CN114270539A - 光伏模块 - Google Patents

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J-B·库斯
M·蒙杜斯
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Abstract

公开了一种光伏模块，其包括能够转换从正面和从背面(3)入射的光的PV电池，该模块包括暴露被设计用于接收直射阳光的上外表面的正面和暴露被设计用于接收漫射光的下外表面的背面，其中下外表面至少部分地由微结构化层(9)形成，其特征在于，所述微结构化层(9)包括棱锥形微结构，所述棱锥形微结构的三角形底面固定在所述层(9)中。所述微结构化层导致各向异性透射性质。该模块与类似的双面PV模块相比显示出提高的效率。

Description

光伏模块
本发明涉及一种光伏模块，其包括能够转换从正面和从后面入射的光的光伏(PV)电池和在其背面上的透明材料的结构化反射器，该结构化反射器允许背光进入和未利用的光从模块的正面朝向电池反射，并且进一步涉及一种通过结构化其背面来改善双面模块的效率的方法，以及透明材料的结构化层用于改善双面光伏模块的效率的用途。
典型的光伏模块，也称为太阳能模块，包括光伏(PV)电池阵列，通常由2个或更多个PV电池“串”形成，其中每串由成行布置并且串联电连接的多个PV电池组成。PV电池通常布置在透明聚合物层上或封装在该层中。两个玻璃或其他合适的聚合材料的板通常相邻定位并粘合到封装剂的正面和背面。至少正面板对太阳辐射是透明的，背面板可以是透明的，或者可以形成为例如包含金属层的不透明层；两个板也分别称为正面层或前盖构件，以及背面层或背面板(也称为背板)。封装剂是一种设置在PV电池周围的透光聚合物(与电池光学接触，从而封装PV电池)，并且还与正面层和背板粘合，从而物理密封电池。这种层合结构为电池提供机械支撑，并且还保护它们免受由于环境因素如风、雪和冰造成的损害。
原则上，包含能够转换从正面和从后面入射的光的光伏电池(即双面PV电池)的模块还允许利用从“错误的”面(即从后面)到达电池的光，并且因此可提供用于提高效率的潜力。
基本的模块结构仍然损失了一定部分的到达模块的光。图1给出了在图的左侧和右侧描绘的双面模块的2个典型类别中的一些可能的光路的示意性表示，其示出了具有前板(1，典型地为玻璃)、PV电池(3)、封装剂(2，例如EVA)、背板(7，例如另一块玻璃板)的模块的横截面。图的左侧进一步示出了作为附加元件的背板上的或集成到背板中的反射层(8)，该层可覆盖电池之间的空间(电池间隙)并且任选地位于电池之下，并且可布置在背板(7)上或元件(2)和(7)之间。
在模块配备有反射背层(8，在图1的左侧示出)的情况下，从正面进入并且错过电池的光被反射并且可以直接到达电池(光路III)或者在前界面上反射之后到达电池(光路I)，并且对于近IR光更可能发生的穿过电池而未被吸收的光再次朝向电池反射(光路II)。
在背板没有配备反射层(8；图1的右侧)的情况下，沿着路径I-III的光在很大程度上损失，而从背面到达模块的光可以到达电池(光路IV和V)。EP3214659A提出了这种类型的模块，其透明背板覆盖有包括多个正方形底面的棱锥的表面织构以提高效率。
光的进一步损失由PV电池背面上的反射引起：尽管电池的正面通常带有抗反射结构(带有该结构的PV电池也称为“黑硅”)，但是该抗反射性质通常在电池的背面缺失，从而导致由反射引起的损失，尤其是对于光路V。
现已发现，如果结构化层被施加到模块的背面，则可以避免图1所示的两种构造中的缺点，并且可以获得双面模块的改进的效率，该结构化层是透明的并且因此不仅允许后面的光进入，而且还将来自正面的未利用的光反射回电池。这种效果可通过对背板表面进行结构化来获得，这种结构化提供了来自正面的光的内反射，并且还提供了透明性和来自模块背面的光进入。
