CN206076250U - 光电加热式太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种光电加热式太阳能电池结构，包括钢化玻璃层，钢化玻璃层的上覆盖一层夹层，夹层的上覆盖一层金属导电层，金属导电层的上覆盖一层第一TCO层，第一TCO层的上覆盖一层硅薄膜层，硅薄膜层的上覆盖一层第二TCO层，第二TCO层的上覆盖一层玻璃层，其中，夹层的上还覆盖一层光热膜层，光热膜层的上覆盖一层电热膜层，电热膜层具有与外界电源电性连接的连接端，电热膜层的上覆盖一层绝缘层，绝缘层的上表面覆盖金属导电层；光热膜层在阳光的照射下能产生热量，电热膜层通电也能产生热量，这些产生的热量最终传递给硅薄膜层，使得硅薄膜层温度升高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种硅薄膜太阳能电池结构，尤其涉及一种具有加热功能的光电加热式太阳能电池结构。
背景技术
硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。按照材料的不同，硅太阳能电池可分为三类：单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
硅薄膜太阳能电池只要暴露在光照、湿度、温度等条件下，转换效率就会发生一定程度的衰减，因此大多数硅薄膜太阳能电池都通过“初始”效率来进行评价。如果硅薄膜太阳能电池是像晶体硅这样的材料，性能上还相对稳定；而如果涉及无定形硅即非晶硅，情况将完全不同，在经过暴晒后其导电性能会显著衰退，这种特性被称为SW效应。
在人类探索新能源的过程中，太阳能是唯一可支持人类未来生存和发展的能源。由经济和技术发展的角度看，综合发电成本是决定技术和市场走向的重要因素。硅薄膜太阳能电池因可提供最低的每千瓦系统成本，将因其成本优势和技术特点成为未来世界光伏的主流。与此同时，硅薄膜太阳电池由于产业链短、制造成本低，制造能耗低、制造过程无污染，且效率进一步提升潜力巨大而被业界公认为是第二代光伏电池，市场预测增长空间巨大，在全球掀起一股投资热潮。然而，在硅薄膜光伏发电应用的过程中，硅薄膜太阳能电池面对的一个主要问题是光致衰减，当硅薄膜太阳能电池在阳光下照射时，硅薄膜太阳能电池结构中的Si-H(硅-氢健)被破坏，从而造成光电转换效率的下降。
现有硅薄膜太阳电池结构包括钢化玻璃层，钢化玻璃层的上表面覆盖一层夹层，所述夹层的上表面覆盖一层金属导电层，所述金属导电层的上表面覆盖一层第一TCO层，所述第一TCO层的上表面覆盖一层硅薄膜层，所述硅薄膜层的上表面覆盖一层第二TCO层，所述第二TCO层的上表面覆盖一层玻璃层，使用时玻璃层朝外直接被阳光照射。
对于硅薄膜太阳能电池而言，衰减分为两种，一种是产品使用初期的光致衰减，一种是和晶硅一样在25年使用寿命中的正常衰减。光致衰减是因为非晶硅薄膜中存在不稳定的Si-H键，在光照情况下断裂形成Si-悬挂键，导致光生电子电洞对在此处复合，从而降低了输出功率。光致衰减只存在于硅薄膜产品使用的初期，在经历600-1000小时光照之后电池效率将趋于稳定。在硅薄膜光伏业界，光致衰减的程度大致在15-20％范围，主要取决于电池内部器件结构设计及工艺过程。比如，初始效率为9％的非晶硅薄膜电池，在经历600-1000小时光照之后，其效率经由光致衰减至9％×(1-15％)＝7.65％，之后效率将趋于平稳。
在光伏产品25年使用寿命中，由于封装材料及封装工艺的局限性，光伏电池硅薄膜太阳能电池内部结构将受到外部环境的一定影响，导致其输出功率存在一定的衰减。这样的现象同时存在于市面上的所有光伏电池，单晶硅、多晶硅及其它薄膜电池都存在正常衰减。衰减的范围大致是：10年10％，25年20％。比如，初始效率为9％的非晶硅薄膜电池，10年之后的效率大致为：[9％×(1-15％)]×(1-10％)＝6.885％,25年之后效率大致为：[9％×(1-15％)]×(1-20％)＝6.12％,不难看出，在其使用寿命之后，光伏电池并非不发电，而只是功率较之安装初期低，这个寿命只是光伏厂家对于其产品功率输出特性的一个保证，并非其“寿终正寝”。随着封装材料及封装工艺的不断改进，光伏产品的使用寿命将会进一步延长。
