獨(dú)立光陷阱型光伏玻璃的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于太陽能電池的光伏玻璃，該光伏玻璃的表面具有獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，即獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)，其中環(huán)的外徑在0.1～5mm范圍內(nèi)，內(nèi)外環(huán)的夾角小于等于90°，由此使光線的多次反射和折射在該獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)完成。采用上述光伏玻璃，可將首次進(jìn)入到玻璃界面的入射光的99.8%捕獲，即：使首次產(chǎn)生的反射光中的96％被捕獲后再加以利用。而現(xiàn)有的光伏玻璃產(chǎn)品大約只能夠捕獲到首次進(jìn)入到玻璃界面的反射光的30～40%，故采用本實(shí)用新型的光伏玻璃，能夠使更多的光透過光伏玻璃參與光電轉(zhuǎn)換，大幅度提高了太陽能電池的發(fā)電率。
【專利說明】獨(dú)立光陷阱型光伏玻璃

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)用于太陽能光伏電池的光伏玻璃，特別涉及一種獨(dú)立光陷阱型的高透光度光伏玻璃。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，能源的緊缺已經(jīng)成為困擾世界各國發(fā)展的核心問題，太陽能作為一種既豐富又不會(huì)造成環(huán)境污染的可持續(xù)利用的綠色能源，從長(zhǎng)期戰(zhàn)略考慮，發(fā)展和利用太陽能是各國可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。目前，全球范圍內(nèi)太陽能的利用主要有兩種方式:一種是通過集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，例如太陽能熱水器等；另一種是通過太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，即光伏發(fā)電，例如太陽能電池等。而無論是光能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，還是將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，太陽能封裝組件都是其必不可少的組件之一，而太陽能封裝組件必須具備:光透過率高(透過率大于等于91%，含F(xiàn)e2O3小于等于150ppm)、不透水、長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境下性能無嚴(yán)重退化、對(duì)外力和熱應(yīng)力有較高的機(jī)械強(qiáng)度、具有一定的耐腐蝕性能、膨脹系數(shù)小等。目前，可滿足上述條件的只有新型太陽能光伏玻璃和透明塑料板，但眾所周知，由于透明塑料板易老化、軟化點(diǎn)低、熱膨脹系數(shù)大而不易用作蓋板，而新型太陽能光伏玻璃由于具有化學(xué)性能穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生老化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛成為太陽能封裝組件材料的優(yōu)選。
[0003]太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏(縮寫為PV)，簡(jiǎn)稱光伏。而太陽能電池包括光伏玻璃、太陽能電池片等，其中光伏玻璃用于保護(hù)發(fā)電主體(例如太陽能電池片)，而且必須滿足透光率高(如上所述，透光率一般為91%以上)以及超白鋼化處理；而太陽能電池片主要用于發(fā)電。這其中太陽能電池片2的轉(zhuǎn)換效率是影響太陽能電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)。目前已知的影響太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的因素很多，譬如太陽能光強(qiáng)、電池材料、制造工藝水平等因素，上述各種因素導(dǎo)致目前在太陽能電池片的轉(zhuǎn)換效率研究中，意欲提高1%的轉(zhuǎn)換效率對(duì)產(chǎn)業(yè)界來說已是十分困難。
