CN114512560B - 光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件，所述光伏组件包括：背板、第一绝缘胶膜、光伏发电单元层、第二绝缘胶膜和前板，第一绝缘胶膜设在背板上；光伏发电单元层设在第一绝缘胶膜上远离背板的一侧；第二绝缘胶膜设在光伏发电单元层上远离第一绝缘胶膜的一侧；前板设在第二绝缘胶膜上远离光伏发电单元层的一侧，第二绝缘胶膜内填充有光致发光材料和/或前板的膜层内填充有光致发光材料和/或光伏发电单元层上远离第一绝缘胶膜一侧的表面膜层内填充有光致发光材料。由此，该光伏组件可以将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，弥补光伏组件中光伏发电单元对短波段光响应的不足，从而显著提升光伏组件的发电效率。

Description

光伏组件
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种光伏组件。
背景技术
光伏组件作为清洁能源已得到世界级的大力推广。作为未来替代火力发电的主要电力之一，近十年来，光伏组件的效率得到了突破式的提升，已达到20％左右，发电成本已接近火电水平。
光伏组件的发电效率和发电成本历来是大家关注和努力的焦点。影响发电效率的核心是组件内电池的光谱响应效率，光谱响应效率的提升一直是业内技术创新的焦点和难点。以晶硅类电池为例，在280～1200nm波段有响应效率，但是500nm之前的短波段响应效率偏低(见图3)。
因此，现有的光伏组件有待改进。
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，本发明的一个目的在于提出一种光伏组件，该光伏组件可以将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，弥补光伏组件中光伏发电单元对短波段光响应的不足，从而显著提升光伏组件的发电效率。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光伏组件，根据本发明的实施例，所述光伏组件包括：
背板；
第一绝缘胶膜，所述第一绝缘胶膜设在所述背板上；
光伏发电单元层，所述光伏发电单元层设在所述第一绝缘胶膜上远离所述背板的一侧；
第二绝缘胶膜，所述第二绝缘胶膜设在所述光伏发电单元层上远离所述第一绝缘胶膜的一侧；
前板，所述前板设在所述第二绝缘胶膜上远离所述光伏发电单元层的一侧，
其中，所述第二绝缘胶膜内填充有光致发光材料和/或所述前板的膜层内填充有光致发光材料和/或所述光伏发电单元层上远离所述第一绝缘胶膜一侧的表面膜层内填充有光致发光材料。
根据本发明实施例的光伏组件，通过将光致发光材料填充在第二绝缘胶膜和/或前板的膜层内和/或光伏发电单元层上远离第一绝缘胶膜一侧的表面膜层内，光致发光材料能将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，弥补光伏组件中光伏发电单元对短波段光响应的不足，从而显著提高光伏组件的发电效率。
另外，根据本发明上述实施例的光伏组件，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述第二绝缘胶膜的折射率为1.5～2.1。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述光致发光材料可以将波长为200～600nm的光转化为波长为500～1000nm的光。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述光致发光材料包括CsPbBr、AgInS、AgInZnS、CuInZnS、InP、CdS和CdSe中的至少之一。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述光致发光材料填充在所述第二绝缘胶膜内，所述光致发光材料的质量占所述第二绝缘胶膜质量的1～5％。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述光致发光材料填充在所述前板的膜层内，所述光致发光材料的质量占所述前板的膜层质量的1～5％。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述光致发光材料填充在所述光伏发电单元层上远离所述第一绝缘胶膜一侧的表面膜层内，所述光致发光材料的质量占所述表面膜层质量的1～5％。