的热量通过热电模块加以利用发电，其中，热电模块进吸收光伏模块产生的热量，有效降低了光伏模块的温度，由此提高了光伏模块的能量转化效率。而且，本发明实施例的集成式热光伏电池同时利用太阳能和热能进行发电，进一步提高了其能量转化效率。而且，光伏模块和热电模块发出的电均通过共用电极引出，由此集成式光伏电池的集成化程度更高、制作成本更低。
在一些实施例中，所述共用电极包括导电金属条，所述导电金属条与所述光伏模块和所述热电模块中的每一者烧结相连。
在一些实施例中，所述共用电极包括第一电极和第二电极，所述热电模块包括p型热电件和n型热电件，所述p型热电件和所述n型热电件均由热电材料制成，所述p型热电件的第一端和所述n型热电件的第一端分别与所述第一电极和所述第二电极相连，所述p型热电件的第二端与所述n型热电件的第二端电连接。
在一些实施例中，所述p型热电件与所述n型热电件在所述光伏模块的纵向间隔开，所述p型热电件与所述n型热电件之间构成第一间隙，所述第一电极与所述第二电极在所述光伏模块的纵向间隔开，所述第一电极与所述第二电极之间构成第二间隙，所述集成式热光伏电池还包括绝缘导热填充件，所述绝缘导热填充件配合在所述第一间隙和所述第二间隙内。
在一些实施例中，所述p型热电件和所述n型热电件均有多个并一一对应，所述p型热电件与所述第一电极一一对应，所述n型热电件与所述第二电极一一对应，多个所述p型热电件和多个所述n型热电件在所述光伏模块的纵向交错、间隔分布，多个所述第一电极和多个所述第二电极在纵向交错、间隔分布。
在一些实施例中，所述热电模块还包括金属导电板，所述金属导电板与所述p型热电件的第二端和所述n型热电件的第二端物理连接和电连接。
在一些实施例中，所述金属导电板通过导电胶与所述p型热电件的第二端和所述n型热电件的第二端粘接。
在一些实施例中，所述热电模块还包括绝缘背板，所述绝缘背板贴附在所述金属导电板背离所述光伏模块的一侧。
在一些实施例中，所述金属导电板和所述绝缘背板均由高热传导材料制成。
在一些实施例中，所述热电模块还包括依次叠压的AR层、前非晶硅钝化层、晶硅层和背本征非晶硅钝化层，以及叠压在所述背本征非晶硅钝化层背离所述晶硅层的p型非晶硅层和n型非晶硅层，所述p型非晶硅层和所述n型非晶硅层在纵向排列，所述p型非晶硅层通过所述第一电极与所述n型热电件相连，所述n型非晶硅层通过所述第二电极与所述p型热电件相连。
附图说明
图1是根据本发明实施例中集成式热光伏电池的结构示意图。
附图标记：1、AR层；2、前非晶硅钝化层；3、晶硅层；4、背本征非晶硅钝化层；5、p型非晶硅层；6、n型非晶硅层；7、共用电极；71、第一电极；72、第二电极；8、绝缘导热填充件；9、p型热电件；10、n型热电件；11、金属导电板；12、绝缘背板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的实施例提出一种集成式热光伏电池包括光伏模块、热电模块和共用电极7，热电模块设置于光伏模块的背光侧，共用电极7位于热电模块和光伏模块之间，热电模块和光伏模块均与共用电极7物理连接和电连接，共用电极7用于将光伏模块和热电模块发出的电引出。
根据本发明实施例的集成式热光伏电池，通过共用电极7连接光伏模块和热电模块，光伏模块进行光伏发电时产生的热量通过热电模块加以利用发电，其中，热电模块进吸收光伏模块产生的热量，有效降低了光伏模块的温度，由此提高了光伏模块的能量转化效率。而且，本发明实施例的集成式热光伏电池同时利用太阳能和热能进行发电，进一步提高了其能量转化效率高。而且，光伏模块和热电模块发出的电均通过共用电极7引出，由此集成式光伏电池的集成化程度更高、制作成本更低。
在一些实施例中，共用电极7包括导电金属条，导电金属条与光伏模块和热电模块中的每一者烧结相连。
具体地，导电金属条可以是金属浆料印刷在光伏模块的背光侧形成，将热电模块贴附于金属浆料上，金属浆料中使用的导电相金属粉体主要采用镍、钯、铜和银中的一种、两种或多种的组合，随后对金属浆料进行烧结固定电极，以实现光伏模块、共用电极7和热电模块的相连，三者之间的连接稳定、结构紧凑、集成化程度高。
在一些实施例中，共用电极7包括第一电极71和第二电极72，热电模块包括p型热电件9和n型热电件10，p型热电件9和n型热电件10均由热电材料制成。p型热电件9的第一端和n型热电件10的第一端分别与第一电极71和第二电极72相连，p型热电件9的第二端与n型热电件10的第二端电连接。
