高效率太陽能電池模組結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示一種太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其依序包含一可反射光線的太陽能電池背板、一摻混磷光體的第一聚合物層、一雙面光伏電池層、一第二聚合物層及一鋼化玻璃上蓋板。本發(fā)明揭示的太陽能電池模組可有效提升光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】高效率太陽能電池模組結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請案有關(guān)一種高效率太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，特別是一種單晶娃或多晶娃的太 陽能電池模組結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池模組主要是利用可進行光電效應的光伏電池層吸收光線，并將所吸收 的光能轉(zhuǎn)換為電能，進而達到發(fā)電的目的。目前常用的光伏電池層使用的光伏材料包含單 晶娃、多晶娃、非晶娃等W娃為主的材料，W及諸如蹄化領(lǐng)、銅鋼砸化物、銅鋼嫁砸化物、神 化嫁等薄膜材料，W及光敏染料等有機材料。在該些光伏材料中，W娃材料的發(fā)展最為成 熟，又在娃為主的太陽能電池中，W單晶娃及多晶娃太陽能電池最為普及。
[0003] 目前太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率依所使用的材料而言大約在14%-20%左右，亦即 每照射100能量單位的光能，僅能產(chǎn)生14-20能量單位的電能。造成此光能無法完全轉(zhuǎn)換 為電能的現(xiàn)象的一個重要因素在于各種光伏材料均僅能吸收部分光譜，且對于不同波長的 光線有不同的吸收效率(參圖1)。對于單晶娃或多晶娃而言，其主要吸收的光波長在400nm 至800nm之間，而在太陽的光能中，波長300nm至400nm間（即紫外線、藍光到天藍光的范圍） 的能量占整個太陽光能量的10%左右(參圖2)，對于此部分波長之光線，單晶娃或多晶娃太 陽能電池的發(fā)電效率僅為50% W下。是W，若能妥善利用此部分波長之光線，將可有效提升 太陽能電池的效率。
[0004] 鑒于上述因素，有文獻提出W磯光體吸收特定波長光線，并將其波長轉(zhuǎn)化為所使 用的光伏材料較亦吸收者，W增加光伏電池層吸收之光能，進而提高整體光電轉(zhuǎn)換效率。例 女口，美國第8, 124,871號專利提出于太陽能電池之娃電池層之外表面額外置放一透明光線 轉(zhuǎn)換層，其中除聚合物外尚含有具有化學式（SiVxBax)炬〇2)2 :EuLiCl(其中0《X《1)的磯 光體粉末，其可將波長<400nm之光線并將之轉(zhuǎn)換為500-780nm而再釋放，W利于娃電池層 之吸收，如圖3所示（10為娃晶圓，20為透明光線轉(zhuǎn)換層，21為磯光體)。惟于先前技術(shù)中， 磯光體乃置于光伏電池層之上側(cè)，故大部分經(jīng)轉(zhuǎn)化的光線將朝入光面漫射而仍無法被光伏 電池層所利用。此外，先前技術(shù)中之磯光體是被慘混在一額外之光線轉(zhuǎn)換層，此亦會增加制 程所需之時間及成本，并易因各層間匹配性或黏著性不佳而導致缺陷產(chǎn)生。
[0005] 有鑒于上述問題，本發(fā)明提出一種新的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其除可改善太陽能 電池之整體光電轉(zhuǎn)換效率外，亦能有效解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明之目的是提供一種太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其依序包含：
[0007] -可反射光線的太陽能電池背板；
[0008] 一包含磯光體的第一聚合物層；
[0009] -雙面光伏電池層；
