CN113921624A - 一种彩色太阳能光伏电池及组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色太阳能光伏电池，通过在太阳能光伏电池的表面附着颗粒，实现了在太阳能光伏电池上产生颜色以及由颜色形成的图案。本发明还公开了由彩色太阳能光伏电池封装成的彩色太阳能光伏电池组件。本发明提供的彩色太阳能光伏电池及其组件，能够使彩色光伏电池颜色均匀并实现定制化图案，对发电效率的影响小，能够满足建筑一体化光伏的要求。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种彩色太阳能光伏电池及组件。
背景技术
为了最大化发电效率，太阳能光伏电池通常对太阳光有很强的吸收能力，因此表面呈现为暗黑色或暗蓝色，美观性不足。建筑集成一体化光伏是将太阳能光伏组件作为建筑维护结构的一部分，从而充分利用建筑面积提供可再生能源电力，例如光伏幕墙、光伏瓦等。为了满足建筑外观的美学需求，用于建筑集成一体化的光伏组件需要改善普通光伏组件外观单一的问题，使其具备丰富的颜色选择，甚至具备定制化的彩色图案。
与其它场景不同的是，光伏组件颜色的形成应当以最小化发电效率损失为基本要求。为此，在技术原理上，用于产生颜色的材料或结构应当只反射一小部分用于产生对应颜色的太阳光，并能完全透过剩下大部分太阳光给光伏电池发电。
现有的技术方法难以满足以上要求，即确保在实现彩色外观前提下仅损失少量的发电效率。例如，当使用彩色的封装胶膜时，由于胶膜的颜色是通过所添加材料的光吸收产生的，会造成太阳光的浪费；在透光盖板上，通常为玻璃，印刷呈一定间隔分布的釉层也能产生颜色，但是近距离观察时颜色是不均匀的，且釉层处会显著影响发电效率。另外，在玻璃上镀由多层介电材料形成的彩色薄膜可以基本满足上述要求，但是这种方式需要通过磁控溅射工艺逐层镀膜，生产工艺比较复杂，成本高且通常只能形成单一色彩，难以形成丰富的图案。
因此，本领域的技术人员致力于提供一种彩色太阳能光伏电池及由该彩色光伏电池制成的彩色太阳能光伏组件，使光伏电池的颜色均匀，减小对发电效率的影响，且生产工艺简单，从而满足建筑一体化光伏的要求。
发明内容
有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能使光伏电池的颜色均匀，并能减小对发电效率影响的彩色太阳能光伏电池及组件。
为实现上述目的，本发明提供了一种彩色太阳能光伏电池，在所述太阳能光伏电池的表面附着有颗粒。
优选地，所述太阳能光伏电池是单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜光伏电池中的一种。
进一步地，所述颗粒在300-1200nm的光谱范围内对太阳辐射的吸收率小于5％。
优选地，所述颗粒是单分散微球。
优选地，所述单分散微球的直径为100-1000nm。
优选地，所述单分散微球的单分散度值小于0.1。
进一步地，所述太阳能光伏电池的不同颜色区域附着不同有效光学折射率和/或不同直径的所述单分散微球，黑色区域未附着所述单分散微球。
本发明还提供了一种彩色太阳能光伏电池组件，由自上至下的盖板、第一封装层、彩色太阳能光伏电池、第二封装层、背板层封装而成，所述彩色太阳能光伏电池的表面附着单分散微球，所述单分散微球的直径为100-1000nm，所述单分散微球的单分散度值小于0.1。
优选地，所述盖板、所述第一封装层、所述第二封装层为透光材质。
优选地，所述单分散微球的有效光学折射率与所述第一封装层的光学折射率差值大于0.1。
本发明至少具有如下有益技术效果：
1、本发明通过由堆积的单分散微球等颗粒所形成的光学结构实现选择性反射可见光，由于颗粒材料基本不吸收太阳光且同时仅反射小部分可见光，所以在产生颜色的同时能减小对光伏发电的影响。
2、本发明仅通过改变所使用微球尺寸或光学折射率即可改变所呈现的颜色，不仅能实现具有某种单一色彩的高效光伏电池及组件，还能灵活地用于产生具有彩色图案的高效光伏电池及组件。
