RU2776395C2 - Оптический экран для фотовольтаической ячейки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к оптике. Оптический экран для фотовольтаической (ФВ) ячейки, содержащий по меньшей мере один несущий элемент, снабженный серией заглубленных в него оптических функциональных полостей, образующих по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн. Оптический экран и соответствующие несущие элементы выполнены в виде группы дискретных структур, при этом каждая дискретная структура содержит по меньшей мере одну оптически функциональную полость в несущем элементе. Каждая дискретная структура и каждая заглубленная оптически функциональная полость в указанном по меньшей мере одном несущем элементе расположена и выровнена над индивидуальной поверхностной структурой, предусмотренной на поверхности тела фотовольтаической ячейки. Изобретение обеспечивает повышение общей выходной мощности ФВ ячейки. 2 н. и 15 з п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Description

Область техники

Изобретение относится к оптике. Более конкретно, изобретение относится к оптическому экрану для поверхностных структур, таких как контакты, электроды, пальцевые контакты и электрические шины, предусмотренные на фотовольтаической ячейке.

Уровень техники

Как правило, фотовольтаическая (ФВ) ячейка или ФВ материал, особенно поли- и монокристаллический кремний, имеет поверхностные структуры, такие как контакты, электроды, пальцевые контакты и/или электрические шины, покрывающие от 5 до 10% ФВ поверхности. Эти поверхностные контакты в типичном случае являются серебряными электродами, сформированными посредством печати с использованием маски и имеющими отражающую способность 85%. Такие контакты обычно вызывают потери из-за отражения и затенения, которые составляют примерно 5-10% оптических потерь и, в целом, настолько же снижают количество электроэнергии, вырабатываемой ячейкой.

С другой стороны, минимизация общего количества и размеров поверхности структур, находящихся на (верхней) поверхности фотовольтаической ячейки, приведет к росту сопротивления и к связанным с этим электрическим потерям в суммарной выходной мощности ячейки. С учетом этого, обычная конструкция контактов и/или электрода является компромиссом между указанными двумя параметрами.

Кроме того, размер, количество, периодичность и/или локализация подобных структур ФВ ячейки оказывают влияние на такие факторы, как внутреннее электрическое сопротивление, проходящий электрический ток и высокое местное допирование по сравнению с низким местным допированием. Эти факторы приводят к снижению или к повышению общей выходной мощности ФВ ячейки.

В настоящее время и, как можно ожидать, также и в будущем архитектура и конструкция ФВ ячеек базируются/будут базироваться на наличии контактов и/или электродов на поверхности указанной ячейки (см. фиг. 1А и 1В). Доступные бесконтактные решения сочетают более высокую стоимость изготовления с пониженной выходной мощностью; поэтому доминирование таких решений в конструкции и архитектуре ФВ ячейки в настоящее время не является релевантным.

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая изобретением, состоит по меньшей мере в ослаблении каждой из проблем, возникающих вследствие ограничений и недостатков, присущих уровню техники. Эта задача решена посредством различных вариантов оптического экрана в сборе для фотовольтаической ячейки, который охарактеризован в независимом пункте 1.

Согласно предпочтительному варианту предлагается оптический экран для фотовольтаической ячейки, содержащий по меньшей мере один несущий элемент, снабженный серией заглубленных в него оптических функциональных полостей, образующих по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн. При этом каждая заглубленная оптически функциональная полость в указанном по меньшей мере одном несущем элементе расположена и выровнена над индивидуальной поверхностной структурой, предусмотренной на поверхности фотовольтаической ячейки, такой как контакт, электрод, пальцевый контакт или шина.

В некоторых вариантах оптический экран дополнительно содержит плоский, планарный базовый слой, расположенный по отношению по меньшей мере к одному несущему элементу так, что оптически функциональные полости находятся между слоями, заданными указанным по меньшей мере одним несущим элементом и базовым слоем.