[0004]而根據(jù)太陽能電池的結(jié)構(gòu)可知，光伏玻璃的透光度直接影響太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，故如果能夠提高光伏玻璃的透光度，將提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)光的低反射率、低吸收率以及高光透過率，專利文獻(xiàn)I公開了一種控制表面形貌改變鏡面反射的光學(xué)元件，采用可削弱電磁波沿物體宏觀表面發(fā)生鏡面反射并可降低其總反射率且起到光學(xué)陷阱作用的光學(xué)器件，該光學(xué)器件具有反射和吸收能力的、表面由高低不一的若干個(gè)錐體錯(cuò)落排列而成的錐形浮雕；表面浮雕的高度在0.1微米至2毫米之間，該表面浮雕的基本重復(fù)單元的形狀為棱錐形或三角錐形或多角椎形，每個(gè)重復(fù)單元的底面積為0.04平方微米至8平方毫米。
[0006]非專利文獻(xiàn)2揭示了光陷阱在晶硅太陽能電池中的應(yīng)用，其公開了為了降低反射而采用光陷阱，其中常見的光陷阱包括金字塔絨面，其正方錐體絨面每個(gè)立方的頂角為70° 23’，絨面可將反射率降至光面的1/3，通過對(duì)絨面的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行計(jì)算可知，還具有11%的二次反射光可能進(jìn)行第三次反射和折射，由此可計(jì)算出絨面的反射率為9.04%ο
[0007]專利文獻(xiàn)3公開了一種玻璃球一小孔陣光陷阱技術(shù)，在某種材料的薄板上制作出小孔陣列，薄板兩面包括小孔側(cè)壁經(jīng)過鍍金屬反射層后在上表面依次鍍上薄膜電池所需的各種材料，在薄板上表面的每個(gè)小孔頂部放置有玻璃球，這些緊密相依的玻璃球組成表面玻璃球陣列，其能夠?qū)㈥柟饩奂沙叨任⑿〉膹?qiáng)光束陣列，這些光束能夠穿過薄板小孔，被陷入在薄板和位于薄板下面的超薄光伏電池板之間，被多次吸收并轉(zhuǎn)換成光能，形成光陷阱。
[0008]上述專利文獻(xiàn)I和非專利文獻(xiàn)2采用了錐形/金字塔形凸起作為光陷阱結(jié)構(gòu)，專利文獻(xiàn)3采用了小孔陣光陷阱結(jié)構(gòu)，但根據(jù)上述專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)的記載，其最低可將二次反射后的反射率降為1%。也就是說，采用上述技術(shù)，光的透過率并沒有出現(xiàn)預(yù)料之外的大幅度的提高。
[0009]專利文獻(xiàn)1:CN1157929A
[0010]非專利文獻(xiàn)2:?光陷阱在晶硅太陽能電池中的應(yīng)用》(?激光與光電子學(xué)進(jìn)展》，2004，41 卷，第 5 期，第 56-58,44 頁)
[0011]專利文獻(xiàn)3 CN102623578A。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]本實(shí)用新型鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，其目的在于提供一種應(yīng)用于太陽能電池的獨(dú)立光陷阱型光伏玻璃，其采用特殊的獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)，降低光反射率，由此大幅度提聞了光的透過率，從而進(jìn)一步提聞了太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)方案，提供一種用于太陽能電池的光伏玻璃，該光伏玻璃的表面具有獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，即獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)，其中環(huán)的外徑在0.1?5mm范圍內(nèi)，內(nèi)外環(huán)的夾角小于等于90°，由此使光線的多次反射和折射在該獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)完成。
[0014]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型所涉及的光伏玻璃中，在獨(dú)立光陷阱的空白位置設(shè)置有更小的光陷阱以改善光透過率。
[0015]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型所涉及的光伏玻璃中，更小的光陷阱為凹形尖圓錐形狀。
[0016]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型所涉及的光伏玻璃中，獨(dú)立光陷阱呈蜂窩狀緊密排列。
[0017]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型所涉及的光伏玻璃中，獨(dú)立光陷阱呈正方形排列。
[0018]本實(shí)用新型的獨(dú)立光陷阱型光伏玻璃由于采用了特有的環(huán)狀光陷阱結(jié)構(gòu)，可將首次進(jìn)入到玻璃界面的入射光的99.8%捕獲，即:使首次產(chǎn)生的反射光中的96%被捕獲后再加以利用。而現(xiàn)有的光伏玻璃產(chǎn)品大約只能夠捕獲到首次進(jìn)入到玻璃界面的反射光的30 %?40%，故采用本實(shí)用新型的光伏玻璃，能夠使更多的光透過光伏玻璃參與光電轉(zhuǎn)換，這樣提高了太陽能電池的發(fā)電率。
