一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，包括從上至下依次設(shè)置的玻璃板、上層封裝材料、晶體硅太陽能電池、下層封裝材料及背板，在下層封裝材料與背板之間增設(shè)下轉(zhuǎn)換層，下轉(zhuǎn)換層涂覆在背板的上表面上，下轉(zhuǎn)換層由能將300～400nm波段的紫外光轉(zhuǎn)換為900～1100nm的近紅外光的熒光粉和透光率是90%以上的透明硅膠組成，透明硅膠作為熒光粉的熔融劑；上層封裝材料和下層封裝材料是能透過300～400nm波段的紫外光的高透光封裝材料，該高透光封裝材料的透光率為90%以上。本發(fā)明可將電池間隙的300～400nm反射光成倍利用，提高了光伏組件的增益。另外，本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)，成本較低。
【專利說明】一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體硅太陽能光電利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件。
【背景技術(shù)】
[0002]對于能帶隙為1.35eV (砷化鎵)與l.leV (娃)通過下轉(zhuǎn)換單結(jié)太陽能電池(single-junction solar cells),按照 Shockley-Queisser 極限效率分別為 40.8% 和31.0%。對于單晶硅太陽能電池(能帶隙Eg為1.12eV)，其極限效率僅有29%。最主要的損耗就是晶格熱振動損失和透過(非吸收)損失，這兩種損失占總損耗的70%以上，稱之為光譜錯(cuò)配(spectral mismatch)。
[0003]T.Trupke2002年研究了一種稱之為下轉(zhuǎn)換層的材料，即吸收一個(gè)高能光子，就放出兩個(gè)以上的低能光子，這些低能光子再被太陽能電池吸收，然后產(chǎn)生電子-空穴對。因此，每吸收一個(gè)高能光子，太陽能電池就會產(chǎn)生多個(gè)電子-空穴對。
[0004]就理論上而言，對于下轉(zhuǎn)換層前置的情況，能帶隙Eg=L IeV,其極限效率為38.6% ;對于下轉(zhuǎn)換層后置的情況，能帶隙Eg=L 05eV，其極限效率為39.6%，這都是有可能被實(shí)現(xiàn)的方式。
[0005]因此，在理論上，將轉(zhuǎn)換層應(yīng)用于光伏組件以提升光電轉(zhuǎn)換效率是可行的。但是，該理論在技術(shù)層面尚無實(shí)踐。目前，光伏組件為了預(yù)防紫外線破壞材料，將300nm至400nm高能量光子過濾，通過前置透明玻璃板后，以400nm至IlOOnm的普通能量光子入射電池表面，根據(jù)有關(guān)研究表明，紫外線的能量占總AMl.5將近6.1%，但是，現(xiàn)有藍(lán)光EVA也僅僅能夠利用直射的能量，而通過太陽能電池間隙的高能量光子全部被EVA防紫外添加劑吸收，顯然，這是對于光伏組件發(fā)電效率的一種浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高光電轉(zhuǎn)換效率、容易實(shí)現(xiàn)、成本低的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，能夠?qū)Ω吣芰抗庾蛹右杂行Ю脕硖岣吖怆娹D(zhuǎn)換效率。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，包括從上至下依次設(shè)置的玻璃板、上層封裝材料、晶體硅太陽能電池、下層封裝材料及背板，其特征在于:在所述下層封裝材料與背板之間增設(shè)下轉(zhuǎn)換層，所述下轉(zhuǎn)換層涂覆在所述背板的上表面上，所述下轉(zhuǎn)換層由能將300?400nm波段的紫外光轉(zhuǎn)換為900?IlOOnm的近紅外光的熒光粉和透光率是90%以上的透明硅膠組成，所述透明硅膠作為熒光粉的熔融劑；所述上層封裝材料和下層封裝材料是能透過300?400nm波段的紫外光的高透光封裝材料，該高透光封裝材料的透光率為90%以上。
[0008]本發(fā)明下轉(zhuǎn)換層可將透過上層封裝材料和下層封裝材料的300?400nm波段的紫外光，通過激發(fā)隨機(jī)發(fā)射900?IlOOnm的近紅外光，再反射到太陽能電池上，可以將電池間隙的300?400nm反射光成倍利用，提高組件增益，從而對高能量光子加以有效利用以提高光電轉(zhuǎn)換效率。另外，本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)，且成本較低。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式,所述突光粉以GdBO3作為基層,共摻Ce3+、Yb3+,GdBO3、Ce3+、Yb3+的摩爾比是98:1:1 ;所述透明硅膠與熒光粉的體積比是10:1?20:1。
[0010]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述透明硅膠是應(yīng)用環(huán)氧樹脂AB膠，其中，A膠是環(huán)氧樹脂，B膠是固化劑；或者所述透明硅膠是UV膠。