В некоторых вариантах оптически функциональные полости заполнены образующим внутреннюю среду материалом с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления материала среды, окружающей указанные полости. В других вариантах каждая заглубленная оптически функциональная полость выполнена, в отношении ее размеров, формы и расположения, с возможностью осуществления по меньшей мере одной из следующих функций: отражения, преломления, отклонения и дифракции.

В некоторых вариантах по меньшей мере один несущий элемент и/или базовый слой выполнены из полимерного пластика, стекла или смолы.

В некоторых предпочтительных вариантах заглубленные оптически функциональные полости выполнены в форме V-образных выемок.

В некоторых вариантах полости заполнены образующим внутреннюю среду материалом, находящимся в состоянии текучей среды или в твердом состоянии. Данный материал может быть выбран из группы, состоящей из воздуха, газа и жидкости.

В некоторых дополнительных вариантах по меньшей мере на часть каждой заглубленной оптически функциональной полости нанесено оптически функциональное покрытие. При этом оптическая функция указанного покрытия включает по меньшей мере одну из следующих функций: зеркальное отражение, диффузное отражение и отражение, селективное по длинам волн.

В некоторых вариантах в отношении размерных параметров и положения в оптическом рельефном паттерне индивидуальные заглубленные оптически функциональные полости соответствуют поверхностным структурам, предусмотренным на поверхности фотовольтаической ячейки.

В дополнительных вариантах оптический экран содержит по меньшей мере два несущих элемента, расположенных один на другом. При этом каждый несущий элемент снабжен заглубленными в него оптически функциональными полостями, образующими по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн, а размеры, форма и периодичность оптически функциональных полостей по меньшей мере в одном оптическом рельефном паттерне подобраны индивидуально для каждого несущего элемента.

В некоторых вариантах оптический экран выполнен с возможностью покрывания всей поверхности фотовольтаической ячейки. В некоторых других вариантах оптический экран выполнен в виде группы дискретных элементов, причем каждый дискретный элемент расположен и выровнен над индивидуальной поверхностной структурой, предусмотренной на поверхности фотовольтаической ячейки. В некоторых дополнительных вариантах заявленный оптический экран содержит дискретные элементы, расположенные так, что они формируют решетку.

Далее, оптический экран может быть выполнен в виде пленки, пластины или полоски.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается фотовольтаическая ячейка, охарактеризованная в независимом пункте 17 и содержащая оптический экран согласно предыдущему аспекту. В некоторых вариантах фотовольтаическая ячейка содержит оптический экран, находящийся под ее защитным покрывным слоем.

Полезность изобретения обусловлена различными факторами, зависящими от конкретного варианта осуществления изобретения. Прежде всего, изобретение основано на оптике полностью интегрированных, заглубленных полостей, выполненных как серия оптически функциональных полостей, образующих по меньшей мере один оптический рельефный паттерн в несущем элементе, который формирует оптический экран для таких поверхностных структур фотовольтаической ячейки, как контакты, электроды, пальцевые контакты и/или электрические шины.

Предлагаемое решение с заглубленными оптическими полостями позволяет избежать потерь, обусловленных отражением и затенением света контактами и/или электродами, имеющимися на обычной ФВ ячейке (см. фиг. 1В, на которой показан свет 31, падающий на поверхностную структуру 10 и сразу же выходящий, в результате отражения 32 за пределы ФВ ячейки). Заглубленные оптические элементы, такие как оптически функциональные полости, расположенные вблизи указанных индивидуальных поверхностных структур, образуют, тем самым, оптический экран, который направляет свет на ФВ поверхности кремния, тем самым предотвращая попадание света на индивидуальные поверхностные структуры и, соответственно, его выведение, за счет отражения, из ФВ ячейки.

