CN117117018A - 具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片及太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片及太阳电池，述太阳电池透明盖片的表面具有凹槽，所述凹槽与电池栅线上下对应设置。通过光在不同介质表面发生的折射导致入射角偏移的现象，少落在电极区域的光子数，减少反射吸收，降低电极温度，降低其电阻，提高电池光电利用率。

Description

具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片及太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片及其太阳电池。
背景技术
太阳电池是将光能转换为电能的器件，吸收来自太阳的光子，在半导体内产生电子空穴对，然后利用内建电场实现电子空穴对分离产生光生电流。决定电池光电流的两个重要参数，一是电池吸收的光子数，二是这些光子产生载流子的收集效率。尽管通过减反射膜等可以降低电池的光损耗，然而栅线引起的光吸收和反射却仍然不可忽略。特别是在空间III-V太阳电池领域或者地面聚光光伏电池领域，金属栅线占据表面约3％左右给的面积，形成无效面积。另一方面，载流子在电池中的传输可以分为三个部分：纵向部分，即垂直于PN结平面的运动；横向部分，即载流子沿着发射层、窗口层向电极位置移动；电极部分，即在上、下电极内部流动。其中横向部分受半导体材料平面电阻的影响。光吸收位置离栅线越远，平面电阻影响越大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片。
本发明的另一个目的是提供一种包括所述太阳电池玻璃盖片的太阳电池。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，所述太阳电池透明盖片的表面设有线形的凹槽，所述凹槽与电池栅线上下对应设置，线形的凹槽一一对应位于栅线的正上方，凹槽的延伸方向与栅线相同，凹槽与栅线一一上下对齐，所述凹槽可以起到类似于凹透镜的作用，实现光强的重新分布。
在上述技术方案中，所述凹槽的深度为0～200微米且不为0，所述凹槽的宽度为0～100微米且不为0。
在上述技术方案中，所述凹槽的底部为圆弧形，圆弧形的半径为0～50微米且不为0。
在上述技术方案中，所述太阳电池透明盖片的材质为石英玻璃或ETFE。
在上述技术方案中，所述凹槽通过化学腐蚀、光刻、激光熔融或者机械切割的方法制备。采用激光快速熔融的方法加工凹槽时，用激光按照设计的栅线图形快速扫过，在太阳电池透明盖片表面形成凹槽。激光的功率、扫描速率需要根据材料特性决定。所述凹槽也可以通过机械切割的方法，比如利用圆头的刀具按照电池栅线的方向进行切割。
在上述技术方案中，所述凹槽的深度、宽度按照以下方法确定：
如图1所示，O为圆弧形凹槽的圆心，OG为过O点的电池平面的法线，AB为入射光线，光达到界面处时会发生折射现象，折射满足折射定律：
其中n1和n2分别为空气和透明盖片的折射系数。θ1和θ2分别为入射角和出射角。其中OE为平面法线，当光线从低折射率材料进入到高折射率材料时，光线会向法线偏移，入射方向由BC偏移到BD。原本光线达到C点被电极吸收，现在可以偏离到D点被电池吸收。
设OA距离为x1，凹槽的曲率半径为r，太阳电池透明盖片的总厚度为d，一般条件下d>>r，此时偏移量CD为d×tan(arcsin(x1/r)-arcsin(x1/r/n2))。
设栅线宽度为w，假设目标使得原本到达栅线80％的光子数目发生偏离，则需要：
d×tan(arcsin(0.1×w/r)-arcsin(0.1×w/r/n2))不小于0.5×w。
在上述技术方案中，所述太阳电池透明盖片上设有对准标记，以使得太阳电池透明盖片装配在太阳电池上时，凹槽与电池栅线上下对应。
在上述技术方案中，所述对准标记设有四个，分别对应设置在所述太阳电池透明盖片的左上、左下、右上、右下四个位置。
本发明的另一方面，还包括一种太阳电池，包括电池和固定在所述电池顶部的所述的太阳电池透明盖片。
在上述技术方案中，所述电池包括太阳电池本体，所述太阳电池本体的底部为太阳电池下电极、顶部设有电池上电极栅线，所述太阳电池透明盖片通过光学胶粘接在所述太阳电池本体的顶部，所述太阳电池透明盖片上表面的线形的凹槽与所述电池上电极栅线一一上下对应设置。
本发明的另一方面，还包括一种太阳电池的组装方法，包括以下步骤：
步骤1，将电池固定在第一模具上，第一模具上设有用于容纳所述电池的第一定位槽，将太阳电池透明盖片固定在第二模具上，第二模具上设有用于容纳所述太阳电池透明盖片的第二定位槽，所述第一模具的四个边角上分别设有一个第一标记点，所述第二模具的四个边角上分别设有一个第二标记点；
步骤2，粘贴，粘贴过程保证四个第一标记点与四个第二标记点对齐。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用光学盖片结构，通过光在不同介质表面发生的折射导致入射角偏移的现象，设计了一种与电池表面上栅线图形匹配的透明盖片，具有至少以下三点有益效果:
(1)减少落在电极区域的光子数，减少反射吸收；
(2)减少落在电极区域的光子数，有助于降低电极温度，降低其电阻；
(3)在电极附近区域形成一个具有较高光子通量的区域，这部分可以起到微聚光的效果，对提高电池光电利用率有益。
附图说明
图1是本发明优选实施例中光折射现象的原理图；
图2是太阳电池的结构示意图；
图3是本发明优选实施例中的栅线图形图；
图4是实现太阳电池透明盖片和电池准确粘接的模具，(a)和(b)为相同大小的模具。其中(a)中放置太阳电池透明盖片，(b)中放置电池；
图中：