图2a给出了本发明的该双面模块中的典型光路的示意图(横截面)，该模块包括前板(1，典型地为玻璃)、PV电池(3)、封装剂(2，例如EVA)、背板(7，例如另一块玻璃板或聚合物板，例如PET板)，其示出了背板(7)的外表面上的结构化层(9)的横截面。从正面进入并错过电池的光由于附加层(9)的结构化而在很大程度上被反射，并且可直接到达电池(光路III)或者在前界面上反射之后到达电池(光路I)，并且通过电池而没有被吸收的光再次朝向电池反射(光路II)，而从背面到达模块的光可以到达电池(光路IV和V)，并且从电池背面反射的光可以进一步朝向电池反射(光路VI)。
已经发现，具有多个三角形底面的棱锥的所述层(9)的结构化提供了特别有效的光利用，并且因此可描述为各向异性反射器，其对于来自模块正面的光提供了比对于到达模块背面的光更高的反射率(如图2b中示意性地示出的那样)。
因此，本发明主要涉及一种包括一个或多个双面光伏电池(3)的光伏模块，所述模块包括暴露被设计用于接收直射阳光的上外表面的正面和暴露被设计用于接收漫射光的下外表面的后面，其中下外表面至少部分地由微结构化层(9)形成，
其特征在于，所述微结构化层(9)包括棱锥形微结构，所述棱锥形微结构的三角形底面固定在所述层(9)中。
更具体地，本发明涉及一种光伏模块，其包括任选地被抗反射层覆盖的前板(1)，覆盖光伏电池(3)的前板(1)，所述电池嵌在封装剂(2)中，以及任选的背板(7)和/或夹层(10)，
其中前板(1)、封装剂(2)、光伏电池(3)和任选的抗反射层、背板(7)和夹层(10)彼此光学接触；
且前板(1)、封装剂(2)以及任选的抗反射层和背板(7)和夹层(10)各自由透明材料制成，
其中封装剂(2)或背板(7)或夹层(10)因此形成基本上平面的后表面，所述后表面至少部分地被包括多个三角形底面的棱锥的微结构化层(9)覆盖。
结构化层(9)需要透明平面，其相对于背板倾斜通常为15-89°的角度α(参见图4b)，参见下文。通常形成平坦透明表面的模块的背板(7)可以包括一个或多个层；其形成其上施加有结构化层(9)的衬底，或者背板本身可以以所述方式结构化以获得结构化表面(9)或表面层(9)。层(9)构成模块的下表面(即折射率通常为1.4-1.7的透明材料之间的界面，见下文)和空气，从而为从正面入射的多个光提供全内反射。由于模块背面上的本发明结构化层，从正面垂直入射并照射在电池之间的间隙上的光的透射被大大减小(通常为入射光的0-60％，如图2b的左侧所示)，而本发明的结构允许垂直入射在模块背面上的光的几乎无阻碍的透射(通常大于入射光的80％，尤其是入射光的80-100％，如图2b的右侧所示)。总之，本模块的光产额明显地改善，如下文进一步示出的那样。
本发明的微结构至少布置在电池(3)之间的间隙下方，或优选地横跨整个背板(7)，如图6中所例示的那样。
因此，本发明的光伏模块通常不包含金属或漫反射器(即，非透明材料的反射器)。
由于本发明的模块在利用入射在模块背面上的光方面是特别有效的，因此它们优选安装在具有5％或更大，尤其是20％或更大的反射率(反照率)的表面上；该表面的实例是屋顶瓦、混凝土、沙子。模块可以相对于反射表面平行或倾斜地定向。
在下文中，术语“膜”与板等结构同义。
表述“结构化反射板”或“微结构化反射板”与反射板、结构化反射膜、光反射膜、结构化层、结构化背板同义。
术语“上”和“正”表示朝向入射阳光的一面，术语“下”、“下方”和“背”表示相对的一面。
用于本发明PV模块的术语“背板”表示包括表面的光伏模块的透明下盖，在该表面上施加有本发明的结构化层(因此也称为“衬底板”)。衬底板可由一层(例如玻璃板)或2层或更多层(例如玻璃板或聚合物板加上一个或多个聚合物层；背板的实例包括EVA底漆、由1层或更多层构成的PET芯，随后是作为保护层的UV涂层)。
术语“底面”表示背板的下表面，其通常是平坦的并且平行于PV电池，并且其上施加有本发明的结构化层。
术语“太阳能电池”或“PV电池”表示任何光伏电池，例如单晶电池、多晶电池、带状硅电池、薄膜电池等；包含在本发明PV模块中的电池能够转换从正面和从背面进入的光，如通常由双面电池所实现的那样。
术语“透明”表示可见光基本上没有散射地透射，通常大于90％的太阳光透射，小于10％的光散射。因此，透明材料通常表示具有光学质量的材料。因此，包括倾斜平面并由透明材料构成的微结构提供了通过所述材料的透射，同时通常根据几何光学在其每个微平面上实现光衍射。
术语“封装剂”表示从所有面包围(“嵌入”)PV电池的透明聚合物材料；典型的封装剂材料是EVA。
