CN201282149Y - 太阳能光伏模板和包括该模板的光伏玻璃窗 - Google Patents

太阳能光伏模板和包括该模板的光伏玻璃窗 Download PDF

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杨与胜
李沅民
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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏模板和包括该模板的光伏玻璃窗，所述太阳能光伏模板包括玻璃基板、位于玻璃基板表面的透明导电前电极、位于透明导电前电极表面的透明p－i－n型光电转换单元、位于透明p－i－n型光电转换单元表面的透明导电背电极和密封介质以及位于密封介质表面的玻璃背板。本实用新型的光伏模板结构使其具有较高的透明度，可作为透明建筑材料广泛应用于光伏建筑一体化的采光和光伏发电。

Description

太阳能光伏模板和包括该模板的光伏玻璃窗
技术领域
本实用新型涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能光伏模板和包括该模板的光伏玻璃窗。
背景技术
太阳能作为清洁、安全、持续可靠的绿色能源日益受到人们的广泛关注，太阳能光伏(PV)产品(光伏模板)正在迅速扩大其在能源产业开发利用方面的应用。例如，太阳能光伏模板能够替代一些建筑材料，用来制作建筑物的玻璃幕墙、外立面、屋顶和窗户等，在这些地方安装的光伏模板兼具建筑材料和太阳能发电的功能。安装太阳能光伏模板的新型建筑我们称之为光伏建筑一体化(BIPV)，这样的整幢建筑具有将太阳能转换为电能的功能，使建筑物成为一座可独立运行或并网的小型发电站，使人们可以方便地使用独立于电网的洁净电能。
传统的光伏产品，特别是流行的晶体硅光伏模板，不具有透光性，原因是可见光不能穿透半导体和/或电极材料，因此其不能用于光伏建筑一体化的光伏模板建筑材料的制造。相比之下，包括氢化非晶硅(a-Si)薄膜、微晶硅(μc-Si)和纳米晶硅(nc-Si)在内的具有各种光能带隙的氢化硅薄膜材料，可用于制造对可见光部分透明的太阳能光伏模板，例如玻璃窗、玻璃屋顶等光伏产品。图1为现有的硅薄膜太阳能光伏模板的膜层结构示意图。如图1所示，该硅薄膜太阳能光伏模板包含玻璃基板20，在玻璃基板100表面是由透明导电氧化物(TCO)制成的前电极30，一个由硼掺杂的非晶硅薄膜构成的p层40，一个基于薄膜硅的非掺杂本征i层50，一个由磷掺杂的基于非晶硅的n层60，接着n层60是由TCO薄膜制成的透明后电极70和由金属、例如铝组成的导电膜75，粘合胶层80作为封装密封层，将玻璃盖板90和玻璃基板20封装在一起。其中，TCO薄膜制成的透明后电极150和金属导电膜160一起组成背电极，由于金属导电膜160是非透明或透明度极低，使得该背电极是非透明的，从而使现有的这种硅薄膜太阳能光伏模板的透明度极低。欲将该太阳能光伏模板用于光伏建筑一体化必须使其部分透明，形成部分透明的光伏模板的传统方法是利用激光刻线(laser scribe)技术将硅薄膜和金属电极薄膜有选择性地从不透明光伏模板中移除，形成“开口区域”，光可以透过该被激光处理过的“开口区域”。因此，这种光伏模板的透明度就由不再产生电能的“开口区域”决定。用这种“毁除”的方式来形成透光型光伏模板有下列几个缺点：激光移除过程缓慢且激光处理的格局不统一，这影响了产品的生产效率和产品的一致性，而且激光刻划过程中需要精密且昂贵的激光处理设备。此外，透明度是以光伏模板的光伏活跃区域的减少为代价，亦即光伏模板的电能输出功率的降低与光伏模板的透明度成正比，如果生成更整齐、激光“点”的位置更均匀的开口模式则会对光伏模块产生更大的损伤，导致更大的光伏输出功率的损失。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种太阳能光伏模板和包括该模板的光伏玻璃窗。本实用新型的光伏模板结构使其具有较高的透明度，可作为透明建筑材料广泛应用于光伏建筑一体化的采光和光伏发电。
本实用新型的一个目的在于提供一种太阳能光伏模板，其特征在于：所述太阳能光伏模板包括玻璃基板、位于玻璃基板表面的透明导电前电极、位于透明导电前电极表面的透明p-i-n型光电转换单元、位于透明p-i-n型光电转换单元表面的透明导电背电极和密封介质以及位于密封介质表面的玻璃背板。
优选的，所述太阳能光伏模板还包括位于所述p-i-n型光电转换单元的n层和透明导电背电极之间的分流阻挡层。
可选的，所述分流阻挡层为非掺杂或微掺杂的非晶硅合金，厚度包括10～200纳米的范围。
可选的，所述p-i-n型光电转换单元的p层带隙大于2.1电子伏。
可选的，所述p-i-n型光电转换单元的n层带隙大于1.85电子伏。
可选的，所述p-i-n型光电转换单元的非晶硅本征i层的厚度包括100～350纳米的范围。
可选的，所述透明导电前电极为氧化锡。
可选的，所述透明导电背电极为氧化锌。
本实用新型的另一个目的在于提供一种包括前述任意一项太阳能光伏模板的光伏玻璃窗。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型的太阳能光伏模板采用透明电极和基于非晶硅的p-i-n层作为光电转换单元，其中p-i-n层的p层和n层均采用宽带隙的非晶硅合金，具有较高的透明度，本征非晶硅i层选用较薄的厚度，进一步提高了光伏模板的透明度，通过增加分流抑制层来防止较薄i层带来的分流影响，利用透明玻璃片作为基板和盖板材料用以保护光电转换单元的各膜层。因此，本实用新型的太阳能光伏模板整体上具有较高的透明度，美观实用，且可以双面感光，光照射在光伏模块的任何一面都能够产生电能，提高了光电转换效率，更适合独立户外应用和弱光室内应用。本实用新型的光伏模板中所有的薄膜都可以通过常规的沉积方法和设备进行大面积沉积和制造，保证了能够批量生产用于光伏建筑一体化的光伏模板。
附图说明
通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为现有的硅薄膜太阳能光伏模板的膜层结构示意图；
图2为本实用新型太阳能光伏模板第一实施例的结构示意图；