[0011]本發(fā)明所述下轉(zhuǎn)換層的厚度為10?50um。
[0012]本發(fā)明所述上、下層封裝材料均采用藍(lán)光透過封裝樹脂EVA或者藍(lán)光透過封裝樹脂PO。
[0013]所述背板由白色環(huán)氧樹脂制成。白色環(huán)氧樹脂板具備高反射率的反光層90%以上，類似反射鏡組成。
[0014]所述背板厚度是0.5?1.0mm。
[0015]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述玻璃板為鋼化玻璃板，所述鋼化玻璃板的下表面設(shè)有沿太陽能電池串聯(lián)方向延伸的內(nèi)凹的條形紋路，所述條形紋路對應(yīng)于各排太陽能電池之間的間隙，所述條形紋路由中部下凸的圓柱面和分設(shè)在圓柱面兩側(cè)至少一個(gè)凸棱組成，所述凸棱的橫截面是直角三角形面，所述凸棱的斜面與豎向的夾角為30?50°，以使入射光通過條形紋路壓縮集中在下轉(zhuǎn)換層上，再將反射到條形紋路上的光線多次反射到太陽能電池上。由于玻璃板的條形紋路帶有角度，因此可使入射光通過多次反射至太陽能電池表面上，減少了光線的逃逸，對于其它波段的光線有利于重復(fù)利用空間。
[0016]本發(fā)明所述條形紋路經(jīng)壓花機(jī)壓制而成，所述條形紋路的寬度是5?10_。
[0017]本發(fā)明所述下轉(zhuǎn)換層均勻涂覆在所述背板上，并經(jīng)固化成型。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果:
[0019]⑴本發(fā)明下轉(zhuǎn)換層可將透過上層封裝材料和下層封裝材料的300?400nm波段的紫外光，通過激發(fā)隨機(jī)發(fā)射900?IlOOnm的近紅外光，再反射到太陽能電池上，能夠?qū)Ω吣芰抗庾蛹右杂行Ю?，提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0020]⑵本發(fā)明在玻璃板上設(shè)置條形紋路，由于條形紋路帶有角度，因此可使入射光通過多次反射至太陽能電池表面上，減少了光線的逃逸，對于其它波段的光線有利于重復(fù)利用空間。
[0021]⑶本發(fā)明背板是白色環(huán)氧樹脂板，具備高反射率的反光層90%以上，類似反射鏡組成。
[0022]⑷上層封裝材料和下層封裝材料采用藍(lán)光透過封裝樹脂EVA/P0，光路上使得300?400nm可以直射到轉(zhuǎn)換層，通過激發(fā)隨機(jī)發(fā)射900-1 IOOnm的近紅外光，再經(jīng)過反光層(白色環(huán)氧樹脂板)反射至玻璃板。
[0023](5)本發(fā)明下轉(zhuǎn)換層加工簡單，容易實(shí)現(xiàn)且成本低廉，除了適用在太陽能光伏組件上，還可以適用于V型聚光器、蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)等多種場合，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的光路示意圖；
[0027]圖3是圖2中C局部放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1?3所示，是本發(fā)明一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，包括從上至下依次設(shè)置的玻璃板1、上層封裝材料2、晶體硅太陽能電池3、下層封裝材料4及背板5，在下層封裝材料4與背板5之間增設(shè)下轉(zhuǎn)換層6，下轉(zhuǎn)換層6由能將300?400nm波段的紫外光轉(zhuǎn)換為900?IlOOnm的近紅外光的熒光粉和透光率是90%以上的透明硅膠組成，透明硅膠作為熒光粉的熔融劑；在本實(shí)施例中，熒光粉以GdBO3作為基層，共摻Ce3+、Yb3+，GdB03、Ce3+、Yb3+的摩爾比是98:1:1，量子效率為199.1% ;透明硅膠與熒光粉的體積比是10:1?20:1。透明硅膠是應(yīng)用環(huán)氧樹脂AB膠，其中，A膠是環(huán)氧樹脂，B膠是固化劑；或者透明硅膠可以采用UV膠。下轉(zhuǎn)換層6均勻涂覆在背板5的上表面上，并經(jīng)固化成型。下轉(zhuǎn)換層的厚度為10?50um。
[0029]背板5由白色環(huán)氧樹脂制成。白色環(huán)氧樹脂板具備高反射率的反光層90%以上，類似反射鏡組成。背板厚度是0.5?1.0mm。上層封裝材料2和下層封裝材料4是能透過300?400nm波段的紫外光的高透光封裝材料，該高透光封裝材料的透光率為90%以上。在本實(shí)施例中，上、下層封裝材料均采用藍(lán)光透過封裝樹脂EVA或者藍(lán)光透過封裝樹脂PO。
[0030]如圖3所示，玻璃板I為鋼化玻璃板，鋼化玻璃板的下表面設(shè)有沿太陽能電池串聯(lián)方向延伸的內(nèi)凹的條形紋路，條形紋路對應(yīng)于各排太陽能電池之間的間隙，條形紋路由中部下凸的圓柱面11和分設(shè)在圓柱面11兩側(cè)兩個(gè)凸棱12組成，凸棱的橫截面是直角三角形面，凸棱的斜面13與豎向的夾角為30?50°，以使入射光A通過條形紋路壓縮集中在下轉(zhuǎn)換層上，再將反射到條形紋路上的光線B多次反射到太陽能電池上。條形紋路經(jīng)壓花機(jī)壓制而成，條形紋路的寬度是5?10mm。