При этом изобретение обеспечивает гибкость в отношении варьирования размеров, формы и периодичности оптически функциональных полостей в составе по меньшей мере одного оптического рельефного паттерна, а также заполняющего их материала. В результате данный паттерн может быть выполнен в виде преломляющей, дифрагирующей или гибридной оптики, комбинирующей функции отражения, отклонения, преломления и/или дифракции. Могут быть реализованы также многослойные решения, в которых первый слой формирует оптический экран, а второй и/или еще один слой, содержащий полостную оптику, интегрированную в него аналогично первому слою, обеспечивает дополнительную оптическую функцию, например направляет или перенаправляет свет, рассеивает его, обеспечивает оптическое сопряжение и т.д.

Термин "поверхностная структура" используется в контексте изобретения применительно к контактам, электродам, пальцевым контактам, электрическим шинам и другим элементам, находящимся на поверхности фотовольтаической ячейки.

Краткое описание чертежей

Различные варианты изобретения станут понятны при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.

Фиг. 1А и 1В иллюстрируют известные решения для фотовольтаической ячейки 101, причем на фиг. 1А показаны контактные линии 10 на поверхности солнечной (фотовольтаической) ячейки, а на фиг. 1В представлена солнечная панель 101, имеющая на своей верхней поверхности контакт или контакты 10, от которого (от которых) отражается падающий свет 31 (как это проиллюстрировано отраженным лучом 32), так что поглощения фотонов не происходит.

Фиг. 2, 3 и 4 иллюстрируют различные модификации оптического экрана согласно различным вариантам изобретения.

На фиг. 6 показан оптический экран до его ламинирования на фотовольтаическую ячейку.

На фиг. 7 иллюстрируется дискретная модификация оптического экрана согласно некоторым вариантам.

На фиг. 8А и 8В показаны различные варианты фотовольтаической ячейки 201, 201А согласно некоторым аспектам изобретения.

Осуществление изобретения

Далее варианты изобретения будут описаны подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи. Применительно к схожим компонентам на различных чертежах используются одинаковые обозначения. Ниже приводится список компонентов и их обозначений:

201, 201А- фотовольтаическая (ФВ) ячейка,

10 - поверхностная структура на поверхности ФВ ячейки,

11, 11А - несущий элемент, имеющий оптическую функцию,

12 - тело ФВ ячейки,

13 - слой адгезива,

14 - верхний защитный слой ФВ ячейки, 20, 20А - оптический экран в сборе,

21 - базовый слой для несущего элемента 11,

31, 32 - падающий свет и отраженный свет соответственно,

33 - принятый свет,

51, 51А - оптически функциональные полости,

52, 52А - оптический рельефный паттерн.

Фиг. 2 иллюстрирует концепцию, лежащую в основе различных вариантов оптического экрана 20 в сборе (далее - оптический экран) для фотовольтаической ячейки 201. Оптический экран 20 содержит по меньшей мере один плоский, планарный несущий элемент 11, в котором выполнена серия оптически функциональных полостей 51, образующих по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн 52 (выделенный на фиг. 2 жирной линией). Данный по меньшей мере один несущий элемент 11 предпочтительно выполнен из полимерного пластика, стекла, смолы или керамического материала.

В одном варианте несущий элемент 11, который образует оптический экран 20, предпочтительно находится на (верхней) поверхности тела 12 фотовольтаической ячейки.

Оптический экран предпочтительно выполнен как плоский, планарный однородный элемент с гладкими и непрерывными верхней и нижней гранями/сторонами. Для реализации такого решения оптический экран (обозначенный, как 20А, и обведенный на фиг. 2 штриховой линией) дополнительно содержит базовый слой 21, выполненный как полностью плоский, планарный слой, изготовленный из того же материала, что и несущий элемент 11, или из альтернативного материала, выбранного из полимерного пластика, стекла, смолы или керамического материала. Например, оба слоя 11 и 21 могут быть выполнены из полимерного пластика; альтернативно, несущий элемент 11 может быть полимерным пластиком, а базовый слой 21 может быть стеклом. Оптический экран 20А в сборе может обеспечивать покрытие всей поверхности тела 12 ФВ ячейки. Конфигурация 20А представлена также на фиг. 6.