[0019]據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2011年中國已經(jīng)生產(chǎn)出約3000萬千瓦的太陽能電池，該產(chǎn)量約占全世界總產(chǎn)量的一半，而相應(yīng)地需要3億平方米的光伏玻璃。如果相關(guān)太陽能電池組件生產(chǎn)商以高于目前市場(chǎng)價(jià)2%?3%的采購價(jià)來購買本實(shí)用新型的光伏玻璃(光伏玻璃僅占總成本的8%)，則經(jīng)過核算可知，相關(guān)光伏玻璃生產(chǎn)商家可增加盈利2%?3%，而相關(guān)太陽能電池組件生產(chǎn)商則可增加盈利1.8%?2.7%，故本實(shí)用新型的商業(yè)價(jià)值、市場(chǎng)發(fā)展前景非?？捎^。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是太陽能電池的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型的光伏玻璃的光透過原理圖。
[0022]圖3是表示本實(shí)用新型的光伏玻璃的獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖4是表示本實(shí)用新型的光伏玻璃的獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的平面排列的圖。
[0024]圖5是表示本實(shí)用新型的光伏玻璃的表面結(jié)構(gòu)的圖。
[0025]圖6是在各光陷阱的空白位置制作出的小陷阱的立體圖。
[0026]附圖標(biāo)記說明
[0027]I光伏玻璃
[0028]2太陽能電池片
[0029]3 襯底
[0030]4粘結(jié)劑
[0031]5密封膠
[0032]6 框架
[0033]10獨(dú)立光陷阱
[0034]12小陷阱。

【具體實(shí)施方式】
[0035]某些術(shù)語在本申請(qǐng)文件中自始至終用來指示特定部件。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，通?？梢杂貌煌拿Q來指示相同的部件，因而本申請(qǐng)文件不意圖區(qū)別那些只是在名稱上不同而不是在功能方面不同的部件。在本申請(qǐng)文件中，以開放的形式使用術(shù)語“包括(comprise)”、“包含(include)”和“具有(have)”，并且因此應(yīng)將其解釋為意指“包括但不限于…”。此外，在本文中可能使用的術(shù)語“大約”、“實(shí)質(zhì)上”或者“近似地”涉及行業(yè)所接受的對(duì)相應(yīng)術(shù)語的容差。
[0036]在以下說明中，出于解釋的目的，闡述許多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本實(shí)用新型的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本實(shí)用新型的裝置、方法和設(shè)備。在本說明書中對(duì)“實(shí)施例”、“示例”或類似語言的提及意指結(jié)合該實(shí)施例或示例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少那一個(gè)實(shí)施例或示例中，但不一定會(huì)被包括在其它的實(shí)施例或示例中。
[0037]以下，結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0038]圖1是太陽能電池的結(jié)構(gòu)圖，其包括:用于太陽能電池的封裝保護(hù)的光伏玻璃1、作為將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件的太陽能電池片2、襯底3、粘結(jié)劑4、密封膠5和框架6等。如上文中所提及的那樣，根據(jù)附圖1的太陽能電池的結(jié)構(gòu)可知，光伏玻璃I是太陽能電池的重要組件之一，不僅擔(dān)負(fù)著保護(hù)、透光以及電池電極等作用，還具有增加光線利用率，提高電池效能的重要特性，光伏玻璃I的透光度直接影響到太陽能電池本身的光電轉(zhuǎn)換效率，故本實(shí)用新型著眼于提高光伏玻璃I的透光度進(jìn)行研究。
