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一種太陽能電池及其制造方法

文檔序號:7157384閱讀:178來源:國知局
專利名稱:一種太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及太陽能技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)
太陽能電池是把太陽光轉(zhuǎn)換為電能的裝置,器件通常包含抗反射膜、電極、PN結(jié) (PN junction)或PIN結(jié)(PIN 二極管)、基板(基片)等。通常的PN結(jié)只對太陽光的某一個波段敏感,敏感波段由使用半導(dǎo)體材料的禁帶寬度決定。然而穿過大氣的太陽光包含了從200至1000納米的波長范圍,入射到太陽能電池的光,只有在PN結(jié)敏感波段區(qū)內(nèi)的光才能被利用,所以通常的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不太高。例如,單結(jié)無定型硅(a-Si)薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率約為5%,單晶硅(c-Si)或多晶硅(p-Si)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率約為 15%。太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不高的原因之一是無法將太陽能光譜中全部能量吸收,無法全部轉(zhuǎn)化為可以利用的電能,存在一部分紫外到可見光范圍的光譜無法被利用。因此提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率一直是科學(xué)研究的熱門課題。公開號為CN101188255A的中國專利,公開了一種太陽能電池,其采用紅光轉(zhuǎn)換層,將太陽光譜紫外線、紫、蘭、淺藍、黃綠部分,轉(zhuǎn)變?yōu)榧t光、暗紅光以及近紅外的次能帶輻射,與硅基太陽能電池最佳靈敏區(qū)域符合,采用的由a-A1203-Ti203組成的熒光粉,其輻射量子效率達到90%。公開號為CN101257053A的中國專利,公開了一種太陽能電池,其將混有無機熒光發(fā)光材料的聚合物膜放置在單晶硅片和玻璃面板之間,該無機熒光發(fā)光材料在紫色、藍色以及綠色光譜區(qū)域可吸收輻射并在電磁波譜黃色、橙黃以及紅外區(qū)域發(fā)光,以增加太陽能電池的效率。公開號為CN101593783的中國專利,公開了一種高效率太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置,該裝置在光電池的迎光面上設(shè)置一層光致發(fā)光膜,在光致發(fā)光膜的迎光面上設(shè)置一層反射膜,在反射膜的迎光面上設(shè)置一層聚光膜。光致發(fā)光膜在太陽光激發(fā)下可以發(fā)射出紅外、可見、紫外區(qū)間的一種或多種光,其發(fā)光波長對應(yīng)于光電池相應(yīng)的敏感區(qū),從而提高太陽光的利用率。反射膜將透過法線方向入射的太陽光,反射至聚光膜。聚光膜收集非法線方向入射的慢反射太陽光,進而提高太陽光的利用率。以上專利均采用光轉(zhuǎn)換材料改變太陽光的波長,以更好的適應(yīng)硅基太陽能電池的激發(fā),從而提高其轉(zhuǎn)換效率。但所采用結(jié)構(gòu)主要是通過在硅電池迎光面上增加光轉(zhuǎn)換材料層來實現(xiàn),這些方式雖然可實現(xiàn)太陽光一些波長的轉(zhuǎn)換,但同時導(dǎo)致電池迎光面的透光率下降,也阻擋太陽能電池對一部分太陽光的吸收,從而也影響了電池的轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種太陽能電池及其制造方法,以便在不降低太陽能電池迎光面的透光率的情況下,提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種太陽能電池,其包括基片、光轉(zhuǎn)換發(fā)光層和反射層;在所述基片的背光面上設(shè)置至少一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層;在最下面一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的背光面上設(shè)置至少一層所述反射層。優(yōu)選地,在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層之間設(shè)置至少一層所述反射層。 優(yōu)選地,所述基片上設(shè)置有PN結(jié)和電極,所述PN結(jié)和電極設(shè)置在所述基片的背光面和最上層的所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的迎光面之間。優(yōu)選地,所述太陽能電池還包括貼合層和玻璃保護層;所述貼合層設(shè)置在所述基片的迎光面上;所述玻璃保護層設(shè)置在所述貼合層的迎光面上。優(yōu)選地,所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層主要由成膜材料和光轉(zhuǎn)換材料組成。