具体地，p型热电件9的第一端和n型热电件10的第一端均和共用电极7连接，p型热电件9的第一端和n型热电件10的第一端通过共用电极7与光伏模块接触，光伏模块使p型热电件9的第一端和n型热电件10的第一端处于高温状态，即热端，p型热电件9的第二端与n型热电件10的第二端处于环境温度的状态，即冷端。在冷端处会产生一个开路电压亦称为塞贝克电压，p型热电件9与n型热电件10构成温差发电的热电偶对。两种不同的材料之间的温度在规定范围内，系统回路产生的电动势△V与热冷两端结点的温差△T成正比例关系，热冷两端结点的温差△T逐渐增加时，电动势△V也会逐渐增加，热冷两端结点的温差△T逐渐减小时，电动势△V也会逐渐减小。由此，随着光伏模块温度的升高，热电模块的热端和冷端的温差越来越大，进而实现稳定发电功能。
在一些实施例中，p型热电件9与n型热电件10在光伏模块的纵向间隔开，p型热电件9与n型热电件10之间构成第一间隙，第一电极71与第二电极72在光伏模块的纵向间隔开，第一电极71与第二电极72之间构成第二间隙，集成式热光伏电池还包括绝缘导热填充件8，绝缘导热填充件8配合在第一间隙和第二间隙内。
由此，填充在第一间隙和第二间隙内的绝缘导热填充件8提高了光伏模块和热电模块之间的热传导速率，有利于热量传至热电模块，绝缘导热填充件8还起到绝缘隔离的作用，避免p型热电件9和n型热电件10之间漏电现象发生，有利于提高热电模块性能。
具体地，在p型热电件9和n型热电件10分别与第一电极71和第二电极72烧结相连后，第一间隙和第二间隙相连通，由第二间隙的开口向第二间隙和第一间隙内浇注绝缘导热材料，直至完全充满第一间隙和第二间隙。待绝缘导热材料凝固后，即成型绝缘导热填充件8。
在一些实施例中，p型热电件9和n型热电件10均有多个并一一对应，p型热电件9与第一电极71一一对应，n型热电件10与第二电极72一一对应，多个p型热电件9和多个n型热电件10在光伏模块的纵向交错、间隔分布，多个第一电极71和多个第二电极72在纵向交错、间隔分布。
具体地，多个p型热电件9和n型热电件10相互对应形成多组重复排列的热电单元(热电偶对)，单个热电单元的输出电压较低，输出功率也很小，多个热电单元通过串联提高发电功率。
在一些实施例中，热电模块还包括金属导电板11，金属导电板11与p型热电件9的第二端和n型热电件10的第二端物理连接和电连接。金属导电板11实现每对p型热电件9和n型热电件10的电连接，在p型热电件9和n型热电件10有多对时，金属导电板11的个数与对数相等并一一对应，多个金属导电板11间隔排布。金属导电板11即起到p型热电件9、n型热电件10的导电连接作用，还可以起到一定导热作用，有效提高光伏模块散热效果。
具体地，金属导电板11连接p型热电件9和n型热电件10形成回路，p型热电件9的第二端和n型热电件10的第二端之间产生一个开路电压。相邻两个金属导电板11之间也填充有绝缘导热填充件8，由此进一步提高光伏模块的散热效果。
在一些实施例中，金属导电板11通过导电胶与p型热电件9的第二端和n型热电件10的第二端粘接。
具体地，导电胶通过加热烘干即可实现金属导电板11与p型热电件9的第二端和n型热电件10的第二端的稳定相连，同时，导电胶的良好导电性能有助于电流在p型热电件9、n型热电件10和金属导电板11之间流动，电路的电阻更小，电能损耗率低。金属导电板11可以是铜板，铜是散热的良导体，既能保证了传热效果也具备一定刚度，因此加强了冷端电极的散热，可使温差发电片热端和冷端温差增大，提高电能输出。
在一些实施例中，热电模块还包括绝缘背板，绝缘背板贴附在金属导电板11背离光伏模块的一侧。
具体地，绝缘背板用来保护金属导电板11，有效避免金属导电板11向外放电损耗电能，也保证热电模块的发电安全性。
在一些实施例中，金属导电板11和绝缘背板均由高热传导材料制成。
具体地，高热传导材料有利于提高散热，p型热电件9的第二端和n型热电件10的第二端能够处于环境温度，保证热电模块的热段和冷端之间的温差，维持热电模块发电功率的稳定。
在一些实施例中，热电模块还包括依次叠压的AR层1、前非晶硅钝化层2、晶硅层3和背本征非晶硅钝化层4，以及叠压在背本征非晶硅钝化层4背离晶硅层3的p型非晶硅层5和n型非晶硅层6，背本征非晶硅钝化层4将p型非晶硅层5和n型非晶硅层6分隔开，避免p型非晶硅层5和n型非晶硅层6之间漏电现象发生。p型非晶硅层5和n型非晶硅层6在纵向排列，p型非晶硅层5通过第一电极71与n型热电件10相连，n型非晶硅层6通过第二电极72与p型热电件9相连。
