CN208173604U - 改进的太阳能电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种改进的太阳能电池装置，包含导光盖板、基体及至少一光电转换组件，导光盖板罩设于基体上方，而光电转换组件由隔绝材料封装于导光盖板与基体之间的容纳空间内；导光盖板为高透光率材质的玻璃板，且在其光入射侧的表面上设有复数个彼此相邻的微米级立体凸起物，等立体凸起物可呈规律状或不规律状排列分布，且该等立体凸起物彼此间隔介于1μm至20μm之间，相邻的立体凸起物在基底相接触并共同构成一低谷，因此在导光盖板表面上呈现立体凸起物与低谷彼此交替分布的状态，并令导光盖板立体凸起物的顶部至导光盖板低谷的底部的高度差约为0.5μm至10μm；在导光盖板表面上还包含疏水涂层，而疏水涂层可覆盖于立体凸起物与该低谷的表面。

Description

改进的太阳能电池装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池装置的导光盖板，更具体的说，是一种可高效率地捕捉及传输光线且表面具备超疏水性的导光盖板。

背景技术

一般太阳能电池的结构包含一防护玻璃盖板、一基体以及一光电转换组件，该光电转换组件由隔绝材料封装于该防护玻璃盖板下方与基体之间，该光电转换组件包括依序堆栈设置的第一电极层、n型半导体层、p型半导体层及第二电极层；外部入射光通过该防护玻璃盖板以及隔绝材料导入的入射光至该光电转换组件，使该光电转换组件吸收入射光能透过该p型半导体及n型半导体使其产生电子及电洞，同时分离电子与电洞而形成电压降，再经由第一电极层和第二电极层传输至负载。通常该防护玻璃盖板具有平坦光滑的上表面，以确保洁净易清理；然而由于玻璃材料与外界空气之间的折射率差较大，因此玻璃光滑平整的表面使大约35％至40％部分的入射光被反射、折射，从而导致入射光能无法得到有效利用；此外该防护玻璃盖板的上表面也容易沾染、堆积尘污杂质，阻绝部分入射光，将严重减损光能利用率。

为减轻光的表面反射以改良光透射特性，现有的太阳能电池的结构有些会在该防护玻璃盖板的表面上方设置抗反射膜；但是抗反射膜价格昂贵，很难普及应用在相对廉价成本的太阳能电池模块中，且因其须与外界接触，容易到酸碱、冷热及机械性外力等因素损害，导致使用寿命低，更重要的，其表面的抗污性自洁能力差，随着时间推移在表面容易累积灰尘、油渍及污物，不仅会阻绝部分入射光、减少表面透射率，且其表面须经常清洗，费时费工维护成本极高。

鉴于前述抗反射膜应用方面的缺失，近年来有些解决方案是藉由仿生物概念的蛾眼结构运用，利用在该防护玻璃盖板的表面上形成精细且密集的凸起与凹陷的构造，以便形成与蛾眼相仿结构，期盼可达降低反射，提升发电效率；然而，模造或转印等手段在玻璃板表面上将所欲的结构外加上去，受限于加工技术与成本条件，现今仍难量产出符合所需的微米级蛾眼结构，因此所能提升的抗反射效能有限，且再板体表面的防污、自洁特性亦无重大改善。

另一方面，有些现有的太阳能电池装置是将蛾眼结构制作在玻璃盖板的底表面、封装材料层或是直接设置在该光电转换组件的硅晶层上，如此虽可使那些被导入玻璃盖板内的入射光减少反射损失而被有效率的转换成电能使用，但因实务上，外部的太阳光在入射过程中，于通过玻璃盖板上表面时，已经因反射、折射作用而减损了大量的光能，所以到达前述那些设置在内部的蛾眼结构处，入射光已经减少许多了，故即使那些入射光被完全使用，整体来说其增益光能利用率的效果也是有限的。

实用新型内容

有鉴于前述问题，本实用新型主要目的是提供一种改进的太阳能电池装置，其具有高光能量透过率的导光盖板，可高效率地捕捉及传输光线，减少光能量反射损失，提升整体太阳能电池装置的光利用率，且该导光盖板的表面具备超疏水性，有防污及自洁效能，可达大幅降低维护成本的目的。