术语“埃”表示10-10米的长度。
术语“太阳能模块”与光伏模块或PV模块同义。
形成本发明太阳能模块的组件通常以区分正面和背面的方式安装。
无论在何处提及，如果没有另外指出，材料的折射率是对于589nm的辐射(钠D线)测定的。
本发明的太阳能模块包括多个电连接的双面太阳能电池，其具有接收直接入射光的正面。所述太阳能电池以图案形式布置，其中至少两个电池由不具有太阳能电池的区域彼此间隔开，且所述结构化层至少与不具有太阳能电池的区域重叠。
本发明的原理与太阳能模块中的太阳能电池的当前常规列/行布置无关。根据一个实施方案，太阳能电池被布置成行和列，其中所述行或列中的至少一个彼此间隔开。
本发明的结构化层(9)连同其任选的载体膜(10)一起与背板(7)和/或封装剂(即，聚合物层或电池下方的最下面的聚合物层)直接光学接触。
本发明的光伏模块通常包含前板(1)，其有利地由抗反射层覆盖；前板(1)覆盖嵌入透明聚合物材料(2)中的双面光伏电池(3)，其另一面(即，与入射光相对的背面)被透明背板(7)覆盖，该透明背板的表面至少部分地被形成模块下表面的至少一部分的透明结构化层(9)覆盖。电池，例如常见的硅基PV电池，通常由例如1-10mm宽的间隙隔开；然后，结构化层(9)至少在这些间隙下方覆盖底面。
在本发明的另一个实施方案中，PV电池(3)结合在模块中，不需要该间隙，如通常基于有机PV电池的薄膜模块的情况。在本发明的包括该无间隙PV电池的模块中，结构化层(9)优选覆盖整个底面。
在本发明的一个实施方案中，结构化层(9)覆盖与模块的背板(7)保持光学接触的聚合物膜(10)，或者结构化层(9)覆盖与封装剂(2)光学接触的聚合物膜(7)，各自任选地通过施加粘合剂夹层。
在另一实施方案中，结构化层(9)直接覆盖模块的背板(7)，该背板(7)是聚合物板或玻璃板；通常在这些实施方案中，结构化层可以是例如玻璃板或聚合物板(7)上的结构化辐射固化涂层(9)，或者是聚合物板(7)上的压花层或聚合物板(7)的压花表面。
结构
本发明的光伏模块的微结构化层(9)包括具有三角形底面和指向远离模块正面的顶点的棱锥形微结构。通常，微结构化层(9)包括棱锥，其侧面各自相对于底面倾斜15-89°，优选15-75°，更优选25-70°，最优选25-65°，尤其是35-65°的角度(α)；底面由基本上平面的后表面限定。
棱锥形微结构填充微结构化层(9)的表面的至少90％，尤其是至少95％。棱锥的三角形底面的长度为1-600微米，优选为5-400微米，更优选为12-200微米，尤其为20-100微米。棱锥的顶角为30-135°，尤其为60-120°。
因此，结构化表面(9)包含棱锥侧面的斜面，其最长边长(L)和最短边长通常为1-600微米，例如1-100微米或10-300微米。
在一个实施方案中，模块的后表面包括基于总表面为大于90％，尤其是大于95％的所述倾斜平面。棱锥的高度(h)是从其顶点出发的与其三个面成相等角度的线。对于完美的棱锥(例如在立方面之间具有90°的完美立方角)，该线垂直于板的衬底表面(即，底面)。该高度可以偏离板表面的法线最多25°；优选的偏离角(也称为倾斜角)为10°，更优选为5°或更小。
该透明微结构形成棱锥，棱锥的三角形底面位于底面上；它们的高度通常垂直于底面或至多偏离底面法线达25°。
因此，该棱锥的顶角为30-150°(优选为50-120°)，并且棱锥具有10-300微米的典型高度。
图4a示出了具有三角形底面的棱锥的“立方角”结构的示例。优选的是可以由交叉光栅制备的结构(例如，如图4a所示，并且在下文进一步解释)。更优选的是由三角形底面的该棱锥构成的结构，图4a中示出了该棱锥的一个实例(“μ”表示微米；该结构可被描述为典型顶角为约90°的“立方角”)。
材料和方法
结构化层(9)通常由透明的树脂材料制备，并且可通过施加热和/或辐射来固化，或通过透明聚合物材料的适当压花。结构化层(9)可以直接施加到背板(7)上，或者在使用聚合物背板的情况下压花到背板中，或者结构化层(9)可以施加或压花到作为透明衬底的聚合物膜(10)上，然后将带有结构化层(9)的聚合物膜施加到背板(7)上，优选在背板(7)和载体膜(10)之间使用合适的粘合剂；图5和6中示出了示例。