[0010] 一第二聚合物層；
[0011] 一鋼化玻璃上蓋板。
[0012] 本發(fā)明之太陽能電池模組結(jié)構(gòu)主要具有W下的特色及優(yōu)點：
[0013] (1)本發(fā)明之太陽能電池模組結(jié)構(gòu)所采用的背板可反射光線，且所采用的光伏電 池層為雙面光伏電池層。藉由兩者的搭配，能有效再利用通過光伏電池層而未被吸收的光 線，或經(jīng)電池間間隙到達背板的光線，W增加整體的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0014] (2)本發(fā)明之太陽能電池模組結(jié)構(gòu)具有一慘混磯光體且設(shè)置于光伏電池層下方 (即入光面的另一面）的聚合物層，此聚合層物中的磯光體可將短波長的太陽光轉(zhuǎn)換成較長 波長的光線，W利此等光線被光伏電池層吸收。又此等經(jīng)轉(zhuǎn)換之光線是于背板跟光伏電池 層兩者間產(chǎn)生，因此不會有如先前技術(shù)直接自入光面散出而無法使用的問題；
[001引 （3)本發(fā)明之太陽能電池模組結(jié)構(gòu)中優(yōu)選的磯光體具有300nm-400皿間的吸光峰 值及450nm-500nm間的放光峰值，是對單晶娃或多晶娃最佳化的結(jié)果，能大幅提升整體模 組之轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1所示者為多晶娃材料對于不同波長光線的轉(zhuǎn)換效率。
[0017] 圖2所示者為太陽光譜圖（AM1. 5G)。
[0018] 圖3所示者為先前技術(shù)的透明光線轉(zhuǎn)換層設(shè)置實例。
[0019] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)的一個實施例。
[0020] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)的另一個實施例。
[0021] 圖6為實例1及2磯光體（SPS及FPF)的吸收光譜。
[0022] 圖7為實例1及2磯光體（SPS及FPF)的放射光譜。
[0023] 圖8為比較例1及2磯光體（SAS及FAF)的吸收光譜。
[0024] 圖9為比較例1及2磯光體（SAS及FAF)的放射光譜。

【具體實施方式】
[00巧]于本文中，除非特別限定，單數(shù)形之用語(例如「一」）亦包括其復數(shù)形。本文中任 何及所有實施例及例示性用語（如「例如」）目的僅為了更加突顯本發(fā)明，并非針對本發(fā)明 的范圍構(gòu)成限制，本案說明書中的用語不應被視為暗示任何未請求的組件可構(gòu)成實施本發(fā) 明時的必要組件。
[0026] 本發(fā)明之一目的是關(guān)于一種太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其依序包含：
[0027] -可反射光線的太陽能電池背板；
[0028] -包含磯光體的第一聚合物層；
[0029] -雙面光伏電池層；
[0030] -第二聚合物層；
[0031] 一鋼化玻璃上蓋板；
[0032] 其中所述磯光體具有300nm-400nm間的吸光峰值及450nm-500nm間的放光峰值。
[0033] 本發(fā)明之太陽能電池模組結(jié)構(gòu)之示意圖可參考圖4及圖5。
[0034] 圖4之結(jié)構(gòu)包含一涂布有光反射材料的玻璃（1)、一第一聚合物層（2)，其中慘混 有磯光體（3)、一雙面光伏電池層（4)、一第二聚合物層（5)及一鋼化玻璃上蓋板化）。光線 (7) 由鋼化玻璃上蓋板側(cè)進入，部分光學能量經(jīng)由光伏電池層（4)轉(zhuǎn)化為電能，剩余的光線 (8) (W 300nm-400nm波長為主)則透過光伏電池層（4)進入第一聚合物層（2)并經(jīng)其中慘 混的磯光體（3)轉(zhuǎn)換為波長較長的光線并經(jīng)由漫射或反射回到光伏電池層（4)，進而被轉(zhuǎn) 換為電能。
[0035] 圖5之結(jié)構(gòu)與圖4相似，僅W白色背板（1'）取代圖4中的光反射玻璃（1)。