優(yōu)選地,所述成膜材料主要由在可見光區(qū)透明的并且太陽光譜范圍透過率大于 80 %的有機高分子材料組成。優(yōu)選地,所述光轉(zhuǎn)換材料主要由能夠被紫外光和藍光激發(fā)的鋁酸鹽熒光材料、硅酸鹽熒光材料、硅氮化物熒光材料及硫氧化物熒光材料中的一種或兩種組成。優(yōu)選地,所述硅酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(R2O3)a-R' 203:Cexl,Liyl,F(xiàn)zl其中,R為Y、Tb、Gd中的一種元素或者多種元素的組合;R'為Al、Ga中的一種元素或者兩種元素的組合;a、xl、yl、zl為摩爾系數(shù),并且0.45 < a < 0. 65, 0. 004 彡 xl 彡 0. 04,0. 004 ^ yl ^ 0. 04,0. 004 彡 zl 彡 0. 2 ;所述硅酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(MO)b · SiO2: Eux2, Liy2,F(xiàn)z2其中,M為Sr、Ca、Ba、Mg中的一種元素或多種元素的組合;b、x2、y2、z2為摩爾系數(shù),并且 1. 4 彡 b 彡 3. 1,0. 015 彡 x2 彡 0. 1,0. 005 ^ y2 ^ 0. 05,0. 005 彡 z2 彡 0. 25 ;所述硅氮化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(SreCa1J 2_x3Si5N8 Eux3, Liy3, Fz3其中,e、x3、y3、z3為摩爾系數(shù),并且0· 1彡e彡1,0. 01彡x3彡0. 1, 0. 01 彡 y3 彡 0. 1,0. 01 彡 z3 彡 0. 5 ;所述硫氧化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為Y2_x402S:Eux4, Mgy4, Tiz4, Li0, Fy其中,x4、y4、ζ4、β、γ為摩爾系數(shù),0· 01 彡 χ 彡 0· 1 ;0. 005 ^ y ^ 0. 02 ; 0. 05 彡 ζ 彡 0. 25 ;0. 01 ^ β 彡 0. 1 ;0· 01 彡 y ^ 0. 5。優(yōu)選地,當所述光轉(zhuǎn)換材料包含硅氮化物熒光材料和/或硫氧化物熒光材料時, 所述硅氮化物熒光材料和/或硫氧化物熒光材料的重量占所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層所對應(yīng)的混合材料重量的0. 500 2. 000% ο本發(fā)明還提供一種太陽能電池的制造方法,其包括步驟A 將光轉(zhuǎn)換材料與成膜材料按0. 1 10%的重量比混合均勻后固化在太陽能電池基片的背光面上,形成光轉(zhuǎn)換發(fā)光層;B 在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的背光面上設(shè)置反射層;C 在所述基片的迎光面上依次設(shè)置貼合層和玻璃保護層。(三)有益效果本發(fā)明所述的太陽能電池及其制造方法,通過在現(xiàn)有太陽能電池的基片背光面設(shè)置光轉(zhuǎn)換發(fā)光層和反射層,在不降低太陽能電池迎光面的透光率的情況下,對透過基片的太陽光回收再利用,有效提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率,具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是 本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的制造方法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例,對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1圖1是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示,所述太陽能電池從上至下,依次設(shè)置有玻璃保護層100、貼合層200、基片300、光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400和反射層500。所述基片300上還設(shè)置有PN結(jié)301和電極302,并且所述PN結(jié)301和電極302設(shè)置在所述基片300的背光面和所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400的迎光面之間。所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400由成膜材料和光轉(zhuǎn)換材料組成,并且所述光轉(zhuǎn)換材料與所述成膜材料的重量比為0.1 10%。所述成膜材料主要由在可見光區(qū)透明的并且太陽光譜范圍透過率大于80%的有機高分子材料組成,本實施例中具體采用有機硅樹脂;所述光轉(zhuǎn)換材料采用鋁酸鹽熒光材料,所述鋁酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(R2O3)a .R' 203:Cexl,Liyl,F(xiàn)zl其中,R為Y、Tb、Gd中的一種元素或者多種元素的組合;R'為Al、Ga中的一種元素或者兩種元素的組合;a、xl、yl、zl為摩爾系數(shù),并且0.45 < a < 0. 