在一个实施方案中，本发明的光伏模块因此包含透明结构化层(9)，该透明结构化层(9)包括通过光化辐射，尤其是UV辐射固化的树脂。后一实施方案具有特定的技术意义，尤其是在将可UV固化的树脂层施加到聚合物膜如PET膜上、通过压印工艺结构化并通过UV光固化从而在所述聚合物膜上形成结构化层(9)的情况下。随后将如此获得的层合体施加到背板(7)上。
本发明模块的最优选配置包括：
-背板，其由PET芯上的结构化UV涂层组成；或
-玻璃背板，其被结构化的UV涂层(没有PET衬底)覆盖，任选地在玻璃板上覆盖有粘合剂。
其他优选的配置包括PET上的结构化UV涂层，其与粘合剂一起施加到(玻璃或聚合物)背板上。
一种方法可为压印方法，优选为辊对辊压印方法。在优选的实施方案中，承载结构化层(9)的层合体通过UV压印方法被制备成单一构造。在另一个实施方案中，涂覆的衬底由可辐射固化的(甲基)丙烯酸酯材料制备，模制的(甲基)丙烯酸酯材料通过暴露于光化辐射而固化。例如，可固化聚合物材料可涂覆在衬底膜(10或7)上，并压在微结构化的模制工具上，并允许例如通过UV辐射固化以在衬底膜上形成结构化层(9)。在取出模制工具后，形成结构化层(9)。压印表面(9)上的结构与工具表面上的结构相反，也就是说，工具表面上的凸起将在压印表面上形成凹陷，而工具表面上的凹陷将在压印表面上形成凸起。
任选地，可将包括载体膜(10)和结构化层(9)的所得产品切割成适当尺寸的条，并施加到背板(7)上以与没有太阳能电池的区域重叠。优选地，所述条具有至少与太阳能电池之间的区域相同的尺寸和形状。
对于该组件，通过在没有结构的衬底侧的表面上放置增粘剂，可以实现在通常包括玻璃或聚合物膜的背板(7)上或在封装剂(2)上的更好的粘合(图5)。
在另一个实施方案中，层(9)直接施加在背板(7)的整个表面上或类似于图6依次施加在背板(7)上，所述背板可为玻璃或下文进一步描述的聚合物材料；图7显示了具有覆盖背板的大部分的层(9)的该组件。
在根据图(7)的另一个实施方案中，层(9)代替背板(7)的外层或者是背板(7)的一部分，尤其是在聚合物膜或板或者封装材料(2)本身如EVA也形成背板(7)的情况下。
在使用可通过热和/或辐射固化的树脂材料制备结构化层(9)的情况下，优选可UV固化的树脂。在这种情况下，粘合剂主要包括含有烯属不饱和键的单体或低聚化合物，其在施加后通过光化辐射固化，即转化成交联的高分子量形式。当体系是UV固化的时，其通常还含有光引发剂。相应的体系描述于上述出版物Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry，第5版，第A18卷，第451-453页中。所述树脂组合物通常进一步包含一种或多种稳定剂，例如位阻胺和UV吸收剂。
双固化体系—其首先通过加热固化，随后通过UV辐射固化，或者反之亦然—包括含有能在UV光照射下反应的烯属双键的组分，通常在光引发剂的存在下。
因此，电磁辐射优选为UV光，并且可辐射固化涂料通常为可UV固化的涂料。在转移步骤期间，可UV固化涂料(UV漆)的固化可以类似于WO12/176126中所述的方法完成。优选的固化波长例如为短波长范围220-300nm，尤其是240-270nm，和/或长波长范围340-400nm，尤其是350-380nm，例如可通过LED固化实现。
结构化层(9)可替代地通过压花来制备。在该方法中，使具有可压花表面的平膜与结构化工具接触，同时施加压力和/或热以形成压花表面。整个平膜可包括可压花材料，或者平膜可仅具有可压花表面。可压花表面可包括与平膜材料不同的材料层，也就是说平膜可在其表面具有可压花材料的涂层。压花表面上的结构与工具表面上的结构相反，也就是说，工具表面上的凸起将在压花表面上形成凹陷，而工具表面上的凹陷将在压花表面上形成凸起。
本领域技术人员已知用于产生微结构化的模制工具的宽范围的方法。这些方法的实例包括但不限于光刻法、蚀刻、放电加工、离子铣削、微机械加工、金刚石铣削、金刚石钻孔和电铸。微结构化模制工具也可通过用可模制材料(例如选自可交联液体硅橡胶、可辐射固化聚氨酯等的那些)复制各种微结构化表面(包括不规则形状和图案)或通过电铸复制各种微结构以产生负像或正像复制中间体或最终压花工具模具来制备。此外，具有随机和不规则形状和图案的微结构化模具可通过化学蚀刻、喷砂、喷丸或使离散结构化颗粒在可模制材料中下沉来产生。此外，任何微结构化模制工具均可根据美国专利5,122,902(Benson)中所教导的程序进行改变或修改。工具可由宽范围的材料制备，包括金属，例如镍、铜、钢或金属合金，或聚合物材料。