[0036] W下針對本發(fā)明之太陽能模組結(jié)構(gòu)中之各層的技術(shù)特征及制法做進一步的說明。
[OOW] 太陽能由池背板
[0038] 太陽能電池背板除必須具備良好的抗壓、抗拉及抗彎等物理強度外，還需具有良 好的防水、防潮、防氧化、防熱變形等耐候性質(zhì)，W保護內(nèi)部太陽能電池組件，并延長電池的 使用壽命。本發(fā)明中的太陽能電池背板可采用習知的聚合物背板材料，例如聚氣己帰（PVF) /黏著層/聚對苯二甲酸己二醇醋（陽T) /黏著層/PVF多層結(jié)構(gòu)、PVF/黏著層/PET多層 結(jié)構(gòu)、陽T/黏著層/SiOsPET多層結(jié)構(gòu)及涂布層/陽T/黏著層/己帰醋酸己帰醋樹脂（EVA) 底膠層多層結(jié)構(gòu)等。
[0039] 又為能有效反射光線，當采用上述聚合物背板材料多層結(jié)構(gòu)時，可于其中額外 黏著一層金屬薄層，例如鉛鉛或銀鉛等，或于其中之一或多層添加白色物質(zhì)，例如Ti〇2、 BaS04、Teflon等，使之得W反射光線，進而為光伏電池層再次利用。
[0040] 本發(fā)明亦可采用玻璃材料作為太陽能電池背板，為能達到前述機械性質(zhì)的要求， 本發(fā)明之太陽能電池背板結(jié)構(gòu)中的玻璃基板必須具有W下的性質(zhì)：至少約120MPa的抗壓 強度（compressive Strength)、至少約 120MPa 的抗彎強度化ending strength)及至少 約90MPa的抗拉強度（tensile strength);較佳地，本發(fā)明之太陽能電池背板結(jié)構(gòu)中的玻 璃基板應具有約120MPa至約300MPa的抗壓強度（compressive Strength)、約120MPa至 約SOOMPa的抗彎強度化ending strength)及約90MPa至約ISOMPa的抗拉強度（tensile strength)。一般玻璃無法達到上述機械強度，因此必須使用鋼化玻璃。
[0041] 又一般物理鋼化玻璃可能具有足夠的機械性質(zhì)，但是為了避免產(chǎn)生變形，其厚度 一般來說必須在3毫米W上，此不但造成材料及運輸成本的增加，更會影響太陽能電池的 散熱性。至于一般化學鋼化玻璃亦可能達到W上機械性質(zhì)的要求，且較無加工厚度的限制。 然而化學鋼化玻璃很容易因為環(huán)境因素造成破壞，且有后續(xù)涂膜不易、易產(chǎn)生脫膜現(xiàn)象及 成本較高之缺點，其使用亦受限制。
[0042] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實例中，采用的玻璃背板可使用藉由氣動加熱及冷卻之處 理程序制得的新型式物理鋼化玻璃。此種物理鋼化玻璃的詳細制法可參考中國專利第 201110198526. 1號申請案的內(nèi)容。若采用此種物理鋼化玻璃，則其厚度可減少至2mm W下 而仍具有足夠之物理強度。
[0043] 相較于聚合物背板，玻璃背板具有下述優(yōu)點；當使用玻璃作為背板材料時，可直接 利用物理氣相沈積等方法直接將金屬(例如銀、鉛、金、鉛等）沈積于玻璃基板上，使背板得 W反射光線。此方法無需使用黏著劑，除了節(jié)省制程步驟外，亦可避免黏著劑變質(zhì)所產(chǎn)生之 問題，因此具有較佳的可靠性。將金屬沈積于玻璃背板的步驟可于玻璃鋼化后進行，亦可于 玻璃進行氣動加熱之前進行。金屬膜的厚度無特殊限制，一般來說，lOOnm至300nm的厚度 均為合適。
[0044] 另外，雖然本發(fā)明之太陽能電池背板結(jié)構(gòu)于玻璃基板上有一層反射層，但是由于 反射層可能非常薄，因此光線仍有可能穿透反射層而達到玻璃基板之表面。為了增加反 射率，本發(fā)明之太陽能電池背板結(jié)構(gòu)中的玻璃基板可于與反射層同側(cè)的表面做粗化處理 (texturization)而使光線經(jīng)由散射再次回到背板之上。粗化處理之方式包括但不限于習 知之噴砂、壓花、蝕刻或雷射雕刻等。
[0045] 第一聚合物房