随着科技的不断进步，研究发现硅薄膜太阳能电池被加热到100-120℃时，被阳光照射破坏的Si-H键会被修复，使得硅薄膜太阳能电池的转换效率得到提高并可恢复至初期水平，由于太阳光直接照射在硅薄膜太阳能电池上的温度最高不会超过80℃，因此无法直接通过照射太阳使得硅薄膜太阳能电池达到100-120℃，需要额外对其进行加热和温度的管控，因此，科学家们设计了具有加热功能的硅薄膜太阳能电池，其电池内部具有加热元件，该加热元件与控制装置连接，控制装置与温度检测装置连接，温度检测装置与硅薄膜层连接直接用于检测需要修复的硅薄膜层的温度，具体一种实施方式为：通过控制装置定期(比如，每隔72小时、168小时或240小时等)开启加热元件对硅薄膜太阳能电池进行加热，通过温度检测装置实时检测硅薄膜太阳能电池的温度，使得加热元件在控制装置的控制作用下始终让硅薄膜太阳能电池的温度处于100-120℃的范围内一定时间(比如：30分钟、60分钟或90分钟)，当加热时间达到预设的时间后，藉由控制装置关闭加热元件。即，需要修复硅薄膜太阳能电池被损坏的Si-H键时，通过温度检测装置及控制装置能使得硅薄膜太阳能电池的硅薄膜层稳定在需要的100-120℃的温度。基于此，本发明的申请人经过长期的科研及实践，在现有硅薄膜太阳能电池的基础上经过独特的设计，研发出了能加热的硅薄膜太阳能电池结构，以配合现有的温度检测装置及控制装置使得这种硅薄膜太阳能电池结构具有抗衰减的功能，以解决现有技术中存在的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种既能光照发热，又能通电发热的光电加热式太阳能电池结构。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种光电加热式太阳能电池结构，包括钢化玻璃层，所述钢化玻璃层的上表面覆盖一层夹层，所述夹层的上表面覆盖一层金属导电层，所述金属导电层的上表面覆盖一层第一TCO层，所述第一TCO层的上表面覆盖一层硅薄膜层，所述硅薄膜层的上表面覆盖一层第二TCO层，所述第二TCO层的上表面覆盖一层玻璃层，其中，所述夹层的上表面还覆盖一层光热膜层，所述光热膜层的上表面覆盖一层电热膜层，所述电热膜层具有与外界电源电性连接的连接端，所述电热膜层的上表面覆盖一层绝缘层，所述绝缘层的上表面覆盖所述金属导电层。
与现有技术相比，由于本实用新型的光电加热式太阳能电池结构具有光热膜层，且光热膜层的上表面还覆盖一层电热膜层，该电热膜层具有与外界电源电性连接的连接端，并且电热膜层与金属导电层之间还设置有绝缘层；因此，本实用新型的光电加热式太阳能电池结构，一方面通过光热膜层在阳光的照射下能产生热量，另一方面在连接端与外界电源供电的情况下电热膜层能产生热量，光热膜层与电热膜层产生的热量最终将传递给硅薄膜层，使得硅薄膜层的温度升高；同时由于光热膜层和电热膜层被夹持于电性绝缘的钢化玻璃层和绝缘层中，有效的防止了对电热膜层进行通电时，发生漏电现象，确保了电热膜层能精确的将电能转化为热能，从而更好的为硅薄膜层提供热量。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种光电加热式太阳能电池结构，包括钢化玻璃层，所述钢化玻璃层的上表面覆盖一层夹层，所述夹层的上表面覆盖一层金属导电层，所述金属导电层的上表面覆盖一层第一TCO层，所述第一TCO层的上表面覆盖一层硅薄膜层，所述硅薄膜层的上表面覆盖一层第二TCO层，所述第二TCO层的上表面覆盖一层玻璃层，其中，所述夹层的上表面还覆盖一层光热膜层，所述光热膜层的上表面覆盖一层第三TCO层,所述第三TCO层具有与外界电源电性连接的连接端，所述第三TCO层的上表面覆盖一层绝缘层，所述绝缘层的上表面覆盖所述金属导电层。
与现有技术相比，由于本实用新型的光电加热式太阳能电池结构具有光热膜层，且光热膜层的上表面还覆盖一层第三TCO层,第三TCO层具有与外界电源电性连接的连接端，由于第三TCO层具有导电的特性且覆盖于光热膜层上，因此在第三TCO层通电的情况下光热膜层也会通电，因此使得光热膜层通电，光热膜层在通电的情况下将产生热量，因此本实用新型的光电加热式太阳能电池结构的光热膜层，既能在阳光的照射下产生热量，又能在第三TCO层接通电源的情况下通电产生热量，这些阳光照射及通电产生的热量最终将传递给硅薄膜层，使得硅薄膜层的温度能在短时间内有显著的升高。
较佳地，所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。
较佳地，所述玻璃层为透明结构。
较佳地，所述夹层为聚乙烯醇缩丁醛树脂层或乙烯-醋酸乙烯共聚物层。
较佳地，所述金属导电层为铝层或银层。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例的光电加热式太阳能电池结构的结构示意图。