衬底(7)可包括一个或多个层，并且可由透明材料制成，例如玻璃和/或聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)或环烯烃(共)聚合物(COC/COP)或与热固性聚合物组合或不组合的其他普通热塑性材料，例如聚酰亚胺(PI)、三乙酸纤维素(TAC)。这些透明材料的折射率通常为1.4-1.7，通常为1.4-1.6。在双折射的特殊情况下(尤其是PET)，沿衬底平面的折射率可高于1.6。
用作嵌入有PV电池的背板(7)或封装剂(2)的任何聚合物层是透明聚合物材料，其通常选自聚碳酸酯、聚酯(例如PET)、乙烯基聚合物如聚乙烯醇或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)，包括丙烯酸类如聚甲基丙烯酸甲酯等。封装剂(2)的实例为聚碳酸酯、聚丙烯酸类(例如PMMA)、聚乙烯醇缩丁醛、硅氧烷聚合物、聚酰亚胺、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚砜、环烯烃共聚物，尤其是EVA。一些聚合物如PE或PP的光学质量可以通过添加澄清剂来改善。其可由与本发明的结构化层和背板以及PV电池接触的一种整体材料(封装剂)组成，或者其可包括两个或更多个该材料的层。如果存在，则与电池相邻并与结构化层(9)和PV电池(3)之间的光的主入射侧相对布置的聚合物层(7)的厚度通常为至多2mm，通常例如为1微米至约2mm，优选其厚度为约0.1-1mm，尤其为0.3-0.5mm。聚合物膜(10)可以是与聚合物背板(7)相同或不同的材料；或者，其可代替聚合物背板(7)。聚合物膜(10)的典型材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚合物膜(10)可以是单层或多层的。同样，聚合物衬底板(7)可以是单层或多层的，或者可以使用2层或更多层的聚合物-玻璃板(7)。
通常，前板(1)带有抗反射元件，该抗反射元件可以形成前板的织构化表面，或者其可以是施加到所述前板上的抗反射涂层。涂层通常是具有折射率匹配性质的透明或半透明多孔材料，例如在合适的粘合剂中包含合适的介电颗粒，例如二氧化硅或氧化铝，例如由Wicht等(Mac-Romolecular Materials and Engineering 295，628(2010))公开的材料。涂层可以由低折射率材料如MgF2或含氟聚合物制成。抗反射元件还可由多层干涉系统组成，该多层干涉系统具有低折射率材料和高折射率材料的交替层。抗反射元件也可以是具有纳米结构化表面的膜，例如具有蛾眼结构(由六边形图案的凸起组成的结构)的膜。
本发明的另一方面是制备太阳能模块的方法。
因此，本发明进一步涉及一种制造包括PV电池的光伏模块的方法，所述PV电池能够转换从正面和从后面入射的光，所述方法包括通过在模块的背面施加、结构化和固化透明涂层材料，或者通过在模块的背面施加透明板，而在透明涂层材料层中用微结构来结构化模块的透明背面的步骤，其中所述板包含一个包括UV固化涂料的微结构化表面，其特征在于，所述微结构包括多个三角形底面的棱锥。
在一个实施方案中，本发明的方法包括以下步骤
(a)将透明的可辐射固化的树脂层施加到聚合物膜如PET膜上，
(b)通过用适当结构化的模制工具压印而结构化所述可辐射固化的树脂层，以获得包括三角形底面的棱锥的微结构，
(c)通过辐射固化所得的结构化层，从而获得包括结构化面和非结构化面的聚合物膜，和
(d)将步骤(c)中获得的聚合物膜的非结构化面施加到背板(7)上，或者将所述聚合物膜的非结构化面直接施加到封装剂(2)上，步骤(d)任选地包括通常在步骤(c)中获得的聚合物膜的非结构化面上施加增粘剂和/或粘合剂。
在另一个实施方案中，所述方法包括：
(a)将透明的可辐射固化的树脂层施加至背板(7)，背板(7)优选为在制备PV模块中预见为背板的玻璃板，或者是模块的玻璃背面，