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述光伏发电单元层包括晶硅类光伏电池和薄膜类光伏电池中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，进一步包括：陷光层，所述陷光层设在所述第二绝缘胶膜和所述前板之间。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述陷光层包括间隔布置的多个第一反射层和第二反射层，位于最下层的所述第二反射层与所述第二绝缘胶膜接触，位于最上层的所述第一反射层与所述前板布置接触，并且所述第一反射层的折射率高于所述第二反射层的折射率，所述前板的折射率低于所述第一反射层的折射率，所述第二绝缘胶膜的折射率高于所述第二反射层的折射率。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述前板折射率低于所述第二绝缘胶膜的折射率。由此，可以提高光伏组件的发电效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的光伏组件的结构示意图；
图2是本发明再一个实施例的光伏组件的结构示意图；
图3是现有光伏电池的光谱响应曲线图；
图4是本发明实施例的不同折射率的第二绝缘胶膜的反射率随入射角度变化的趋势图；
图5是本发明实施例的第二绝缘胶膜到玻璃面的反射率、光伏组件的功率增益以及空气层到光伏发电单元层的透过率随第二绝缘胶膜折射率变化的趋势图。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。
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；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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光伏组件，根据本发明的实施例，参考图1，所述光伏组件包括：背板100、第一绝缘胶膜200、光伏发电单元层300、第二绝缘胶膜400和前板500。
需要说明的是，本申请的背板100为光伏组件的常规部件，此处不再赘述。
根据本发明的实施例，参考图1，第一绝缘胶膜200设在背板100表面上。
根据本发明的实施例，参考图1，光伏发电单元层300设在第一绝缘胶膜200上远离背板100的一侧表面上。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对光伏发电单元层300的具体类型进行选择，例如，光伏发电单元层300包括晶硅类光伏电池和薄膜类光伏电池中的至少之一，其中薄膜类光伏电池包括碲化镉光伏电池、钙钛矿光伏电池、铜铟镓硒等光伏电池。
根据本发明的实施例，参考图1，第二绝缘胶膜400设在光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200的一侧。需要说明的是，本申请的第一绝缘胶膜200和第二绝缘胶膜400均为光伏组件的常规部件，此处不再赘述。
进一步地，上述第二绝缘胶膜400的折射率为1.5～2.1。发明人发现，若第二绝缘胶膜的折射率过大，会影响光线进入光伏发电单元层的比率，从而影响光伏组件效率；若第二绝缘胶膜的折射率过小，会违背增反结构，影响转换光的利用率。
根据本发明的实施例，参考图1，前板500设在第二绝缘胶膜400上远离光伏发电单元层300的一侧。需要说明的是，本申请的前板500为光伏组件中的常规部件，此处不再赘述。
根据本发明的实施例，第二绝缘胶膜400内填充有光致发光材料和/或前板500的膜层内填充有光致发光材料和/或光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200一侧的表面膜层内填充有光致发光材料。
发明人发现，通过将光致发光材料填充在第二绝缘胶膜400和/或前板500的膜层内和/或光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200一侧的表面膜层内，光致发光材料可以将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，弥补光伏组件中光伏发电单元层300对短波长光响应的不足，进而显著提高光伏组件的发电效率。具体的，上述光致发光材料可以将波长为200～600nm的光转化为波长为500～1000nm的光。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对上述光致发光材料的具体类型进行选择，只要能实现上述将短波段的光转换为长波段的光即可，例如，光致发光材料包括CsPbBr、AgInS、AgInZnS、CuInZnS、InP、CdS和CdSe中的至少之一。