[0039]目前，人們已經(jīng)提出了很多有效方法來提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，如量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和陷光結(jié)構(gòu)等。本實(shí)用新型提供一種針對(duì)現(xiàn)有的光伏玻璃的新穎的陷光結(jié)構(gòu)(陷光結(jié)構(gòu)也被稱為“光陷阱”，是指當(dāng)光線照射進(jìn)入這一結(jié)構(gòu)后，全部或者大部分光線都不會(huì)被反射回來。不同的表面會(huì)產(chǎn)生不同的陷光效果，進(jìn)而對(duì)光伏電池產(chǎn)生不同影響)，即環(huán)狀鏡設(shè)計(jì)，使光的多次反射和折射可以在一個(gè)獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)完成，在本申請(qǐng)中將該獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)稱之為“獨(dú)立光陷阱”。另外，陷光結(jié)構(gòu)對(duì)入射光的散射能力也是判斷陷光結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，好的陷光結(jié)構(gòu)不但能夠散射很多光線，而且散射光還應(yīng)該分布在較大的角度范圍內(nèi)，這樣能夠使更多的光線增加吸收光程，也能夠使不同角度的入射光都進(jìn)入到太陽能電池的吸收范圍內(nèi)，有利電池在實(shí)際使用過程中充分利用斜射陽光，提高發(fā)電能力?，F(xiàn)有的光伏玻璃是在其表面壓制呈不規(guī)則分布的山丘狀凸起，但該結(jié)構(gòu)只能捕獲少量的反射光。為了充分捕獲反射光，提高光透過率，本實(shí)用新型采用多個(gè)上述獨(dú)立光陷阱單元并使其布滿光伏玻璃I的表面，從而光線能夠經(jīng)過多次反射和折射后，將反射光幾乎全部納入到太陽能電池片2中，由此大大地提高了光透過率，并由此提高太陽能電池本身的光電轉(zhuǎn)換效率，取得了突出的實(shí)際應(yīng)用效果。
[0040]圖5是表示本實(shí)用新型的光伏玻璃的表面結(jié)構(gòu)的圖，如該附圖5所示，光伏玻璃I的底面維持現(xiàn)有的網(wǎng)紋面，其頂面(即上表面)具有經(jīng)專用壓花設(shè)備壓制出的花型，該花型為獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，即獨(dú)立光陷阱10，各獨(dú)立光陷阱10呈蜂窩狀緊密排列，并且該獨(dú)立光陷阱10在頂面上均勻連續(xù)地分布。
[0041]圖3示出了該獨(dú)立光陷阱的平面結(jié)構(gòu)，其中該圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)外環(huán)的夾角〈90° ,環(huán)的外徑由光伏玻璃的厚度來決定,在本實(shí)用新型中，該環(huán)的外徑確定為0.1?5_。
[0042]圖4示出了本實(shí)用新型的光伏玻璃的獨(dú)立光陷阱的平面排列。如附圖4所示，各獨(dú)立光陷阱10呈蜂窩狀緊密排列，由此能夠最大限度地利用表面積。同時(shí)，為了提高光透過率，可在各獨(dú)立光陷阱10的環(huán)與環(huán)的交接處制作出一些小陷阱12。
[0043]圖6是在各獨(dú)立光陷阱的空白位置制作出的小陷阱的立體圖。如附圖6所示，小陷阱12為凹形尖圓錐狀，以此改善光透過率。
[0044]在本實(shí)施方式中，各獨(dú)立光陷阱10呈蜂窩狀緊密排列，但各獨(dú)立光陷阱10的排列并不限于蜂窩式緊密排列，也可以采用例如正方形排列等，但是正方形排列等排列形式雖然加工簡(jiǎn)便，但效率稍差，其并不是本實(shí)用新型的首選。
[0045]在本實(shí)用新型中，采用該特殊的環(huán)狀光陷阱結(jié)構(gòu)來制作光伏玻璃以及太陽能電池的其它透明材料。由于本實(shí)用新型的光伏玻璃具有上述特殊的獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)，能夠使絕大部分(大約99.8%)進(jìn)入到玻璃內(nèi)的光線產(chǎn)生二次反射、三次反射、四次反射甚至更多次的反射，故被反射回大氣層的光線大大減少，從而增強(qiáng)了光線的透過率。
[0046]下面詳細(xì)說明本實(shí)用新型的光伏玻璃的光透過原理。根據(jù)物理學(xué)原理，當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)時(shí)，只要介質(zhì)的密度不同，就將發(fā)生反射和折射。當(dāng)入射光在光伏玻璃的陷光結(jié)構(gòu)的斜面上產(chǎn)生一次反射和一次折射后，一部分反射光又入射到相鄰的斜面，再次產(chǎn)生二次入射，這樣使得入射光增加。同時(shí)，在多次入射的過程中，產(chǎn)生了不同角度的入射光，起到了光散射的效果。
[0047]圖2是本實(shí)用新型的光伏玻璃的光透過原理圖，如該圖2所示，當(dāng)光線S入射到本實(shí)用新型的獨(dú)立光陷阱10的A-B斜面時(shí)，將發(fā)生反射和折射，產(chǎn)生反射光線SI和折射光線S2，而當(dāng)反射光線SI前進(jìn)到該獨(dú)立光陷阱10的相鄰斜面，即B-C斜面時(shí)，該反射光線SI再次發(fā)生反射和折射，產(chǎn)生反射光線S3和折射光線S4(圖中未示出)，該反射光線S3在另一界面再次發(fā)生反射和折射，產(chǎn)生反射光線S5和折射光線S6......依次類推，由于該獨(dú)立光陷阱10密集分布在光伏玻璃I的表面以及其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，最后，絕大部分光線被多次折射，而被反射回大氣層的光線大大減少。