(b)通过用适当结构化的模制工具压印而结构化所述可辐射固化的树脂层，以获得包括具有三角形底面的棱锥的微结构，和
(c)通过辐射固化所得的结构化层。
在上述方法中，结构化(b)和固化(c)的步骤可先后或同时进行。
在另一个实施方案中，结构化通过压花聚合物膜或板(7)或(10)来实现。
在本发明的太阳能模块中，光伏电池(3)优选为硅电池，例如单晶电池或多晶电池，或者可为基于在PV电池中使用的任何其他半导体材料的电池，例如有机光伏材料。电池(3)通常是双面电池。
典型的电池如硅电池可以是矩形或圆形的，其最长直径通常为5-20cm，最小直径通常为4-12cm。PV电池的厚度通常为0.1-1mm，尤其为约200-400微米。PV电池通常由诸如EVA或聚乙烯醇的聚合材料层(2)包围；聚合物材料如EVA或聚乙烯醇通常也填充电池之间的间隙，该间隙常常为1-10mm，通常为约2-5mm。包括保护板、封装剂、PV电池、布线和背板在内的覆盖有本发明结构化层的太阳能模块的总厚度通常为1-20mm，尤其为2-8mm。
实施例
1.结构化层
利用载体箔(衬底)和UV固化涂层结合压印方法制备结构化层。在这种情况下，衬底为PET箔，其两面涂覆有总厚度为175μm的底漆(Mitsubishi Hostaphan GN 175 CT01B)。将可UV固化的涂料(基于氨基甲酸酯丙烯酸酯、丙烯酸酯单体、光引发剂和相应的添加剂)施加到衬底上，随后使其与具有所需最终结构的负像结构的压印工具接触。压印工具和衬底以可UV固化涂层填充压印工具负像结构的空腔的方式彼此压靠。当压印工具和涂覆的衬底接触时，使用UV辐射固化涂层。在固化后，将压印工具和涂覆的衬底分离，剥离具有固化的结构化涂层的衬底。在整个压印方法中，涂层与衬底接触。
图8中示出了由高度大约为60微米的“立方角”棱锥构成的所获得的层。
使用UV-Vis分光光度计在250-1200nm范围内进行反射测量，用PERC-太阳能电池的太阳光谱(AM1.5)和量子效率加权，该PERC-太阳能电池的样品的背面已用漆涂黑，使得没有光被具有前结构化层的膜的背面界面反射。
上述结构化层显示2.2％的加权平均反射。
作为比较，背面涂黑的浮法玻璃的加权反射率确定为4.5％。因此，与浮法玻璃相比，本发明的结构化层将反射率降低2.3％，从而增加了光进入，例如通过图2a所示的光路IV-VI。
2.全模块测试
用全尺寸(1.68m×1.0m，60个电池)双面玻璃背板模块进行测试，其整个背面涂覆有实施例1的结构化层。
使用垂直照射模块正面或背面的闪光(太阳光谱AM1.5,1000W/m2)进行效率测量。
a)正面照明：照射模块的正面时模块输出的测量(误差容限分别为±1W)：
全背表面上的结构化层(本发明)：284.5W
参比模块(浮法玻璃背面)：277.8W
b)背面照明：测试模块的双面能力(即从背面和从正面照射之间的输出比(以瓦特计))的测量是使用垂直照射模块背面的闪光(太阳光谱AM1.5，1000W/m2)进行的。由于实施例1中所示的本发明结构的抗反射效果作用于太阳能电池模块的背面，因此预期的双面能力的增加为：0.023*61％＝1.4％。
然而，出乎意料地，用全模块测量的双面能力为3.1±0.3％，即比可预期的抗反射效果高得多。
本发明的模块提供了比没有结构化背面的相同模块明显更高的双面能力和效率。
3.与EP 3214659的正方形结构的比较
使用光线跟踪模拟将如EP 3214659所要求保护的正方形结构的性能与如实施例1的本发明“立方角”结构(三角形底面)进行比较。
光线跟踪模型的描述：将结构附着到各自具有n＝1.5的折射率的衬底的背面(周围介质是n＝1的空气)。将衬底朝南倾斜28.56°，这表示对美国Phoenix的非跟踪PV模块的最佳倾斜角的估计。该衬底通过在Phoenix一年内平均的直接太阳辐射照射。将(透明)接收器放置在衬底内部靠近结构化后面，并且测量以下两项(参见图3a)：
a)光线在第一次入射到后面结构之前的光功率，和
b)光线在第二次入射到后面结构之前的光功率。