根据本发明的一个实施例，光致发光材料填充在第二绝缘胶膜400内，上述光致发光材料的质量占所述第二绝缘胶膜400质量的1～5％。发明人发现，若光致发光材料加入过多，光致发光材料间会产生团聚现象，一方面导致转换光被其他粒子吸收，影响转换光的利用率，另一方面入射光被团聚的粒子遮挡，影响光线的入射率；若光致发光材料加入过少，光致发光的粒子过少，转换光的强度和密度不高，达不到预期的光伏组件的效率增益。具体的，入射光穿过透明的前板500后照射到第二绝缘胶膜400内，由于第二绝缘胶膜400内填充有光致发光材料，该光致发光材料将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，从而在第二绝缘胶膜400中光致发光材料的作用下将转换后的长波段光的一部分进入到光伏发电单元层300，即实现短波段光的利用，弥补了现有光伏组件中光伏发电单元对短波段光响应的不足，进而显著提高光伏组件的发电效率。
根据本发明的再一个实施例，光致发光材料填充在前板500的膜层内，光致发光材料的质量占前板500的膜层质量的1～5％。发明人发现，若光致发光材料加入过多，光致发光材料间会产生团聚现象，一方面导致转换光被其他粒子吸收，影响转换光的利用率，另一方面入射光被团聚的粒子遮挡，影响光线的入射率；若光致发光材料加入过少，光致发光的粒子过少，转换光的强度和密度不高，达不到预期的光伏组件的效率增益。具体的，入射光穿过透明的前板500后，由于前板500的表面膜层内填充有光致发光材料，该光致发光材料将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，在前板500表面的膜层内光致材料的作用下将转换后的长波段光的一部分依次进入第二绝缘胶膜400和光伏发电单元层300，即实现短波段光的利用，弥补了现有光伏组件中光伏发电单元对短波段光响应的不足，进而显著提高光伏组件的发电效率。需要说明的是，前板500的膜层为光伏组件中前板上的常规且固有结构，并且本申请的“前板500的膜层”可以指前板500上表面的膜层和/或前板下表面的膜层。
根据本发明又一个实施例，光致发光材料填充在光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200一侧的表面膜层，光致发光材料的质量占表面膜层质量的1～5％。发明人发现，若光致发光材料加入过多，光致发光材料间会产生团聚现象，一方面导致转换光被其他粒子吸收，影响转换光的利用率，另一方面入射光被团聚的粒子遮挡，影响光线的入射率；若光致发光材料加入过少，光致发光的粒子过少，转换光的强度和密度不高，达不到预期的光伏组件的效率增益。具体的，入射光穿过透明的前板500后经第二绝缘胶膜400达到光伏发电单元层300，由于光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200一侧的表面膜层内填充有光致发光材料，该光致发光材料将光电转换效率低的短波段光转换为光电转换效率较高的长波段光，在光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200表面的膜层内光致材料的作用下将转换后的长波段光的一部分进入光伏发电单元层300，即实现短波段光的利用，弥补了现有光伏组件中光伏发电单元对短波段光响应的不足，进而显著提高光伏组件的发电效率。需要说明的是，光伏发电单元层300上远离第一绝缘胶膜200一侧的表面膜层为光伏组件中光伏发电单元层上的常规且固有结构，此处不再赘述。
为了进一步提升光利用率，参考图2，本申请的上述光伏组件还包括陷光层600，根据本发明的实施例，陷光层600设在第二绝缘胶膜400和前板500之间，并且上述陷光层600包括间隔布置的多个第一反射层602和第二反射层601，位于最下层的第二反射层601与第二绝缘胶膜400接触，位于最上层的第一反射层602与前板500接触，并且第一反射层602的折射率高于第二反射层601的折射率，前板500的折射率低于第一反射层602的折射率，第二绝缘胶膜400的折射率高于第二反射层601的折射率。即在第二绝缘膜400到前板500的方向上，依次设置高折射率的第二绝缘胶膜400、低折射率的第二反射层601、高折射率的第一反射层602，低折射率的第二反射层601，高折射率的第一反射层602……高折射率的第二反射层602、低折射率的前板500。具体的，通过利用光从光密介质到光疏介质能发生全反射的基本原理，调整第二绝缘胶膜400和前板500之间的折射率搭配规则，陷光层600能将原本经第二绝缘胶膜400后要进入空气中的转换光最大限度的反射回光伏发电单元层300界面上进行发电利用，同时提高了光的正面入射，进而显著提高光伏组件的发电效率。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对第一反射层602和第二反射层601的具体类型进行选择，只要能实现第一反射层602的折射率大于第二反射层601和前板500的折射率，且第二反射层601的折射率小于第二绝缘胶膜400和第一反射层602的折射率即可，例如，第二反射层601包括EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)、POE(聚烯烃弹性体)和PVB(聚乙烯醇缩丁醛)中的至少之一，第一反射层602包括二氧化硅薄膜层。