В некоторых случаях несущий элемент 11 расположен между телом ФВ ячейки и защитным покрывным слоем (не изображен), таким как покровное стекло или пластик. Таким образом, фотовольтаическая ячейка 201 может содержать оптический экран 20, расположенный под защитным покрывным слоем.

Альтернативно, оптический экран 20 может быть выполнен в виде слоя, прикрепленного к нижней поверхности (обращенной к ФВ ячейке) защитного слоя (не изображен), или интегральной части данного слоя.

При этом каждая оптически функциональная полость 51 расположена и выровнена над индивидуальной поверхностной структурой 10, предусмотренной на поверхности ФВ ячейки 201. В качестве неограничивающего примера, индивидуальная поверхностная структура 10 представляет собой электрод, контакт (контактную площадку или пластину), пальцевый электрод или шину.

Все упомянутые структуры являются электрическими проводниками, выполненными с возможностью проводить постоянный ток от ФВ ячеек к инвертору (инверторам). Пальцевые контакты (именуемые также пальцами или пальцевыми электродами) - это тонкие металлические линии, которые собирают и доставляют энергию от солнечной ячейки к электрическим шинам. Электрические шины (именуемые также шинными контактами или шинными электродами) обычно изготавливают из алюминия или из меди, плакированной серебром, и размещают перпендикулярно пальцевым контактам.

Таким образом, оптические полости 51 образуют полностью заглубленный оптический паттерн, интегрированный на границе между несущим элементом 11 и базовым слоем 21 (в конфигурации 20А) или между несущим элементом 11 и поверхностью тела 12 ФВ ячейки (в конфигурации 20).

Высота оптических функциональных полостей 51 составляет, для согласования с размерами расположенных под ними поверхностных структур 10 ФВ ячейки, 10-1000 мкм. Это, однако, не исключает использования оптического экрана 20 с полостями 51, выполненными применительно к наноразмерным субструктурам.

Таким образом, оптический экран 20 сформирован по меньшей мере одним несущим элементом 11 с заглубленными в него оптически функциональными полостями 51 (полостными оптическими элементами), которые используют материал внутренней среды, такой как текучая среда (воздух, газ, жидкость) или твердое вещество с показателем преломления, оптимизированным по отношению к окружающему материалу. Соответственно, полости 51 предпочтительно заполнены материалом внутренней среды с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления материала среды, окружающей указанные полости. Показатель преломления внутренней среды предпочтительно ниже, чем показатель преломления окружающего материала. Одним из предпочтительных материалов внутренней среды (материалом-заполнителем) является воздух. Другой предпочтительный материал внутренней среды - это, по существу, твердый материал с низким показателем преломления, такой как оксид кремния, который позволяет реализовать функцию полного внутреннего отражения (ПВО). Под "материалом с низким показателем преломления" здесь понимается материал, показатель преломления которого меньше, чем показатель преломления материала, окружающего указанные полости, такого как материал, из которого выполнен несущий элемент 11.

Альтернативно, на стенки каждой заглубленной оптически функциональной полости 51 может быть, по меньшей мере частично, нанесено оптически функциональное покрытие (не изображено), причем оптическая функция указанного покрытия включает по меньшей мере одну из следующих функций: зеркальное отражение, диффузное отражение и отражение, селективное по длинам волн. Это покрытие может полностью или частично покрывать все стенки полости. Другим практически осуществимым решением являются гибридные покрытия с нанооптическими свойствами. Так, покрытие может содержать, например, нанокристаллы и быть выполнено как антиотражающее и/или самоочищающееся покрытие.

В предпочтительных вариантах полости 51 выполнены в форме канавок или углублений, имеющих протяженность в любом направлении относительно несущего элемента 11. В некоторых конфигурациях указанные канавки расположены, по существу, параллельными рядами. В других конфигурациях канавки могут перекрещиваться с образованием решетки.