3、本发明提供的彩色太阳能光伏电池及其组件，生产工艺简单，使用在建筑结构上，能够改善普通光伏组件外观单一的问题，有效满足建筑一体化光伏的要求。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例提供的彩色晶硅光伏电池样品表面扫描电镜图；
图2是普通黑色电池与本发明提供的彩色晶硅光伏电池在300-1200nm波长范围内的反射率对比；
图3是本发明的较佳实施例提供的彩色太阳能光伏电池组件结构示意图。
图中，101-单分散微球，102-电池表面结构，301-盖板，302-第一封装层，303-彩色太阳能光伏电池，304-第二封装层，305-背板。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明提供了一种彩色太阳能光伏电池，如图1所示，太阳能光伏电池的电池表面结构102呈现为倒金字塔状，电池表面结构102上附着颗粒，颗粒使太阳能光伏电池表面具有除黑色以外的其它某种颜色。
本发明中，太阳能光伏电池的表面如无特殊说明，均指太阳能光伏电池接受太阳辐射的一面。
太阳能光伏电池为高效的单晶硅或多晶硅电池，也可以是薄膜光伏电池，如非晶硅、砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉、有机聚合物或钙钛矿等。在单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜光伏电池的表面均可以附着颗粒，形成彩色太阳能光伏电池。
附着的方式有多种，只要能够使颗粒在太阳能光伏电池的表面形成较为稳定的堆积结构即可。例如，可以采用喷涂法，将含有该种颗粒的溶液喷涂在太阳能光伏电池的表面。
通过在太阳能光伏电池的表面附着颗粒，利用颗粒形成的光学结构选择性反射可见光，即可在太阳能光伏电池上产生不同的颜色。同时，颗粒材料基本不吸收太阳光且仅反射小部分可见光，能够减小对光伏发电效率的影响。
颗粒的材质可以为胶体，也可以为其它纳米级的材质。纳米级的颗粒附着在太阳能光伏电池的表面后，堆积成微米级结构。颗粒在太阳能光伏电池的表面可以均匀堆积，形成相同的厚度，也可以不均匀堆积，在不同区域形成不同的厚度。
颗粒的材质也可以为介电材料，该种介电材料在300-1200nm的光谱范围内对太阳辐射的吸收率小于5％。
颗粒的形状可以为球形，也可以为其它形状，如规则的多面体和不规则的多面体形状。在太阳能光伏电池的表面可以附着相同形状的颗粒，也可以在不同区域堆积不同形状的颗粒。
通过选择颗粒的形状、尺寸以及颗粒在太阳能光伏电池表面的堆积厚度，或者选用不同折射率的颗粒，可以在太阳能光伏电池上产生单一颜色、均匀分布的多种颜色以及混合颜色形成的图案。
本发明的一个较佳实施例中，如图1所示，电池表面结构102上附着的颗粒为单分散微球101，单分散微球101采用光学折射率较高的材料制成，本实施例中所制成的单个微球整体的有效折射率大于1.5，可以在1.8以上，以保证太阳能光伏电池在封装后仍然能显示出较明显的颜色。这种微球在400-1200nm光谱范围内基本不吸收太阳辐射。
单分散微球101所使用的材料不做限定，其可以是满足上述折射率的单一材料，也可以是复合材料。
单分散微球101应具有较好的球形度，且尺寸单一，单分散微球101的单分散度值(PDI)小于0.1，可以是PDI≤0.05。
单分散微球101的直径与可见光波长尺度相当，以在可见光范围内实现选择性的反射。因此，单分散微球101的直径范围是100-1000nm。
太阳能光伏电池表面均匀堆积单分散微球后，太阳能光伏电池在可见光波段400-700nm的范围内存在显著的反射峰，从而产生与一般太阳能电池黑色外观所明显不同的某种其它颜色。
本实施例中，单分散微球101的直径和有效光学折射率共同决定最终所形成的颜色，对于同一种材料制成的微球，通过改变微球直径即可获得不同颜色的光伏电池，而微球的有效光学折射率越大，实现特定颜色所需的微球直径越小。太阳能光伏电池的黑色区域未附着单分散微球。
本发明还提供了一种彩色太阳能光伏电池组件，彩色太阳能光伏电池组件是基于彩色太阳能光伏电池封装而成。如图3所示，彩色太阳能光伏电池组件自上至下依次为盖板301、第一封装层302、彩色太阳能光伏电池303、第二封装层304、背板305。