65, 0. 004 ^ xl ^ 0. 04,0. 004 ^ yl ^ 0. 04,0· 004彡zl彡0· 2。這種熒光材料被作為激發(fā)光源的發(fā)射光譜峰值波長在350 475nm范圍內(nèi)的紫外及藍光激發(fā),發(fā)出至少一個以上峰值波長在520 680nm范圍內(nèi)的發(fā)射光譜。在本實施例中,所述鋁酸鹽熒光材料具體為第一鋁酸鹽熒光材料,所述第一鋁酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式如下(Y2O3) 0.56 · Al2O3 · (Gd2O3) 0.1 Ce0.04, Fa02其中,在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400對應(yīng)的混合材料中,有機硅樹脂和第一鋁酸鹽熒光材料的重量比為100 0.5ο圖2是本發(fā)明實施例所述太陽能電池的制造方法流程圖。如圖2所示,所述方法包括步驟A 選取有機硅樹脂和第一鋁酸鹽熒光材料按照重量比100 0.5的比例,通過高速分散機混合均勻生成發(fā)光層混合物,采用涂布、絲印或者噴涂工藝將所述發(fā)光層混合物與基片300背光面相結(jié)合,160°C下加熱烘干固化5分鐘,保證涂層厚度為0. 2mm,所述涂層即為光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400。步驟B 在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400的背光面上貼合、涂布、絲印或者噴涂白色反射層 500。步驟C 通過貼合層200將玻璃保護層100與所述基片300迎光面熱壓貼合,太陽能電池制造 完成。本實施例所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400,在太陽光激發(fā)下可以發(fā)射出紅外、可見、紫外間的一種或多種光,其發(fā)光波長對應(yīng)于太陽能電池的敏感區(qū),其與所述反射層500配合,有效地實現(xiàn)了對透過所述基片300而未被利用的太陽光的再利用,從而使太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提升了 5%。為了進一步提升轉(zhuǎn)換效率,可以設(shè)置多層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400和反射層500。當設(shè)置多層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400時,應(yīng)在最下面一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400的背光面,設(shè)置至少一層所述反射層500,并且優(yōu)選同時在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400之間設(shè)置至少一層所述反射層500。實施例2實施例2與實施例1基本相同,其不同之處僅在于,所述成膜材料選用丙烯酸樹月旨,所述光轉(zhuǎn)換材料選用鋁酸鹽熒光材料和硅氮化物熒光材料。所述硅氮化物熒光材料的重量占所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層所對應(yīng)的混合材料重量的0. 500 2. 000%,本實施例中,丙烯酸樹脂、鋁酸鹽熒光材料和硅氮化物熒光材料的重量比具體為100 1.2 1;所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400對應(yīng)的涂層厚度為0. 15mm。其中,本實施例中具體采用了第二鋁酸鹽熒光材料,所述第二鋁酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式如下(Y2O3) ο. 58 · Al2O3 · (Ga2O3) 0.丄Ce0.008,0. 004Li,0. 02F所述硅氮化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(SreCa1J 2_x3Si5N8 Eux3, Liy3, Fz3其中,e、x3、y3、z3為摩爾系數(shù),并且0· 1彡e彡1,0. 01彡x3彡0. 1, 0. 01 彡 y3 彡 0. 1,0. 01 彡 z3 彡 0. 5。本實施例中,具體采用第一硅氮化物熒光材料,所述第一硅氮化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式如下(Sr0 5Ca0_ 5) L 95Si5N8 Eu0 05,Li0 003,F(xiàn)0. ocu通過設(shè)置本實施例所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400,太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提升了 12%。