因此，b)除以a)给出了第二次入射虚拟接收器的光功率的比值(并且因此由于回射结构而被再循环；实施例：对于平面后面，仅有0.16％的入射功率被再循环，并且第二次入射虚拟接收器平面，在后面和正面处的4％反射)。该比值越高，结构工作得就越好。
参数空间：对两种结构进行模拟：1)如EP 3214659所述的正方形棱锥(底角30-60°，给出60-120°的顶角)，和2)底角为10-80°，给出29-165°的顶角的三角形底面的棱锥。对于两种结构，三角形底面的边长均为30μm。在模拟中，衬底和结构的折射率均为1.5。
图3b所示的结果证明，与已知的正方形底面的棱锥(正方形)相比，三角形底面的棱锥(黑色三角形；本发明)的再循环功率显著更高，尤其是在至多135°顶角的范围内。
附图简介：
图1：2种现有技术模块的变型中的典型光路；光路I至III在没有图的右侧所示的背反射器(8)的情况下导致光损失，但是如果被反射(图1的左侧)，则可能对PV电流有贡献；光路IV和V仅在透明的背面(没有反射器8，图1的右侧)下才有可能。
图2a示出了本发明PV模块中的典型光路，其中沿着路径I至VI的“未利用的”光可能有助于模块的效率。
图2b示出了本发明的微结构化层在模块背面上的结果(各向异性光流)，其中从正面垂直入射的光的透射以及照射在电池之间的间隙上的光的透射被大大减小(图2b的左侧)，而本发明的微结构允许垂直照射在模块背面上的光的几乎无阻碍的透射(图2b的右侧)。
图3a：实施例3中使用的光线跟踪模型的说明；该模块包括具有嵌入式透明接收器(e，代表实际模块的PV电池3)的透明衬底(d)和附接到模块背面的微结构化层(f)，衬底和微结构化层均具有折射率n＝1.5。在来自太阳光源(c)的入射光线第一次入射(a)到后面微结构化层上之前且在它们第二次入射(b)到后面微结构化层上之前，考虑它们的光功率。
图3b示出了本发明的包括三角形底面的棱锥(三角形)的微结构化层与本发明实施例3的包括正方形底面的棱锥(正方形)的层的比较。
图4a示出了本发明的微结构化层的实例的示意性俯视图(左图，具有尺寸)和透视图(右图)，该微结构化层由三角形底面的棱锥(类型“立方角”)的阵列组成，该棱锥的底面具有图中所示的典型尺寸(“μ”表示微米)；层(9)的该优选结构化可以通过交叉光栅来制备。图4a的右侧示出了所示结构的“单元电池”，表示其形成层(9)的横截面。
图4b示出了图4a结构的放大截面，其中三角形底面的棱锥的俯视图指示了切口(虚线，左侧)，并且所述棱锥的所得横截面图(右侧)限定了棱锥面之一的顶角和底角α，所述顶角和底角α是相对于底面(即，由层(2)或(7)的下表面限定的一般后表面平面)的倾斜角。
图5示意性地示出了厚度约为200微米的透明衬底膜的示例，该衬底膜在一面上承载透明UV固化树脂层(厚度为10-100微米，包括在其顶部的高度H的结构化)，在另一面上承载用于附着到模块背板上的增粘剂，其中指示定位在模块的背面上。
图6示出了在背板的整个表面上(7；图的左侧)或仅在背板的某些区域中附接的承载结构化层(9)的衬底膜(10)，以便覆盖PV电池之间的间隙(图的右侧)。
图7示出了其中结构化且UV固化的树脂层(9)直接施加在背板(7)上的实施方案，该背板可以是聚合物材料或玻璃板。
图8示出了本发明实施例1和2的微结构化层(9)的显微照片。
缩写
EVA 聚(乙烯-乙酸乙烯酯)
PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯
PV 光伏电池
AM1.5 air mass 1.5照度条件
HRI 高折射率
Jsc (PV模块的)短路电流密度
TIR 全内反射
μm 微米
附图标记
(1)PV模块的透明前板(也称为前板)
(2)包埋PV电池的封装材料
(3)PV电池
(7)背板
(8)反射层(对比)
(9)透明结构化层(本发明)
(10)结构化层(9)的任选载体膜

Claims (15)

1.光伏模块，其包括一个或多个双面光伏电池(3)，所述模块包括暴露被设计用于接收直射阳光的上外表面的正面和暴露被设计用于接收漫射光的下外表面的后面，其中下外表面至少部分地由微结构化层(9)形成，
其特征在于，所述微结构化层(9)包括棱锥形微结构，所述棱锥形微结构的三角形底面固定在所述层(9)中。