彩色太阳能光伏电池303既可以由具有单一色彩的光伏电池组成，也可以由具有混合色彩图案的光伏电池组成。
盖板301是完全透光的，材质可以是光伏玻璃，也可以采用非玻璃材质。
第一封装层302和第二封装层304是完全透光的，没有颜色，材质可以是EVA、PVB或POE中的一种，主要能够起到封装光伏组件的作用即可。
背板305可以选择不透光或者透光材质，可以采用常见的TPT背板或类似材料，也可以采用钢化玻璃。
采用传统的太阳能光伏电池封装方式，将盖板301、第一封装层302、彩色太阳能光伏电池303、第二封装层304、背板305封装在一起，即可实现本发明的太阳能光伏电池组件。
为了在封装后在太阳能光伏电池组件上产生颜色的效果更好，可以使单分散微球的有效光学折射率与第一封装层302的光学折射率的差值大于0.1。
根据在太阳能光伏电池表面产生的颜色，本发明还具体公开了以下实施例。
实施例1
首先将直径为230-260nm的微球配置为浓度为2％的乙醇溶液，将所制得的微球溶液注入喷枪中，在一定压力下均匀喷涂在普通单晶硅光伏电池的表面，即可获得蓝色光伏电池。微球附着并堆积在具有抗反射结构的晶硅光伏电池表面，效果如图1所示。
将制得的太阳能光伏电池与盖板、第一封装层、第二封装层和背板一起，放入光伏层压机中，设定与普通光伏组件层压同样的层压参数，待层压完成后即可得到蓝色的太阳能光伏电池组件。
实施例2
将实施例1中的微球更换为直径280-310nm的微球，其它不变，即可得到一种绿色的太阳能光伏电池及其组件。
实施例3
将实施例1中的微球更换为直径330-360nm的微球，其它不变，即可得到一种红色的太阳能光伏电池及其组件。
由以上3个实施例制得的彩色电池反射光谱如图2所示，相比未经处理的普通晶硅光伏电池，蓝色、绿色和红色光伏电池分别在可见光范围内的455nm、515nm和615nm波长处有一个明显的反射峰，从而显示出对应的颜色。但同时，相比普通晶硅光伏电池，这些彩色电池在大部分波段内反射率并未明显提高，因此对光伏电池的光吸收和发电效率的影响甚微。
本发明提供的彩色太阳能光伏电池及其组件，应用在建筑结构的屋顶和外墙上，可以根据需求定制不同的颜色以及由不同颜色形成的图案，改善了普通光伏组件外观单一的问题，既实现了光伏发电，又满足了建筑外观的美学需求，能够有效满足建筑一体化光伏的要求。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种彩色太阳能光伏电池，其特征在于，在所述太阳能光伏电池的表面附着有颗粒。
2.如权利要求1所述的彩色太阳能光伏电池，其特征在于，所述太阳能光伏电池是单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜光伏电池中的一种。
3.如权利要求1所述的彩色太阳能光伏电池，其特征在于，所述颗粒在300-1200nm的光谱范围内对太阳辐射的吸收率小于5％。
4.如权利要求3所述的彩色太阳能光伏电池，其特征在于，所述颗粒是单分散微球。
5.如权利要求4所述的彩色太阳能光伏电池，其特征在于，所述单分散微球的直径为100-1000nm。
6.如权利要求4所述的彩色太阳能光伏电池，其特征在于，所述单分散微球的单分散度值小于0.1。
7.如权利要求5所述的彩色太阳能光伏电池，其特征在于，所述太阳能光伏电池的不同颜色区域附着不同有效光学折射率和/或不同直径的所述单分散微球，黑色区域未附着所述单分散微球。
8.一种彩色太阳能光伏电池组件，由自上至下的盖板、第一封装层、彩色太阳能光伏电池、第二封装层、背板层封装而成，其特征在于，所述彩色太阳能光伏电池的表面附着单分散微球，所述单分散微球的直径为100-1000nm，所述单分散微球的单分散度值小于0.1。
9.如权利要求8所述的彩色太阳能光伏电池组件，其特征在于，所述盖板、所述第一封装层、所述第二封装层为透光材质。
10.如权利要求9所述的彩色太阳能光伏电池组件，其特征在于，所述单分散微球的有效光学折射率与所述第一封装层的光学折射率差值大于0.1。
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