[0048]在本實(shí)用新型中，如附圖2所示，在發(fā)生第一次反射和折射時(shí)，入射光線的大約96%在獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的斜面上發(fā)生折射，而大約有4%的光線在該斜面上發(fā)生反射，該發(fā)生了反射的大約4%的光線在上述獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的相鄰斜面繼續(xù)發(fā)生反射和折射，經(jīng)過多次反射和折射后，最后，大約4%的反射光線中的大約3.64% (即:4%X96% = 3.64%)被捕獲，而僅僅有大約0.16%的光線被返回到大氣層。
[0049]另外，為了加工出獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的花形，本申請(qǐng)的實(shí)用新型人開發(fā)出相應(yīng)的專用設(shè)備和專用刀具，能夠較容易地制造出母輪，而采用母輪去滾壓軋輥則為傳統(tǒng)的技術(shù)。為此，發(fā)明人曾進(jìn)行多次試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了在直徑為300mm的軋輥滾壓出0.15mm的錐形花紋，接下來只需采用本實(shí)用新型的軋輥取代現(xiàn)有的光伏生產(chǎn)線上的軋輥，即可生產(chǎn)出新的獨(dú)立光陷講型光伏玻璃。
[0050]下面對(duì)本實(shí)用新型的獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的光伏玻璃的加工過程進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。
[0051]本申請(qǐng)的發(fā)明人采用上述專用設(shè)備和專用刀具加工出帶有獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)的母輪，然后，采用該母輪去滾壓軋輥，最后將該軋輥安裝到壓延機(jī)上壓制出玻璃、PMMA、PET等透明板片。
[0052]從技術(shù)層面來看，現(xiàn)有的軋輥是采用腐蝕法加工而成的，其加工過程復(fù)雜，成本較高。而本實(shí)用新型采用上述的滾壓方法，既能夠降低成本又簡(jiǎn)單可靠。
[0053]通過以上實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作出各種變更和替換。這些變更和替換都落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽能電池的光伏玻璃，其特征在于，該光伏玻璃的表面具有獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，即獨(dú)立光陷阱結(jié)構(gòu)，其中環(huán)的外徑在0.1?5mm范圍內(nèi)，內(nèi)外環(huán)的夾角小于等于90°，由此使光線的多次反射和折射在該獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏玻璃，其特征在于，在所述獨(dú)立光陷阱的空白位置設(shè)置有更小的光陷阱以改善光透過率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2述的光伏玻璃，其特征在于，所述更小的光陷阱為凹形尖圓錐形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述的光伏玻璃，其特征在于，所述獨(dú)立光陷阱呈蜂窩狀緊密排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述的光伏玻璃，其特征在于，所述獨(dú)立光陷阱呈正方形排列。
6.一種太陽能電池，其具有用于封裝保護(hù)的、權(quán)利要求1?5所述的光伏玻璃。
7.一種用于加工光伏玻璃花形的裝置，其特征在于，所述花形呈獨(dú)立的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，即獨(dú)立環(huán)狀光陷阱結(jié)構(gòu)，其中環(huán)的外徑在0.1?5mm范圍內(nèi)，內(nèi)外環(huán)的夾角小于等于90°。
【文檔編號(hào)】H01L31/048GK204167330SQ201420510431
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】嚴(yán)世杰, 嚴(yán)斌, 嚴(yán)慷 申請(qǐng)人:嚴(yán)世杰