进一步地，上述前板600的折射率低于上述第二绝缘胶膜400的折射率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
设计本申请图1的光伏组件来进行模拟计算：
(1)利用TFCalc光学模拟软件进行光路模拟：设定玻璃前板500折射率n1和光伏发电单元层300折射率n3为输入值，将玻璃前板500和光伏发电单元层300之间的第二绝缘胶膜400的折射率n2进行变化调整，从而计算出第二绝缘胶膜400在光从光伏发电单元层300入射至玻璃前板500界面后反射率的数值(见图5)，进而计算出第二绝缘胶膜400发出的光最终进入光伏发电单元层300的利用率(见图5)。
(2)该第二绝缘胶膜400采用剪切量子点工艺，将510nm短波长光转换成910nm的长波长光，转换效率为170％，采用PERC电池进行计算模拟。
(3)将第二绝缘胶膜400折射率进行变化调节后发现：常规胶膜的折射率在1.5左右，通过填充光致发点材料以调整第二绝缘胶膜400的折射率，折射率越大，反射率越高，发生全反射的入射角越小(见图4)；第二绝缘胶膜的折射率从1.5变化到2.1，从第二绝缘胶膜400到前板500，从0到90°入射角度下，加权平均反射率从21％增加至56％(见图5)，光伏组件的功率增益约4％(300W的光伏组件，功率能增加12W)。另外，入射光线也随着折射率的提高略有提升。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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 (7)

1.一种光伏组件，其特征在于，包括：
背板；
第一绝缘胶膜，所述第一绝缘胶膜设在所述背板上；
光伏发电单元层，所述光伏发电单元层设在所述第一绝缘胶膜上远离所述背板的一侧；
第二绝缘胶膜，所述第二绝缘胶膜设在所述光伏发电单元层上远离所述第一绝缘胶膜的一侧；
前板，所述前板设在所述第二绝缘胶膜上远离所述光伏发电单元层的一侧，
其中，所述第二绝缘胶膜内填充有光致发光材料和/或所述前板的膜层内填充有光致发光材料和/或所述光伏发电单元层上远离所述第一绝缘胶膜一侧的表面膜层内填充有光致发光材料；
所述第二绝缘胶膜的折射率为1.5～2.1；
所述光致发光材料填充在所述第二绝缘胶膜内，所述光致发光材料的质量占所述第二绝缘胶膜质量的1～5％；
所述光致发光材料填充在所述前板的膜层内，所述光致发光材料的质量占所述前板的膜层质量的1～5％；
所述光致发光材料填充在所述光伏发电单元层上远离所述第一绝缘胶膜一侧的表面膜层内，所述光致发光材料的质量占所述表面膜层质量的1～5％。
2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述光致发光材料可以将波长为200～600nm的光转化为波长为500～1000nm的光。
3.根据权利要求1或2所述的光伏组件，其特征在于，所述光致发光材料包括CsPbBr、AgInS、AgInZnS、CuInZnS、InP、CdS和CdSe中的至少之一。
4.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏发电单元层包括晶硅类光伏电池和薄膜类光伏电池中的至少之一。
5.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，进一步包括：陷光层，所述陷光层设在所述第二绝缘胶膜和所述前板之间。
6.根据权利要求5所述的光伏组件，其特征在于，所述陷光层包括间隔布置的多个第一反射层和第二反射层，位于最下层的所述第二反射层与所述第二绝缘胶膜接触，位于最上层的所述第一反射层与所述前板布置接触，并且所述第一反射层的折射率高于所述第二反射层的折射率，所述前板的折射率低于所述第一反射层的折射率，所述第二绝缘胶膜的折射率高于所述第二反射层的折射率。
7.根据权利要求5所述的光伏组件，其特征在于，所述前板折射率低于所述第二绝缘胶膜的折射率。
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