1-太阳电池透明盖片，2-电池上电极栅线，3-光学胶，4-太阳电池，5-太阳电池下电极，6-第二标记点，7-凹槽，8-第一标记点，9-第二模具，10-第一模具。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，所述太阳电池透明盖片的表面设有线形的凹槽7，所述凹槽7与电池栅线一一上下对应设置。
已知电池栅线结构如附图3所示，选择对准标记为太阳电池透明盖片的四个边角，组装时，太阳电池透明盖片的四个边角与电池的四个边角对齐。
所述太阳电池透明盖片的厚度为120微米，栅线宽度为40微米，栅线间间距为800微米，介质材料n＝1.5，要求栅线区域80％的光达到电池。
根据式(1)计算得到最大的r值为9微米，因此确定所述凹槽的底部半径为9微米，所述凹槽的宽度为18微米，所述凹槽间的间距为811微米。
d×tan(arcsin(0.1×w/r)-arcsin(0.1×w/r/n))>0.5×w (1)
按照上述参数绘制图形，并将其导入激光扫描设备；
调整激光光斑大小、扫描速率和激光功率，使激光按照设定的图形进行扫描，形成表面具有凹槽微结构的太阳电池透明盖片，并按照附图2所示粘贴，粘贴过程要保证太阳电池透明盖片的四个边角与电池四个顶点对齐。
实施例2
如图2所示，本实施例的一种太阳电池包括太阳电池本体4，所述太阳电池本体4的底部为太阳电池下电极5、顶部设有电池上电极栅线2，如实施例1所述的太阳电池透明盖片1通过光学胶3粘接在所述太阳电池本体4的顶部，太阳电池透明盖片1顶部的线形的凹槽7与所述电池上电极栅线2一一上下对应设置。
实施例3
一种具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，所述太阳电池透明盖片的表面具有线形的凹槽，所述凹槽与电池栅线一一上下对应设置。
太阳电池透明盖片的厚度为200微米，栅线宽度为20微米，栅线间间距为1毫米，太阳电池透明盖片材料n＝1.5，要求栅线区域50％的光达到电池。凹槽的曲率半径为r，根据式(1)计算得到最大的r值为18微米，因此确定凹槽的底部半径为18微米，凹槽的宽度为36微米，凹槽间间距为992微米。
按照上述参数绘制图形，并将其导入激光扫描设备；
调整激光光斑大小、扫描速率和激光功率，使激光按照设定的图形进行扫描，形成表面具有凹槽微结构的太阳电池透明盖片。
一种太阳电池的组装方法，包括以下步骤：
将电池按照图4中(b)所示位置固定在第一模具10上，第一模具10上设有用于容纳所述电池的第一定位槽，将太阳电池透明盖片按照图4中(a)所示位置固定在第二模具9上，第二模具9上设有用于容纳所述太阳电池透明盖片的第二定位槽，所述第一模具10的四个边角上分别设有一个第一标记点8，所述第二模具9的四个边角上分别设有一个第二标记点6，
将太阳电池透明盖片按照附图2所示粘贴，粘贴过程要保证四个第一标记点8与四个第二标记点6对齐，这样可保证太阳电池透明盖片表面的凹槽7与电池上电极栅线2一一上下对应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述太阳电池透明盖片的表面设有线形的凹槽，所述凹槽与电池栅线一一上下对应设置。
2.如权利要求1所述的具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述凹槽的深度为0～200微米且不为0，所述凹槽的宽度为0～100微米且不为0。
3.如权利要求1所述的具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述凹槽的底部为圆弧形，圆弧形的半径为0～50微米且不为0。
4.如权利要求1所述的具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述太阳电池透明盖片的材质为石英玻璃或ETFE。
5.如权利要求1所述的具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述凹槽通过化学腐蚀、光刻、激光熔融或者机械切割的方法制备。
6.如权利要求1所述的具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述凹槽的深度、宽度按照以下方法确定：
栅线宽度为w，凹槽的曲率半径为r，太阳电池透明盖片的折射系数为n2，太阳电池透明盖片的总厚度为d，使得原本到达栅线80％的光子数目发生偏离则需要：d×tan(arcsin(0.1×w/r)-arcsin(0.1×w/r/n2))不小于0.5×w。
7.如权利要求1所述的具有与栅线图形匹配结构的太阳电池透明盖片，其特征在于，所述太阳电池透明盖片上设有对准标记，以使得太阳电池透明盖片装配在太阳电池上时，凹槽与电池栅线上下对应。
8.一种太阳电池，其特征在于，包括电池和如权利要求1-7中任一项所述的太阳电池透明盖片。
9.如权利要求8所述的所述太阳电池，其特征在于，所述电池包括太阳电池本体，所述太阳电池本体的底部为太阳电池下电极、顶部设有电池上电极栅线，所述的太阳电池透明盖片通过光学胶粘接在所述太阳电池本体的顶部，所述太阳电池透明盖片上表面的线形的凹槽与所述电池上电极栅线一一上下对应设置。
10.一种太阳电池的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将电池固定在第一模具上，第一模具上设有用于容纳所述电池的第一定位槽，将如权利要求1-7中任一项所述的太阳电池透明盖片固定在第二模具上，第二模具上设有用于容纳所述太阳电池透明盖片的第二定位槽，所述第一模具的四个边角上分别设有一个第一标记点，所述第二模具的四个边角上分别设有一个第二标记点；
步骤2，粘贴，粘贴过程保证四个第一标记点与四个第二标记点对齐。
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