В предпочтительных вариантах полости (канавки) 51 выполнены как V-образные выемки (V-канавки), предпочтительно инвертированные V-канавки (с сечением в виде перевернутой буквы V). На практике, в отношении размеров (включая ширину, высоту, длину) паттерн 52, содержащий полости 51, зависит от соответствующих размеров поверхностных структур 10. Полости 51 можно выполнить не только как канавки, но и как дискретные элементы, такие как V-образные углубления (например, призматические). Кроме того, вместо V-образных форм или дополнительно к ним, полостям можно придавать иные формы, такие как наклонные треугольные, прямоугольные, трапецеидальные формы, вогнутые линзообразные формы и т.д. Таким образом, паттерн 52 может быть сформирован с единственным профилем (все полости имеют идентичную форму) или многопрофильным (полости имеют различные формы).

Размеры, форма и периодичность оптически функциональных полостей в каждом оптическом рельефном паттерне предпочтительно являются индивидуально настраиваемыми для каждого несущего элемента. Термин "настраиваемые" использован здесь в значении "варьируемые" или "модифицируемые".

При условии позиционирования и согласования положения заданного рельефного паттерна 52, в типичном случае в варианте V-канавок, поверх поверхностных структур (например контактов и/или электродов) падающий свет 31 испытывает ПВО-отражение, обеспечивающее отклонение от начальной траектории (фиг. 2). В результате, вместо того чтобы отразиться за пределы ФВ ячейки или быть поглощенным проводящими структурами 10 (что, как правило, имеет место в известных решениях), падающий свет 31 перенаправляется в сторону ФВ ячейки и собирается на ее поверхности из оксида кремния, внося, таким образом, вклад в генерирование мощности. Такой перенаправленный свет, вносящий вклад в генерирование мощности, именуется далее "принятым светом" и обозначается, как 33. Генерирование электронов в ФВ ячейке может рассматриваться как функция потока фотонов. В соответствии с уравнением 1 скорость G генерации прямо пропорциональна потоку N₀ фотонов, падающему на единичную площадь в секунду.

Весь падающий свет 31 (например, солнечный), который падает на солнечную панель и принимается ею, преломляется верхней поверхностью панели, как правило, выполненной из стекла или пластика, так что внутри стопы солнечных ячеек угловое распределение света находится в пределах ±42° от нормали к поверхности. Чтобы весь падающий свет 31 испытывал ПВО на поверхности V-канавки 51, требуется канавка с профилем, у которого угол а при вершине или ребре призмы, именуемый также углом а призмы или V-канавки (см. фиг. 4), составлял по меньшей мере 12°. Однако, учитывая солнечное освещение в течение всего годичного периода, указанное угловое распределение концентрируется в пределах угла ±50° от нормали к поверхности. Поэтому угол профиля V-канавки может быть увеличен, обеспечивая, тем не менее, хорошую эффективность сбора солнечного света. Содержащиеся в приведенной Таблице 1 данные - это результат моделирования с использованием кумулятивных годовых данных по солнечному освещению в Марокко с использованием и без использования решения с V-канавками (в варианте оптического экрана 20) в солнечной панели. Область покрытия для всех поверхностных структур 10, таких как поверхностные контакты, составляла в модели около 10%.

Из приведенных сравнительных результатов видно, что конструкция поверхностных контактов может быть оптимизирована в отношении минимизации электрических потерь, не принимая во внимание потери на отражение и/или затенение. Электрические потери определяются как произведение тока на сопротивление. В принципе, общая площадь, занимаемая поверхностными структурами 10, может быть значительной, доходя до 20-30% от общей площади солнечной ячейки или панели, так что для сбора 95-98% всего доступного (падающего) света требуется использование оптики контактного экрана 20 в сборе. Этот фактор является важным, если принять во внимание оптимизацию поверхностных структур 10, таких как контактные слои на эмиттере (т.е. на верхней поверхности тела 12 ФВ ячейки). Часть потерь мощности может рассматриваться как функция расстояния S между структурами 10, такими как контактные выводы (см. уравнение 2, в котором расстояние S соответствует расстоянию между средними точками структур 10 - см. фиг. 3). Следует отметить, что расстояние S входит в уравнение 2 во второй степени (как S²). Теоретически значительное сокращение потерь мощности может быть достигнуто, если сократить расстояние S вдвое или даже втрое по сравнению с известными решениями.