为了达成上述创作目的，本实用新型所提供的改进的太阳能电池装置，其主要包含一基体、一导光盖板以及一光电转换组件，所述导光盖板可罩设于所述基体上方，所述光电转换组件由隔绝材料封装于所述导光盖板与所述基体之间的容纳空间内，所述光电转换组件为包括依序堆栈设置的第一电极层、n型半导体层、p型半导体层及第二电极层；所述导光盖板在其光入射侧的表面上设有复数个彼此相邻的微米级的立体凸起物，所述立体凸起物是呈规律状或不规则状排列分布，而相邻的所述立体凸起物在基底相接触并共同构成一低谷，因此在所述表面上呈现所述立体凸起物与所述低谷彼此交替分布的状态，据此组成相似于一蛾眼结构(moth-eye structure)从而具有抗反射、高透光率、聚光的效果，且还具有类似莲花效应(lotus effect)的疏水性，另外再于所述表面涂布一疏水涂层，更可益增其防污及自洁效能。

特别是，所述导光盖板为一玻璃材质的高透光率板体，在所述表面上的所述立体凸起物彼此的间隔介于1μm至20μm之间，以及所述立体凸起物的顶部至所述低谷的底部的高度差约为0.5μm至10μm；所述立体凸起物可为呈锥体、柱体、半球体、岛型体、香菇型体或彼等的任何组合的凸起几何形体等，但实施范围不以前述形体为限。

特别是，所述隔绝材料是选自聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或光学胶(OCA)等，但实施范围不以前述形体为限。

特别是，所述疏水涂层是采用疏水性材料涂布并覆盖于所述立体凸起物与所述低谷的表面；较佳的，所述疏水涂层的水接触角(water contact angle)为150°以上，更佳的，所述疏水涂层的水接触角为160°以上；所述疏水材料是选自于聚四氟乙烯、含氟聚合物、碳氟化合物、含硅氧烷化合物或石蜡等，但实施范围不以前述形体为限；所述疏水涂层的厚度约为1nm～100nm。

紧接于后将列举较佳的具体实施例继续说明，以进一步阐明本实用新型的创新特征。

附图说明

图1为本实用新型太阳能电池装置的剖面示意图；

图2为本实用新型光电转换组件的剖面示意图；

图3为图2在的导光盖板A部的放大显示的剖面示意图；

图4为本实用新型导光盖板上表面涂布一疏水涂层的剖面示意图。

符号说明：

10 导光盖板

101 立锥体

102 低谷

103 疏水涂层

20 光电转换组件

201 表面电极

202 n型半导体层

203 p型半导体层

204 背面电极

30 基体

40 隔绝材料

500 太阳能电池装置

H 高度差

D 间隔

具体实施方式

如后附各图所示是本实用新型的较佳实施例；但应理解，所列举的实施例仅为了便于进一步说明的实施范例，本实用新型实施方式并不以该说明为限。

参阅图1、2所示，太阳能电池装置500具有一组光电转换单元，通常，该光电转换单元包含少一光电转换组件20，亦可由多个光电转换组件串联而成，所述光电转换组件可以是单晶硅型、多晶硅型、非晶硅型以及薄膜型等种类并不限定；图2显示的光电转换组件的侧剖面示意图，其中，个别的光电转换组件20具有现有的结构，即大体上是由表面电极201、n型半导体层202、p型半导体层203及背面电极204依序堆栈设置而成，且该光电转换组件20由聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)材质的隔绝材料40加以封装，并安装在一导光盖板10与一基体30之间的容纳空间内，使彼此之间呈无间隙固结成一体，并使该光电转换组件的表面电极201和背面电极204以适当的方式电连接到一负载单元(未显示于图面)。

该基体30可搭配各种便于架设安装的结构或装置而使用，以便于可将整体太阳能电池装置500组装于合适的处所进行太阳能发电，例如住家屋顶、杆柱上，空旷场地等地点。

该导光盖板10是选用高透光率的玻璃板材，其上表面布满许多微米级尺寸大小的凸起状立锥体101，在这个实施例中，该等微米级立锥体101以没有特定规律排列方式而均匀布满整个导光盖板10的上表面；详如图3所示，个别立锥体101的横截面积呈向上渐减的构型并在顶部呈一收敛状凸顶，相邻的立锥体彼此的间隔D大约是3μm至20μm，而且各个彼此邻靠的立锥体在其基底部位可彼此相接触并共同构成一低谷102，个别低谷的横截面积则呈向下渐缩的倒置立锥体状造型，该立锥体101的顶部至该低谷102的底部的高度差H约为3μm至6μm；因此，在该导光盖板10的整个上表面由该等凸起的立锥体101与该等内凹的低谷102彼此交替而分布，据此组成一种相似于蛾眼结构(moth-eye structure)；而在该上表面形成的微米级蛾眼结构，对于那些能够用来使光伏电池产生电流的光线，亦即波长在400奈米至1000奈米范围的光线，将可发挥抗反射、提升高光能透射率以及聚光的效果。前述在导光盖板10上表面的仿真蛾眼结构可应用多种技术手段制成，在这个实施例中是使用蚀刻制程获得的，其他可行的加工手段亦可制成，例如：模板法、电化学方法、化学气相沉积法等，但实施范围不以前述加工手段为限。