[0046] 本發(fā)明之第一聚合物層具有兩個主要的功能，其一為固定太陽能電池的光電組件 并對其提供物理上的保護，例如抗沖擊及防止水氣進入等；其二為第一聚合物層其中的磯 光體能將短波長的入射光線轉(zhuǎn)換為長波長的光線，W利光伏電池層再利用。本發(fā)明之第一 聚合物層可使用任何習知的封裝材料，再慘混或涂布合適的磯光體制得。
[0047] 目前EVA為使用最為廣泛的太陽能電池板封裝材料。EVA為一種熱固性樹脂，其 固化后具有高透光、耐熱、耐低溫、抗?jié)瘛⒛秃虻忍匦裕移渑c金屬、玻璃及塑料均有良好的 接著性，又具有一定的彈性、耐沖擊性及熱傳導性，因此為理想的太陽能電池封裝材料。EVA 具有1. 4至1. 5的折射率，一般約為1. 48。
[0048] 本發(fā)明之第一聚合物層亦可由其它諸如聚己帰純縮下酵（Polyvin^ butyral ; PVB)、娃膠及薄膜離子型聚合物，如Dupont PV5400等材料制得。
[0049] 當光伏電池層使用單晶娃或多晶娃材料時，第一聚合物層中的磯光體應具有 300nm-400nm間的吸光峰值及450nm-500nm間的放光峰值，W將單晶娃或多晶娃難W吸收 的短波長光線轉(zhuǎn)換為具有較長波長的光線。
[0050] 適用之磯光體可為無機磯光體，例如藉由于YAG或TAG中添加Bi+3或化+3所制 得之無機磯光體。亦可使用有機磯光體。除可使用公知之有機磯光體外，可使用如下之新 穎有機磯光體，W達較佳之功效：
[0051]

【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其依序包含： 一可反射光線的太陽能電池背板； 一包含磷光體的第一聚合物層； 一雙面光伏電池層； 一第二聚合物層； 一鋼化玻璃上蓋板； 其中所述磷光體具有300nm-400nm間的吸光峰值及450nm-500nm間的放光峰值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的雙面光伏電池層為雙面單 晶硅或多晶硅光伏電池層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的磷光體為有機磷光體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的磷光體選自
其中任兩對稱之R分別為Gl與G2,其余各R獨立為氫、鹵基或經(jīng)取代或未經(jīng)取代的脂 肪族基團；
各S獨立為氫、鹵基或脂肪族基團，且任二相近之S可與相鄰基團連結(jié)而形成脂肪族或 雜縮合環(huán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的磷光體選自
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的磷光體具有IOnm至 2000nm的平均粒徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的背板為其上具有金屬光反 射膜的鋼化玻璃背板。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的背板及所述的鋼化玻璃蓋 板具有2mm以下之厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的背板上具有作為光反射膜 的銀、鋁、金、鉻或其合金之薄層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的背板為白色的聚合物層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池模組結(jié)構(gòu)，其中所述的第一聚合物層及所述的 第二聚合物層包含選自乙烯醋酸乙烯酯樹脂（EVA)、聚乙烯純縮丁醒（Polyvinylbutyral; PVB)、硅膠及薄膜離子型聚合物之一的材料。
【文檔編號】H01L31/052GK104465827SQ201310431018
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】林金錫, 林金漢, 林于庭, 林俊良 申請人:常州亞瑪頓股份有限公司