На фиг. 5 представлена многослойная конфигурация, в которой ФВ ячейка 201А содержит оптический экран 20 по меньшей мере с двумя несущими элементами 11, 11А, причем каждый несущий элемент содержит определенное количество заглубленных в него оптических функциональных полостей 51, 51А, образующих по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн 52, 52А. Таким образом, несущий элемент 11 образует экранирующую структуру для поверхности 12 ФВ ячейки и для находящихся на ней поверхностных структур 10, тогда как несущий элемент 11А выполняет дополнительные оптические функции, включая (но не ограничиваясь ими): направление и перенаправление света, рассеивание, отражение и оптическое сопряжение.

Во всех конфигурациях размеры, форма и периодичность полостей 51, 51А в паттерне (паттернах) 52, 52А предпочтительно являются настраиваемыми для каждого индивидуального несущего элемента 11, 11А.

Оптический экран 20 по изобретению может быть изготовлен и интегрирован в ФВ ячейку 201, 201А с использованием обычных производственных процессов. Базовой конфигурацией оптического экрана 20 является пленка, предпочтительно тонкая. Данная пленка в процессе изготовления накладывается на каждую ФВ ячейку таким образом, чтобы полости 51 оказались над поверхностными структурами 10. Эта пленка для оптического экрана предпочтительно производится методами рулонной технологии, которые позволяют получать штамповкой заготовки согласно размерам ФВ ячейки. Таким методом можно получать большие объемы заготовок при низкой стоимости. Материалом пленки может быть оптический пластик, смола или керамический материал. Предпочтительным материалом является оптический оксид кремния, который обладает высокой стойкостью к УФ-излучению и к температуре, особенно в долгосрочных применениях.

Выполненный в виде пленки оптический контактный экран 20 может быть нанесен непосредственно на каждую ФВ ячейку посредством ламинирующего устройства в режиме онлайн после изготовления поверхностных структур 10, таких, например, как контакты и антиотражающие покрытия. Данное решение является легкореализуемым и требующим минимальной подготовки. После этого каждая ФВ ячейка будет передана в нормальном режиме на следующую фазу производственного процесса. Ламинирующий адгезив 13 (фиг. 4) может быть выбран из оксида кремния, этиленвинилацетата, слоев на основе олефина и аналогичных веществ.

В других вариантах оптический экран 20, выполненный как пленка, может быть прикреплен к нижней стороне верхнего слоя стекла, который образует защитное покрытие ФВ ячейки. В таком случае положение всего этого стеклянного покрытия должно быть согласовано (в отношении полостей 51) со всеми ФВ ячейками, входящими в общий модуль.

Расстояние d (фиг. 4) между оптическим контактным экраном 20 и поверхностью ФВ ячейки, профили оптических полостей, угловые параметры (значение угла а призмы) и их согласованность с областью перекрываемых контактов (со всей областью, перекрытой поверхностными структурами 10) могут быть промоделированы и оптимизированы. На фиг. 4 и в Таблице 2 приведено большое количество промоделированных и оптимизированных решений и достигнутый выигрыш.

На фиг. 6 представлен оптический экран 20, 20А, полости 51 которого перед его ламинированием на ФВ ячейку были заполнены средой (например воздухом). Штриховой линией между слоями 11 и 21 отмечено, что приемлемы обе конфигурации (с базовым слоем 21 и без него).