實施例3實施例3與實施例1基本相同,其不同之處僅在于所述光轉(zhuǎn)換材料選用鋁酸鹽熒光材料和硅酸鹽熒光材料,并且作為所述成膜材料的有機硅樹脂、所述鋁酸鹽熒光材料及硅酸鹽熒光材料的重量比為100 0.8 1.8。所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400對應(yīng)的涂層厚度為 0. 3mm0其中,本實施例中具體采用第三鋁酸鹽熒光材料,所述第三鋁酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式如下(Y2O3) ο. 58 · Al2O3 · (Ga2O3) 0. ι Ce0.008,Li0.004,F(xiàn)0.02所述硅酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(MO)b · SiO2: Eux2, Liy2,F(xiàn)z2其中,M為Sr、Ca、Ba、Mg中的一種元素或多種元素的組合;b、x2、y2、z2為摩爾系數(shù),并且 1. 4 彡 b 彡 3. 1,0. 015 彡 x2 彡 0. 1,0. 005 ^ y2 ^ 0. 05,0. 005 彡 z2 彡 0. 25。本實施例中,具體采用第一硅酸鹽熒光材料,所述第一硅酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式如下(MO)2 · Si02:Eu0.3,Li0.01,F(xiàn)0.15通過設(shè)置本實施例所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400,太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提升了 8%。實施例4 實施例4與實施例1基本相同,其不同之處僅在于,所述光轉(zhuǎn)換材料選用硫氧化物熒光材料和硅酸鹽熒光材料。所述硫氧化物熒光材料的重量占所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層所對應(yīng)的混合材料重量的0. 500 2. 000%,本實施例中,作為所述成膜材料的有機硅樹脂、所述硫氧化物熒光材料及硅酸鹽熒光材料的重量比具體為100 2 3。所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400 對應(yīng)的涂層厚度為0. 18mm。所述硫氧化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為Y2_x402SEux4, Mgy4, Tiz4, Li0, Fy其中,x4、y4、ζ4、β、γ為摩爾系數(shù),0· 01 彡 χ 彡 0· 1 ;0. 005 ^ y ^ 0. 02 ; 0. 05 彡 ζ 彡 0. 25 ;0. 01 ^ β 彡 0. 1 ;0· 01 彡 y ^ 0. 5。本實施例中,具體采用第一硫氧化物熒光材料,所述第一硫氧化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式如下Yi. 94〇2§ Eu0.06,Mg0.012,Ti0.18,Li0 04, F0 3同時,本實施例中,具體采用所述第一硅酸鹽熒光材料。通過設(shè)置本實施例所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層400,太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提升了 10%。本發(fā)明實施例所述的太陽能電池及其制造方法,通過在現(xiàn)有太陽能電池的基片背光面設(shè)置光轉(zhuǎn)換發(fā)光層和反射層,在不降低太陽能電池迎光面的透光率的情況下,對透過基片的太陽光回收再利用,有效提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率,具有廣泛的應(yīng)用前景。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明,而并非對本發(fā)明的限制,有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,還可以做出各種變化和變型,因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇,本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池,其特征在于,包括基片、光轉(zhuǎn)換發(fā)光層和反射層;在所述基片的背光面上設(shè)置至少一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層;在最下面一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的背光面上設(shè)置至少一層所述反射層。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層之間設(shè)置至少一層所述反射層。