2.光伏模块，尤其是根据权利要求1所述的光伏模块，其包括任选被抗反射层覆盖的前板(1)，前板(1)覆盖光伏电池(3)，所述电池嵌在封装剂(2)中，以及任选的背板(7)和/或夹层(10)，
其中前板(1)、封装剂(2)、光伏电池(3)和任选的抗反射层、背板(7)和夹层(10)彼此光学接触；
且前板(1)、封装剂(2)以及任选的抗反射层和背板(7)和夹层(10)各自由透明材料制成，
其中封装剂(2)或背板(7)或夹层(10)因此形成基本上平面的后表面，所述后表面至少部分地被包括多个三角形底面的棱锥的微结构化层(9)覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其中微结构化层(9)包括具有三角形底面和指向远离模块正面的顶点的棱锥形微结构。
4.根据权利要求2或3所述的光伏模块，其中微结构化层(9)包括棱锥，所述棱锥的侧面相对于由基本上平面的后表面限定的背面倾斜15-89°，优选15-75°，尤其是25-70°的角度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光伏模块，其中棱锥形微结构填充微结构化层(9)的表面的至少90％，尤其是至少95％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光伏模块，其中棱锥的三角形底面的长度为1-600微米，并且棱锥的顶角为30-135°，尤其为60-120°。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光伏模块，包括由通常1-10mm宽的间隙隔开的多个PV电池，其中微结构化层(9)至少布置在这些间隙下方。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光伏模块，其中微结构化层(9)覆盖与模块的背板(7)光学接触的聚合物膜(10)，或者微结构化层(9)覆盖与封装剂(2)光学接触的聚合物膜(10)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光伏模块，其中微结构化层(9)直接覆盖模块的背板(7)，背板(7)是聚合物板或玻璃板。
10.根据权利要求8所述的光伏模块，其中透明材料的微结构化层(9)包括通过光化辐射固化的树脂或压花的聚合物材料，尤其是通过UV辐射固化的树脂。
11.制造包括PV电池的光伏模块的方法，所述PV电池能够转换从正面和后面入射的光，所述方法包括通过在模块的背面上施加、结构化和固化透明涂料，或者通过在模块的背面上施加透明板，从而在透明涂料层中用微结构结构化模块的透明背面的步骤，其中所述板包含一个包括UV固化涂料的微结构化表面，其特征在于所述微结构包括多个三角形底面的棱锥。
12.根据权利要求11所述的方法，其中模块的透明背面的结构化步骤包括：
(a)将透明的可辐射固化树脂层施加到聚合物膜如PET膜上，
(b)通过用适当结构化的模制工具压印来结构化所述可辐射固化树脂层以获得包括三角形底面的棱锥的微结构，
(c)通过辐射固化所得的结构化层，从而获得包括结构化面和非结构化面的聚合物膜，和
(d)将步骤(c)中获得的聚合物膜以其非结构化面施加至背板(7)，或将所述聚合物膜以其非结构化面直接施加至封装剂(2)上，步骤(d)任选包括施加增粘剂和/或粘合剂。
13.根据权利要求11所述的方法，其中模块的透明背面的结构化步骤包括：
(a)将透明的可辐射固化树脂层施加到背板(7)如玻璃板上，
(b)通过用适当结构化的模制工具压印而结构化所述可辐射固化树脂层，以获得包括三角形底面的棱锥的微结构，和
(c)通过辐射固化所得的结构化层。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中棱锥的三角形底面的长度为1-600微米，并且棱锥的顶角为30-135°，尤其为60-120°。
15.透明聚合物膜用于制造光伏模块，尤其是作为光伏模块的背板的用途，所述透明聚合物膜包括微结构化表面，所述微结构化表面包括多个三角形底面的棱锥，所述光伏模块包括能够转换从正面和后面入射的光的PV电池。
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