На фиг. 7 показан оптический экран 20, 20А, выполненный как комплект дискретных элементов (обозначенных, как (i), (ii) и (iii)). Каждый такой элемент может быть выполнен как индивидуальная пленка, пластинка или полоска, наложенная на тело ФВ ячейки при пространственном согласовании с расположением поверхностных структур (например контактов) 10. В некоторых вариантах (соответствующих конфигурации 20) дискретный элемент (iii) содержит по меньшей мере один несущий элемент 11. В некоторых других вариантах (соответствующих конфигурации 21) дискретные структуры (i) и (ii) дополнительно содержат базовый слой 21. Каждая дискретная структура может содержать единственную полость 51 или группу таких полостей. Дискретные структуры распределены по поверхности ФВ ячейки, не обеспечивая при этом полного ее покрытия.

В некоторых дополнительных вариантах дискретные структуры (i), (ii) и/или (iii) могут быть размещены так, чтобы сформировать решетку. Эта решетка может быть сформирована множеством дискретных структур в форме полосок, пересекающихся под прямым углом, или множеством индивидуальных структур в виде пластинок или пленок, расположенных рядами согласно заданному порядку.

Следует отметить, что каждая дискретная структура (i), (ii) и/или (iii) содержит по меньшей мере один полостной оптический элемент 51 и что указанные дискретные структуры согласованы по положению с поверхностными структурами 10, распределенными по солнечной ячейке.

На фиг. 8А и 8

В показаны различные варианты фотовольтаической ячейки 201, 201А, содержащей оптический экран в конфигурации 20, 20А. Экран 20, 20А может быть выполнен в виде непрерывной структуры типа пленки или пластинки, обеспечивающей полное покрытие всей поверхности ФВ ячейки, или как дискретная структура, составляющие которой расположены над полостными оптическими элементами 51.

Оптический экран может быть ламинирован различными методами и на различных стадиях изготовления, в том числе: а) на поверхность тела 12 ФВ ячейки или b) между телом 12 ФВ ячейки и защитным слоем 14, например из стекла.

Соответственно, оптический экран 20, 20А может быть снабжен адгезивным слоем 13 на одной своей стороне (фиг. 8А) или на обеих (нижней и верхней) сторонах (см. фиг. 8 В).

При этом оптический экран 20, 20А может быть установлен на тело 12 ФВ ячейки автоматическим устройством так, что данная установка будет произведена: а) точно на поверхность тела 12 ФВ ячейки; b) на поверхность ФВ модуля в целом и/или с) с образованием, в процессе установки, "проводного контакта" с поверхностью ФВ ячейки или ФВ-модуля.

Изобретение эффективно минимизирует потерю оптической мощности, которая включает потери, вызванные отражением, потери от затенения и потери, вызванные поглощением падающего света контактными структурами. Предлагаемый оптический экран в сборе является простым и экономически эффективным решением, которое снижает вышеупомянутые потери и повышает эффективность выработки выходной мощности для ФВ ячейки.

Использование предлагаемого оптического экрана в сборе позволяет минимизировать электрические потери за счет: 1) увеличения количества поверхностных структур 10 и их размеров и 2) минимизирования расстояний, зазоров и периодичности между поверхностными структурами 10 с достижением, тем самым, минимального электрического тока на одну поверхностную структуру 10 (контакт) и минимального сопротивления.

Данное изобретение способствует также использованию областей кремния с повышенным допированием фосфором под более крупными поверхностными структурами 10 (такими как контакты), чтобы повысить проводимость. Такое выполнение является полезным в случае использования областей с высоким и низким уровнями допирования, поскольку позволяет получить высокую проводимость и малый заряд носителя.

Специалисту в соответствующей области должно быть понятно, что по мере развития технологии базовые идеи изобретения будут охватывать различные модификации, находящиеся в пределах его объема. Таким образом, изобретение и его варианты не ограничены вышеописанными примерами, а могут модифицироваться в пределах прилагаемой формулы.