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,所述基片上設(shè)置有PN結(jié)和電極,所述 PN結(jié)和電極設(shè)置在所述基片的背光面和最上層的所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的迎光面之間。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,所述太陽能電池還包括貼合層和玻璃保護層;所述貼合層設(shè)置在所述基片的迎光面上;所述玻璃保護層設(shè)置在所述貼合層的迎光面上。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層主要由成膜材料和光轉(zhuǎn)換材料組成。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能電池,其特征在于,所述成膜材料主要由在可見光區(qū)透明的并且太陽光譜范圍透過率大于80%的有機高分子材料組成。
7.如權(quán)利要求5所述的太陽能電池,其特征在于,所述光轉(zhuǎn)換材料主要由能夠被紫外光和藍光激發(fā)的鋁酸鹽熒光材料、硅酸鹽熒光材料、硅氮化物熒光材料及硫氧化物熒光材料中的一種或兩種組成。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽能電池,其特征在于,所述鋁酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(R2O3)a-R' 203:Ce xi' LiylJ Fzl其中,R為Y、Tb、Gd中的一種元素或者多種元素的組合;R'為Al、Ga中的一種元素或者兩種元素的組合;a、xl、yl、zl為摩爾系數(shù),并且0. 45≤a≤0. 65,0. 004 ^ xl ^ 0. 04, 0. 004 ^ yl ^ 0. 04,0· 004 ≤ zl ≤ 0· 2 ;所述硅酸鹽熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(MO)b · SiO2:Eux2,Liy2, Fz2其中,M為Sr、Ca、Ba、Mg中的一種元素或多種元素的組合;b、x2、y2、z2為摩爾系數(shù), 并且 1. 4 ≤ b ≤ 3· 1,0· 015 ≤ χ2 ≤ 0. 1,0. 005 ^ y2 ^ 0. 05,0. 005 ≤ z2 ≤ 0. 25 ;所述硅氮化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為(SreCa^e) 2-s3Si5N8Eus3 Liy3 Fz3其中,e、x3、y3、z3為摩爾系數(shù),并且0. 1≤e≤1,0. 01≤x3≤0. 1,0. 01≤y3≤0. 1, 0. 01 ≤ z3 ≤ 0. 5 ;所述硫氧化物熒光材料的主要化學(xué)組成表示式為Y2-X4O2S·Eus4 Mgy4 Tiz4 Lip Fy其中,x4、y4、ζ4、β、γ 為摩爾系數(shù),0. 01 ≤ χ ≤ 0. 1 ;0. 005 ^ y ^ 0. 02 ; 0. 05 ≤ ζ ≤ 0. 25 ;0. 01 ^ β ≤ 0. 1 ;0· 01 ≤ y ^ 0. 5。
9.如權(quán)利要求7所述的太陽能電池,其特征在于,當所述光轉(zhuǎn)換材料包含硅氮化物熒光材料和/或硫氧化物熒光材料時,所述硅氮化物熒光材料和/或硫氧化物熒光材料的重量占所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層所對應(yīng)的混合材料重量的0. 500 2. 000%。
10.一種太陽能電池的制造方法,其特征在于,包括步驟A 將光轉(zhuǎn)換材料與成膜材料按0. 1 10%的重量比混合均勻后固化在太陽能電池基片的背光面上,形成光轉(zhuǎn)換發(fā)光層;B 在所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的背光面上設(shè)置反射層; C 在所述基片的迎光面上依次設(shè)置貼合層和玻璃保護層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池及其制造方法,涉及太陽能技術(shù)領(lǐng)域。所述太陽能電池包括基片、光轉(zhuǎn)換發(fā)光層和反射層;在所述基片的背光面上設(shè)置至少一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層;在最下面一層所述光轉(zhuǎn)換發(fā)光層的背光面上設(shè)置至少一層所述反射層。所述太陽能電池及其制造方法,通過在現(xiàn)有太陽能電池的基片背光面設(shè)置光轉(zhuǎn)換發(fā)光層和反射層,在不降低太陽能電池迎光面的透光率的情況下,對透過基片的太陽光回收再利用,有效提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率,具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號H01L31/18GK102306675SQ20111024304
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者朱敘國 申請人:朱敘國
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