具体地，AR层1降低反射能让光更完全透过，AR层1可以采用如SiNx，入射光子数更多。钝化性能良好的前非晶硅钝化层2和背本征非晶硅钝化层4，降低了异质结界面的界面态密度，提高了光伏模块电池的开路电压，光伏模块前表面采用前非晶硅钝化层2形成良好的场钝化，排斥光生少子空穴向下漂移，从而降低光生电子和空穴复合。p型非晶硅层5和n型非晶硅层6交叉排列形成反型异质结，p型非晶硅层5的带隙宽度更大，因而内建电场强度更大。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种集成式热光伏电池，其特征在于，包括：
光伏模块和热电模块，所述热电模块设置于所述光伏模块的背光侧；以及
共用电极，所述共用电极位于所述热电模块和所述光伏模块之间，所述热电模块和所述光伏模块均与所述共用电极物理连接和电连接，所述共用电极用于将所述光伏模块和所述热电模块发出的电引出。
2.根据权利要求1所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述共用电极包括导电金属条，所述导电金属条与所述光伏模块和所述热电模块中的每一者烧结相连。
3.根据权利要求1所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述共用电极包括第一电极和第二电极，所述热电模块包括p型热电件和n型热电件，所述p型热电件和所述n型热电件均由热电材料制成，所述p型热电件的第一端和所述n型热电件的第一端分别与所述第一电极和所述第二电极相连，所述p型热电件的第二端与所述n型热电件的第二端电连接。
4.根据权利要求3所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述p型热电件与所述n型热电件在所述光伏模块的纵向间隔开，所述p型热电件与所述n型热电件之间构成第一间隙，所述第一电极与所述第二电极在所述光伏模块的纵向间隔开，所述第一电极与所述第二电极之间构成第二间隙，所述集成式热光伏电池还包括绝缘导热填充件，所述绝缘导热填充件配合在所述第一间隙和所述第二间隙内。
5.根据权利要求3所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述p型热电件和所述n型热电件均有多个并一一对应，所述p型热电件与所述第一电极一一对应，所述n型热电件与所述第二电极一一对应，多个所述p型热电件和多个所述n型热电件在所述光伏模块的纵向交错、间隔分布，多个所述第一电极和多个所述第二电极在纵向交错、间隔分布。
6.根据权利要求3所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述热电模块还包括金属导电板，所述金属导电板与所述p型热电件的第二端和所述n型热电件的第二端物理连接和电连接。
7.根据权利要求6所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述金属导电板通过导电胶与所述p型热电件的第二端和所述n型热电件的第二端粘接。
8.根据权利要求6所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述热电模块还包括绝缘背板，所述绝缘背板贴附在所述金属导电板背离所述光伏模块的一侧。
9.根据权利要求8所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述金属导电板和所述绝缘背板均由高热传导材料制成。
10.根据权利要求3所述的集成式热光伏电池，其特征在于，所述光伏模块还包括依次叠压的AR层、前非晶硅钝化层、晶硅层和背本征非晶硅钝化层，以及叠压在所述背本征非晶硅钝化层背离所述晶硅层的p型非晶硅层和n型非晶硅层，所述p型非晶硅层和所述n型非晶硅层在纵向排列，所述p型非晶硅层通过所述第一电极与所述n型热电件相连，所述n型非晶硅层通过所述第二电极与所述p型热电件相连。
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