Claims (19)

1. Оптический экран (20, 20А) для фотовольтаической ячейки, содержащий по меньшей мере один несущий элемент (11), снабженный серией заглубленных в него оптических функциональных полостей (51), образующих по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн (52), отличающийся тем, что

оптический экран и соответствующие несущие элементы выполнены в виде группы дискретных структур (i), (ii) и/или (iii), при этом каждая дискретная структура содержит по меньшей мере одну оптически функциональную полость в несущем элементе,

и при этом каждая дискретная структура и каждая заглубленная оптически функциональная полость в указанном по меньшей мере одном несущем элементе расположена и выровнена над индивидуальной поверхностной структурой (10), предусмотренной на поверхности тела (12) фотовольтаической ячейки.

2. Оптический экран по п. 1, в котором индивидуальная поверхностная структура (10), находящаяся на поверхности тела фотовольтаической ячейки, является электродом, контактом, пальцевым контактом или шиной.

3. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, который дополнительно содержит плоский, планарный базовый слой (21), расположенный по отношению по меньшей мере к одному несущему элементу (11) так, что оптически функциональные полости (51) находятся между слоем (21) и указанным элементом (11).

4. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные оптически функциональные полости (51) заполнены образующим внутреннюю среду материалом с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления материала среды, окружающей указанные полости.

5. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая заглубленная оптически функциональная полость (51) выполнена, в отношении ее размеров, формы и расположения, с возможностью осуществления по меньшей мере одной из следующих функций: отражения, преломления, отклонения и дифракции.

6. Оптический экран по любому из пп. 3-5, в котором по меньшей мере один несущий элемент (11) и/или базовый слой (21) выполнены из полимерного пластика, стекла или смолы.

7. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором заглубленные оптически функциональные полости (51) выполнены в форме V-образных выемок.

8. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные заглубленные оптически функциональные полости (51) заполнены образующим внутреннюю среду материалом, находящимся в состоянии текучей среды или в твердом состоянии.

9. Оптический экран по п. 8, в котором образующий внутреннюю среду материал в состоянии текучей среды выбран из группы, состоящей из воздуха, газа и жидкости.

10. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере на часть каждой заглубленной оптически функциональной полости (51) нанесено оптически функциональное покрытие, при этом оптическая функция указанного покрытия включает по меньшей мере одну из следующих функций: зеркальное отражение, диффузное отражение и отражение, селективное по длинам волн.

11. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором, в отношении размерных параметров и положения в оптическом рельефном паттерне (52), индивидуальные заглубленные оптически функциональные полости (51) соответствуют поверхностным структурам (10), находящимся на поверхности фотовольтаической ячейки.

12. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, который содержит по меньшей мере два несущих элемента (11, 11А), расположенных один на другом, при этом каждый несущий элемент снабжен серией заглубленных в него оптически функциональных полостей (51, 51А), образующих по меньшей мере один заданный оптический рельефный паттерн (52, 52А), причем размеры, форма и периодичность указанных оптически функциональных полостей по меньшей мере в одном оптическом рельефном паттерне являются индивидуально настраиваемыми для каждого несущего элемента.

13. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, который выполнен с возможностью покрывания всей поверхности фотовольтаической ячейки.

14. Оптический экран по любому из предыдущих пунктов, в котором дискретные структуры (i), (ii) и/или (iii) расположены так, что они формируют решетку.

15. Оптический экран по п. 14, в котором решетка сформирована группой дискретных структур (i), (ii) и/или (iii), выполненных в виде полосок и пересекающихся под прямым углом, или в котором решетка сформирована группой дискретных структур (i), (ii) и/или (iii), выполненных как индивидуальные структуры в виде пластинок или пленок и расположенных рядами согласно заданному порядку.

16. Фотовольтаическая ячейка (201, 201А), содержащая оптический экран (20, 20А) согласно любому из пп. 1-15.

17. Фотовольтаическая ячейка по п. 16, содержащая защитный покровный слой, под которым находится оптический экран.

Images