图2是沿图1中A-A的剖视结构示意图。
图3是本实用新型第二实施例的光电加热式太阳能电池结构的结构示意图。
图4是沿图3中B-B的剖视结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
本实用新型提供了两个具体的实施例，其中，图1及图2为第一实施例的光电加热式太阳能电池结构20，图3及图4为第二实施例的光电加热式太阳能电池结构20`，以下分别对第一实施例及第二实施例作进一步详细的说明；
第一实施例：
如图1及图2所示，本实用新型提供的光电加热式太阳能电池结构20，包括钢化玻璃层21，所述钢化玻璃层21的上表面覆盖一层夹层22，所述夹层22的上表面覆盖一层金属导电层23，所述金属导电层23的上表面覆盖一层第一TCO层24，所述第一TCO层24的上表面覆盖一层硅薄膜层25，所述硅薄膜层25的上表面覆盖一层第二TCO层26，所述第二TCO层26的上表面覆盖一层玻璃层27，其中，所述夹层22的上表面还覆盖一层光热膜层28，所述光热膜层28的上表面覆盖一层电热膜层29，所述电热膜层29具有与外界电源电性连接的连接端291，所述电热膜层29的上表面覆盖一层绝缘层29a，所述绝缘层29a的上表面覆盖所述金属导电层23；由于本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20具有光热膜层28，且光热膜层28的上表面还覆盖一层电热膜层29，该电热膜层29具有与外界电源电性连接的连接端291，并且电热膜层29与金属导电层23之间还设置有绝缘层29a；因此，本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20，一方面通过光热膜层28在阳光的照射下能产生热量，另一方面在连接端291与外界电源供电的情况下电热膜层29能产生热量，光热膜层28与电热膜层29产生的热量最终将传递给硅薄膜层25，使得硅薄膜层25的温度升高；同时由于光热膜层28和电热膜层29被夹持于电性绝缘的钢化玻璃层21和绝缘层29a中，有效的防止了对电热膜层29进行通电时，发生漏电现象，确保了电热膜层29能更好的为硅薄膜层25提供热量。
值得注意的是，由于本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20，在阳光照射下和通电的情况下均能产生热量，通过热传递的方式，这些热量会传递至硅薄膜层25，从而对硅薄膜层25进行加热；在配合现有的温度检测装置及控制装置的作用下，能使得本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20具有优异的Si-H键修复能力，能有效的阻止光电转换效率的降低，具有显著的抗衰减功能；具体地，电热膜层29的连接端291与控制装置电性连接，控制装置与温度检测装置电性连接，温度检测装置的温度检测元件与硅薄膜层25连接直接用于检测需要修复的硅薄膜层25的温度，通过控制装置定期(比如，每隔72小时、168小时或240小时等)开启连接端291与电源的连接，硅薄膜层25在电热膜层29通电产生的热量及光热膜层28光照产生的热量的双向作用下加热使得其温度升高，温度检测装置实时检测硅薄膜层25的温度，电热膜层29在控制装置对其电加热的的控制作用下始终让硅薄膜层25的温度处于100-120℃的范围内一定时间(比如：30分钟、60分钟或90分钟)，当加热时间达到预设的时间(比如：30分钟、60分钟或90分钟)后，藉由控制装置关闭电热膜层29的连接端291与电源的连接，由于仅凭光照加热的光热膜层28无法将硅薄膜层25加热到80℃以上，因此在断掉电加热的情况下，仅凭光照加热的方式无法使得硅薄膜层25长期处于高温(大于100℃)，确保了太阳能电池结构不会被高温损坏；藉由温度检测装置及控制装置来管理及控制加热时间及温度的是本领域技术人员所悉知的，在此不再详细说明。
继续结合图1及图2所示，较佳者，所述绝缘层29a为二氧化硅绝缘层。
继续结合图1及图2所示，较佳者，所述玻璃层27为透明结构；透明结构的玻璃层能更好的让阳光照射于光热膜层28上，使得光热膜层28能更好的被阳光照射而产生更多的热量，进而为硅薄膜层25提供更多的热量，同时也减少了电热膜层29通过通电而为硅薄膜层25提供的热量，进而减少了电热膜层29的用电量，节能环保。