再如图4所示，本实施例还在前述导光盖板10的上表面涂布一疏水涂层103，亦即使该疏水涂层所涂覆的表面包含前述蛾眼结构内的立锥体101与低谷102的表面；该疏水涂层103具有疏水性材料，例如：聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，即铁弗龙PTFE)；该疏水涂层103的涂布厚度不能太厚，例如是使用0.1μm的涂层厚度，以免不利影响或减损该蛾眼结构的效能；从另一方面来说，由于原来在导光盖板10的上表所形成的蛾眼结构本身已经具有类似莲花效应(lotus effect)的疏水特性，再加上此一疏水涂层103的作用，使该上表面的水接触角可达160°以上，因此可倍增该上表面的防污及自洁效能。

本实施例的太阳能电池装置500运作时，当太阳光照射到该导光盖板10的上表面时，由于该上表面具有微米级的类似蛾眼结构，所以从各个角度照射到上表面的入射光线都可被高效率地捕捉并向内部传输，使入射光线可通过该导光盖板10的板体以及隔绝材料40导入至该光电转换组件20，而该光电转换组件吸收入射光能透过在该p型半导体层203及n型半导体层202使其产生电子及电洞，同时分离电子与电洞而形成电压降，再经由该表面电极201和背面电极204传输至负载。

而诚如前面所描述的，本实用新型导光盖板10上表面的微米级的类似蛾眼结构，由于该低谷102的尺度小于入射的太阳光的波长，所以光波的折射率会在该上表面呈连续性变化(即，渐变折射率)，因此可大幅地降低入射光的反射；本实用新型导光盖板10上表面的反射率极低，经实测结果显示，其全光线透过率(Total light transmittance，T.T)可达95％以上，而在太阳能电池的应用上，该全光线透过率所侦测到的光均能被有效转化成电能，因此安装本实用新型导光盖板10可让太阳能电池装置充分利用太阳光能量来进行发电。

在其他方面，由于具有蛾眼结构的表面会有皮革状的高贵质感，所以本实用新型玻璃材质的导光盖板10的整体表面会呈现柔和雾面且通透的视觉观感，因此亦可在背表面施予拓染、衬饰各种不同颜色以彰显不同质感，亦或是印刷、蚀刻上各种不同花纹、图案或标志，以达兼具美化或标示的功能。

尽管已参考附图并结合具体实施例完整说明本实用新型，应注意熟悉此项技术人士会明白各种变化及修改。此类变化及修改应理解为包括于由权利要求书所定义的本实用新型的范畴内。

Claims (7)

1.一种改进的太阳能电池装置，包含一基体、一导光盖板以及至少一光电转换组件，所述导光盖板可罩设于所述基体上方，所述光电转换组件由隔绝材料封装于所述导光盖板与所述基体之间的容纳空间内，所述光电转换组件为包括依序堆栈设置的第一电极层、n型半导体层、p型半导体层及第二电极层，其特征在于：所述导光盖板为一高透光率材质的板体，且在其光入射侧的表面上设有复数个彼此相邻的微米级立体凸起物，所述立体凸起物是呈规律状或不规律状排列分布，且令所述立体凸起物彼此的间隔介于1μm至20μm之间，而相邻的所述立体凸起物

在基底相接触并共同构成一低谷，因此在所述表面上呈现所述立体凸起物与所述低谷彼此交替分布的状态，并令所述立体凸起物的顶部至所述低谷的底部的高度差为0.5μm至10μm，在所述表面上还包含一疏水涂层，而所述疏水涂层可覆盖于所述立体凸起物与所述低谷的表面。

2.如权利要求1所述的改进的太阳能电池装置，其特征在于，所述立体凸起物可为呈锥体、柱体、半球体、岛型体、香菇型体或彼等的任何组合的凸起几何形体之一。

3.如权利要求1所述的改进的太阳能电池装置，其特征在于，所述导光盖板为高透光率的玻璃。

4.如权利要求1所述的改进的太阳能电池装置，其特征在于，所述隔绝材料为聚乙烯醋酸乙烯酯或光学胶之一。

5.如权利要求1所述的改进的太阳能电池装置，其特征在于，所述疏水涂层材料选自于聚四氟乙烯、含氟聚合物、碳氟化合物、含硅氧烷化合物或石蜡之一。

6.如权利要求1所述的改进的太阳能电池装置，其特征在于，所述疏水涂层的水接触角为160°以上。

7.如权利要求1所述的改进的太阳能电池装置，其特征在于，所述疏水涂层的厚度为1nm～100nm。