[0031]根據(jù)有關(guān)研究表明，300?400nm波段的紫外光能量占總AMl.5將近6.1%，使用藍(lán)光透過的EVA，有0.8%?1%增益。由于本發(fā)明反射等價(jià)于目前背板，并且將電池間隙的短波長以量子效率199.1%轉(zhuǎn)換為長波長，這樣有助于提高組件增益。
[0032]本發(fā)明的制作工藝如下:
[0033][I]在鋼化玻璃加工壓花過程中，將壓花模具設(shè)計(jì)特定的花紋壓制在設(shè)計(jì)位置，形成條形紋路，參見圖2、圖3。
[0034][2]聞反射率的白色環(huán)氧樹脂背板，為了保持廣品重量，厚度控制0.之間平板拋光，該平板用于封裝基材。
[0035][3]熒光粉研磨，篩選，確保熒光粉顆粒晶格完整并尺寸一致。
[0036][4]以高透明雙組份透明硅膠為溶劑。參考YAG涂覆工藝，將熒光粉與透明硅膠按照1:10的比率，攪拌均勻，無氣泡。
[0037][5]將透明液體涂覆在潔凈無劃痕的環(huán)氧樹脂片上，涂覆的厚度為50um。
[0038][6]在自動加速固化設(shè)備中固化30min (單組份硅膠提高溫度50?80°C，濕度50%?80%)。AB膠:固化過程是在150°C左右下熱固化I?2小時(shí)；UV膠:在I千瓦功率的紫外燈輻照0.05?0.15s的時(shí)間內(nèi)開始固化，幾十秒內(nèi)固化完成。[0039][7]外觀檢查后置下轉(zhuǎn)換層的環(huán)氧樹脂成品，排除涂覆不均勻，有異物等不良品。
[0040][8]性能檢查(反射率300?2000nm，使用300?400nm紫外光束照射，測量光轉(zhuǎn)換效率)工藝路線。
[0041]本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明的下轉(zhuǎn)換層的組成、透明硅膠的組成、上、下層封裝材料等還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，包括從上至下依次設(shè)置的玻璃板、上層封裝材料、晶體硅太陽能電池、下層封裝材料及背板，其特征在于:在所述下層封裝材料與背板之間增設(shè)下轉(zhuǎn)換層，所述下轉(zhuǎn)換層涂覆在所述背板的上表面上，所述下轉(zhuǎn)換層由能將300?400nm波段的紫外光轉(zhuǎn)換為900?IlOOnm的近紅外光的熒光粉和透光率是90%以上的透明硅膠組成，所述透明硅膠作為熒光粉的熔融劑；所述上層封裝材料和下層封裝材料是能透過300?400nm波段的紫外光的高透光封裝材料，該高透光封裝材料的透光率為90%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述熒光粉以GdBO3作為基層，共摻Ce3+、Yb3+，GdB03、Ce3+、Yb3+的摩爾比是98:1:1 ;所述透明硅膠與熒光粉的體積比是10:1?20:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述透明硅膠是應(yīng)用環(huán)氧樹脂AB膠，其中，A膠是環(huán)氧樹脂，B膠是固化劑；或者所述透明硅膠是UV膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述下轉(zhuǎn)換層的厚度為10-50um。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述下轉(zhuǎn)換層均勻涂覆在所述背板上，并經(jīng)固化成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述上、下層封裝材料均采用藍(lán)光透過封裝樹脂EVA或者藍(lán)光透過封裝樹脂PO。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述背板由白色環(huán)氧樹脂制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述背板的厚度是0.5?1.0_。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述玻璃板為鋼化玻璃板，所述鋼化玻璃板的下表面設(shè)有沿太陽能電池串聯(lián)方向延伸的內(nèi)凹的條形紋路，所述條形紋路對應(yīng)于各排太陽能電池之間的間隙，所述條形紋路由中部下凸的圓柱面和分設(shè)在圓柱面兩側(cè)至少一個(gè)凸棱組成，所述凸棱的橫截面是直角三角形面，所述凸棱的斜面與豎向的夾角為30?50°，以使入射光通過條形紋路壓縮集中在下轉(zhuǎn)換層上，再將反射到條形紋路上的光線多次反射到太陽能電池上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可使高能量光子下轉(zhuǎn)換的晶體硅光伏組件，其特征在于:所述條形紋路經(jīng)壓花模具壓制而成，所述條形紋路的寬度是5?10mm。
【文檔編號】H01L31/048GK103715290SQ201310750541
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】徐德生, 張寶華, 柳國偉, 蘇雄, 張發(fā) 申請人:上海晶澳太陽能科技有限公司