继续结合图1及图2所示，较佳者，所述夹层22为聚乙烯醇缩丁醛树脂层(英文：polyvinyl butyral，简称PVB)或乙烯-醋酸乙烯共聚物层(英文：ethylene-vinyl acetatecopolymer，简称EVA)。
继续结合图1及图2所示，较佳者，所述金属导电层23为铝层或银层。
结合图1及图2所示，使用时，玻璃层27位于最外侧直接被阳光照射，如图2所表示，箭头F的方向表示阳光的入射方向，在阳光的照射下光热膜层28产生热量，同时在连接端291与外界电源供电的情况电热膜层29也产生热量，这些产生的热量最终传递给硅薄膜层25，使得硅薄膜层25的温度升高。
第二实施例：
如图3及图4所示，本实用新型提供的光电加热式太阳能电池结构20`，包括钢化玻璃层21`，所述钢化玻璃层21`的上表面覆盖一层夹层22`，所述夹层22`的上表面覆盖一层金属导电层23`，所述金属导电层23`的上表面覆盖一层第一TCO层24`，所述第一TCO层24`的上表面覆盖一层硅薄膜层25`，所述硅薄膜层25`的上表面覆盖一层第二TCO层26`，所述第二TCO层26`的上表面覆盖一层玻璃层27`，其中，所述夹层22`的上表面还覆盖一层光热膜层28`，所述光热膜层28`的上表面覆盖一层第三TCO层29`，所述第三TCO层29`具有与外界电源电性连接的连接端291`，所述第三TCO层29`的上表面覆盖一层绝缘层29a`，所述绝缘层29a`的上表面覆盖所述金属导电层23`；由于本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20`具有光热膜层28`，且光热膜层28`的上表面还覆盖一层第三TCO层29`，该第三TCO层29`与金属导电层23`之间还设置有绝缘层29a`；藉由连接端291`与外界电源电性连接，从而使得第三TCO层29`接通电源，由于第三TCO层29`具有导电的特性且覆盖于光热膜层28`上，因此使得光热膜层28`通电，光热膜层28`在通电的情况下将产生热量，因此本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20`的光热膜层28`，既能在阳光的照射下产生热量，又能在第三TCO层29`接通电源的情况下通电产生热量，这些阳光照射及通电产生的热量最终将传递给硅薄膜层25`，使得硅薄膜层25`的温度升高；同时由于光热膜层28`和第三TCO层29`被夹持于电性绝缘的钢化玻璃层21`和绝缘层29a`中，有效的防止了对第三TCO层29`进行通电时，发生漏电现象，确保了第三TCO层29`能精确的为光热膜层28`所需的电能提供电能传导，确保了光热膜层28`在通电的情况下能精确的将电能转化为热能，从而更好的为硅薄膜层25`提供热量进行加热。
值得注意的是，由于本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20`的光热膜层28`，在阳光照射下和通电的情况下均能产生热量，通过热传递的方式，这些热量会传递至硅薄膜层25`，从而对硅薄膜层25`进行加热；在配合现有的温度检测装置及控制装置的作用下，能使得本实用新型的光电加热式太阳能电池结构20`具有优异的Si-H键修复能力，能有效的阻止光电转换效率的降低，具有显著的抗衰减功能；具体地，第三TCO层29`的连接端291`与控制装置电性连接，控制装置与温度检测装置电性连接，温度检测装置的温度检测元件与硅薄膜层25`连接直接用于检测需要修复的硅薄膜层25`的温度，通过控制装置定期(比如，每隔72小时、168小时或240小时等)开启连接端291`与电源的连接，硅薄膜层25`在第三TCO层29`通电而使光热膜层28`产生热量及光热膜层28`光照产生热量的双向作用下加热使得其温度升高，温度检测装置实时检测硅薄膜层25`的温度，光热膜层28`在控制装置对其电加热的的控制作用下始终让硅薄膜层25`的温度处于100-120℃的范围内一定时间(比如：30分钟、60分钟或90分钟)，当加热时间达到预设的时间(比如：30分钟、60分钟或90分钟)后，藉由控制装置关闭第三TCO层29`的连接端291`与电源的连接，由于仅凭光照加热的光热膜层28`无法将硅薄膜层25`加热到80℃以上，因此在断掉电加热的情况下，仅凭光照加热的方式无法使得硅薄膜层25`长期处于高温(大于100℃)，确保了太阳能电池结构不会被高温损坏；藉由温度检测装置及控制装置来管理及控制加热时间及温度的是本领域技术人员所悉知的，在此不再详细说明。
继续结合图3及图4所示，较佳者，所述绝缘层29a`为二氧化硅绝缘层。