图3为本实用新型太阳能光伏模板第二实施例的结构示意图；
图4为采用本实用新型太阳能光伏模板的光伏窗简化结构示意图。
所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本实用新型的保护范围。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
图2为本实用新型太阳能光伏模板第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实用新型第一实施例的太阳能光伏模板包括平坦的玻璃基板100，其表面是由透明导电氧化物(TCO)、例如氧化锡SnO2组成的透明导电前电极110。在透明导电前电极110的表面是由硼掺杂的非晶硅合金p层120，该层的材料为带隙大于2.1电子伏(eV)的宽带隙的材料，例如非晶硅碳合金、非晶硅氧合金或非晶硅碳氧合金等，以保证该层具有较高的透明度。在p层120表面是非掺杂的非晶硅本征i层130和磷掺杂的基于非晶硅的n层140。在n层140的表面是由透明导电氧化物(TCO)、例如氧化锌薄膜组成的透明导电背电极150，以及膜层粘合剂160和玻璃背板200。基于非晶硅的本征i层130为光吸收层，其选用较薄的厚度，以便具有较好的透光性，本实施例中的本征i层130的厚度小于350纳米，优选为100～350纳米的范围。此外，n层140的材料优选为带隙不小于1.85eV的非晶硅碳和非晶硅氧合金材料。
图3为本实用新型太阳能光伏模板第二实施例的结构示意图。如图3所示，根据本实用新型第二实施例的太阳能光伏模板包括玻璃基板100，透明导电前电极110，在透明导电前电极110的表面依次包括由硼掺杂的宽带隙非晶硅合金p层120、非掺杂的非晶硅或纳米晶硅本征i层130和磷掺杂的基于非晶硅的宽带隙n层140，以及透明导电背电极150、膜层粘合剂160和玻璃背板200。基于非晶硅的本征i层130为光吸收层，为保证其具有较好的透光性，要求其厚度较薄，小于350纳米，优选在100～350纳米之间。但是如此薄的非晶硅薄膜在沉积的过程中极易产生针孔等缺陷，导致分流(shunt)亦即“短路”问题。因此，本实施例中在n层140表面还包括分流抑制层170和基于非晶硅的n型界面层180。分流抑制层170的厚度在10～200纳米之间，其材料要求具有宽带隙和较高的绝缘性能，例如非掺杂或微掺杂的非晶硅合金，包括非晶硅碳，非晶硅氧，非晶硅氮和氟化非晶硅、非晶硅碳氧合金等，分流抑制层170对于非晶硅薄膜i层130的缺陷区域起着限制分流的作用，基于非晶硅的n型界面层180的作用是保证分流抑制层170与背电极150具有良好的电接触。为减少光学损失，分流抑制层170和n型界面层180需要足够薄，并且具有大于1.9eV的光能带隙，使其具有足够的透明度。
上述太阳能光伏模板的各层均是透明的膜层，对于入射光线10来说，无论从玻璃基板100侧入射的光还是从玻璃背板200侧入射的光都能够通过光吸收层130，因此本实用新型的太阳能光伏模板不但是透明型光伏模板，而且是具有双面感光功能的光伏模板。
图4为采用本实用新型太阳能光伏模板的光伏窗简化结构示意图。图4中所示的光伏窗包括太阳能光伏模板300和框架400，其中的太阳能光伏模板300是图2或图3中所示的本实用新型的太阳能光伏模板。本实用新型的太阳能光伏模板是透明和双面感光型光伏模板，通过框架安装在光伏建筑一体化的窗户、玻璃幕墙、屋顶等位置，不但能够将光能转换为电能而且能够保证采光的需要。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。例如，尽管在附图中所示的各层皆是平整的且厚度几乎相等，但这仅仅是为了方便和清楚地说明本实用新型的原理。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1、一种太阳能光伏模板，其特征在于：所述太阳能光伏模板包括玻璃基板、位于玻璃基板表面的透明导电前电极、位于透明导电前电极表面的透明p-i-n型光电转换单元、位于透明p-i-n型光电转换单元表面的透明导电背电极和密封介质以及位于密封介质表面的玻璃背板。
2、根据权利要求1所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述太阳能光伏模板还包括位于所述p-i-n型光电转换单元的n层和透明导电背电极之间的分流阻挡层。
3、根据权利要求2所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述分流阻挡层为非掺杂或微掺杂的非晶硅合金，厚度包括10～200纳米的范围。
4、根据权利要求1所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述p-i-n型光电转换单元的p层带隙大于2.1电子伏。
5、根据权利要求1所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述p-i-n型光电转换单元的n层带隙大于1.85电子伏。
6、根据权利要求1所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述p-i-n型光电转换单元的非晶硅本征i层的厚度包括100～350纳米的范围。
7、根据权利要求1所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述透明导电前电极为氧化锡。
8、根据权利要求1所述的太阳能光伏模板，其特征在于：所述透明导电背电极为氧化锌。
9、一种包括权利要求1至8任意一项所述的太阳能光伏模板的光伏玻璃窗。
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Co-patentee after: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd.

Patentee after: GS-Solar (Beijing) Company Limited

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