继续结合图3及图4所示，较佳者，所述玻璃层27`为透明结构；透明结构的玻璃层27`能更好的让阳光照射于光热膜层28`上，使得光热膜层28`能更好的被阳光照射而产生更多的热量，进而为硅薄膜层25`提供更多的热量，同时也减少了光热膜层28`通过第三TCO层29`通电而为硅薄膜层25`提供的热量，进而减少了光热膜层28`的用电量，节能环保。
继续结合图3及图4所示，较佳者，所述夹层22`为聚乙烯醇缩丁醛树脂层(英文：polyvinyl butyral，简称PVB)或乙烯-醋酸乙烯共聚物层(英文：ethylene-vinyl acetatecopolymer，简称EVA)。
继续结合图3及图4所示，较佳者，所述金属导电层23`为铝层或银层。
结合图3及图4所示，使用时，玻璃层27`位于最外侧直接被阳光照射，如图4所表示，箭头F`的方向表示阳光的入射方向，在阳光的照射下光热膜层28`产生热量，同时在连接端291`与外界电源供电的情况,光热膜层28`在第三TCO层29`的导电作用下通电也将产生热量，光热膜层28`在阳光照射及通电时所产生热量的最终将传递给硅薄膜层25`，使得硅薄膜层25`的温度升高。
结合图1-图4所示，值得注意的是，本领域技术人员所悉知一些术语说明如下：TCO英文全称为：transparent conductive oxide，简称：TCO，中文翻译为：透明导电氧化物；另，本实用新型中的硅薄膜层本领域技术人员亦称为：光电膜层。
另，本实用新型所涉及的光热膜层28、28`及电热膜层29在阳光照射下产生热量及在通电情况下产生热量的原理，均为本领域普通技术人员所熟知的，在此不再作详细的说明。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种光电加热式太阳能电池结构，包括钢化玻璃层，所述钢化玻璃层的上表面覆盖一层夹层，所述夹层的上表面覆盖一层金属导电层，所述金属导电层的上表面覆盖一层第一TCO层，所述第一TCO层的上表面覆盖一层硅薄膜层，所述硅薄膜层的上表面覆盖一层第二TCO层，所述第二TCO层的上表面覆盖一层玻璃层，其特征在于：所述夹层的上表面还覆盖一层光热膜层，所述光热膜层的上表面覆盖一层电热膜层，所述电热膜层具有与外界电源电性连接的连接端，所述电热膜层的上表面覆盖一层绝缘层，所述绝缘层的上表面覆盖所述金属导电层。
2.一种光电加热式太阳能电池结构，包括钢化玻璃层，所述钢化玻璃层的上表面覆盖一层夹层，所述夹层的上表面覆盖一层金属导电层，所述金属导电层的上表面覆盖一层第一TCO层，所述第一TCO层的上表面覆盖一层硅薄膜层，所述硅薄膜层的上表面覆盖一层第二TCO层，所述第二TCO层的上表面覆盖一层玻璃层，其特征在于：所述夹层的上表面还覆盖一层光热膜层，所述光热膜层的上表面覆盖一层第三TCO层,所述第三TCO层具有与外界电源电性连接的连接端，所述第三TCO层的上表面覆盖一层绝缘层，所述绝缘层的上表面覆盖所述金属导电层。
3.如权利要求1或2所述的光电加热式太阳能电池结构，其特征在于：所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。
4.如权利要求1或2所述的光电加热式太阳能电池结构，其特征在于：所述玻璃层为透明结构。
5.如权利要求1或2所述的光电加热式太阳能电池结构，其特征在于：所述夹层为聚乙烯醇缩丁醛树脂层或乙烯-醋酸乙烯共聚物层。
6.如权利要求1或2所述的光电加热式太阳能电池结构，其特征在于：所述金属导电层为铝层或银层。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109491539A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-19 | 安徽奕辉电子科技有限公司 | 一种基于光电转化的加热式触摸显示器 |
| WO2019095827A1 (zh) * | 2017-11-16 | 2019-05-23 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 自发电加热组件及其制造方法 |
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- 2016-08-29 CN CN201620992567.6U patent/CN206076250U/zh active Active
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