晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体的说是涉及一种晶体硅太阳能电池和一种非晶硅太阳能电池。

背景技术

能源问题已经成为当今世界非常关注的一个重大问题，各国政府都在大力发展可再生能源，而太阳能作为可再生能源的代表，取之不尽、用之不竭，是最有效的清洁能源。地球表面每平方米平均每年受到的辐射可发电1700kW.h，即接受的太阳能辐射能够满足全球能源需求的1万倍，或者地表每1小时受到的太阳能辐射可满足全球1年的能源需求。国际能源署数据显示，在全球4％的沙漠上安装太阳能光伏系统，就足以满足全球能源需求。太阳能光伏享有广阔的发展空间(屋顶、建筑面、空地和沙漠等)，其潜力十分巨大，以太阳能为代表的可再生能源在能源结构中的比例将逐步提高。

然而，目前光伏发电的成本依然较高，其中一个重要的原因是由于太阳能电池的转换效率不高(单晶硅和多晶硅在15％-18％，非晶硅薄膜在5-10％)。所以，各国科学家都在致力于提高各类电池的转换效率。但各类太阳能电池对太阳光谱响应的范围比较有限，如非晶硅薄膜电池在380-780nm，峰值约600nm；晶体硅电池在380-1200nm，峰值约900nm。太阳能电池有限的光谱响应范围即特有的光谱损失会极大的降低其转换效率。以禁带宽度Eg＝1.1ev的单结单晶硅电池为例，只有波长小于1200nm(光子能量大于1.1ev)的太阳光才能被单晶硅半导体材料所吸收并实现光电转换，而波长大于1200nm的红外光则不会被电池吸收利用；波长小于380nm的紫外光由于被EVA等封接材料吸收也不能被电池利用来发电；另外，在可用于发电的380-1200nm太阳光范围内，也不是所有光子能量都转换为电，其中还有一部分是以热的形式释放。所以，这些光谱损失导致禁带宽度Eg＝1.1ev的单结单晶硅电池的理论最大转换效率约为31％。

因此，如何提高太阳能电池的光电转换效率成为太阳能电池领域中一个热点难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种晶体硅太阳能电池和一种非晶硅太阳能电池，该晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池能有效的提高电池对太阳光的利用率，提升电池转换效率，增加电池发电量。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种晶体硅太阳能电池，包括依次结合的减反射膜层、透光玻璃层、第二封接层、晶体硅电池片、第一封接层和聚氟乙烯复合膜背板，所述减反射膜层、透光玻璃层、第一封接层、第二封接层至少一层中含有发光体。

以及，一种非晶硅太阳能电池，包括依次结合的减反射膜层、透光玻璃层、透明导电膜层、非晶硅pin膜层和金属背电极，所述减反射膜层、透光玻璃层、透明导电膜层至少一层中含有发光体。

本发明的晶体硅太阳能电池利用减反射膜层、透光玻璃层、第一封接层、第二封接层至少一层中含有发光体和非晶硅太阳能电池利用减反射膜层、透光玻璃层、透明导电膜层至少一层中含有发光体，将太阳光进行光谱下转换、上转换和/光谱转移，从而相应的将太阳光中的高能量光子的紫外光转换成低能量光子的可见光、低能量光子的近红外光转换成高能量的可见光，从而被该晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池利用转换成电能，使得该晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池对太阳光的利用率得以有效提高，转换效率得以有效提升，发电量得以有效的增加。

附图说明

图1是本发明实施例的晶体硅太阳能电池一种结构示意图；

图2是本发明实施例的晶体硅太阳能电池另一种结构示意图；

图3是本发明实施例的非晶硅太阳能电池结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提高太阳能电池光电转换效率的基本原理是基于：由于现有太阳能电池不能有效吸收利用紫外光和1200-2000nm近红外光，并将其转换成电能。因此，本发明实施例力求改变现有太阳能电池这一不足，利用对太阳光光谱下转换、光谱上转换、发光光谱转移等方式提高太阳能电池对太阳光的利用率，提升电池转换效率，增加电池发电量。其中，光谱下转换是指将紫外或波长小于500nm的短波转换成长波，一般是将一个高能量光子转换成两个低能量的光子；光谱上转换是指将1200-2000nm近红外转换成可见光，一般是将两个或更多低能量的光子转化为一个高能量的光子；发光光谱转移是指发光体吸收后再发射，并通过内部全反射转移到边部放置的电池上。

本发明实施例依据上述原理提供一种对太阳光的利用率得以有效提高、转换效率得以有效提升、发电量得以有效的增加的晶体硅太阳能电池。如图1所示，该晶体硅太阳能电池包括依次结合的减反射膜层11、透光玻璃层12、第二封接层13、晶体硅电池片14、第一封接层15和聚氟乙烯复合膜(TPT)背板16。其中，减反射膜层11、透光玻璃层12、第一封接层15、第二封接层13至少一层中含有发光体。这样，该晶体硅太阳能电池利用减反射膜层11、透光玻璃层12、第一封接层15、第二封接层13至少一层中含有的发光体，将太阳光进行光谱下转换、上转换和/或光谱转移，从而相应的将太阳光中的高能量光子的紫外光转换成低能量光子的可见光、低能量光子的近红外光转换成高能量的可见光，从而被该晶体硅太阳能电池转换成电能，使得该晶体硅太阳能电池对太阳光的利用率得以有效提高，转换效率得以有效提升，发电量得以有效的增加。

具体地，上述发光体优选为量子点、有机发光染料、稀土离子中的一种或几种。其中，量子点优选为纳米尺寸的半导体晶体材料CdS、InAs中的至少一种，如纳米尺寸的半导体晶体材料可以为硫化镉(CdS)；有机发光染料优选为Lumogen-F570、Lumogen-F083、Lumogen-F240、Lumogen-F300中的至少一种；稀土离子优选为Ce离子、Sm离子、Eu离子、Tb离子、Dy离子、Yb离子、Er离子中的至少一种。该量子点CdS、有机发光染料和Ce、Sm、Eu、Tb、Dy稀土离子能有效的吸收太阳光中的紫外光，并将吸收的紫外光下转换发射出可见光；Yb和Er稀土离子能有效的吸收太阳光中的红外光，并将吸收的红外光上转换发射出可见光，从而提高电池对太阳光的利用率。

上述发光体在减反射膜层11、透光玻璃层12、第一封接层15或第二封接层13中的含量优选为0.5％～5％。当减反射膜层11含有上述发光体时，发光体在减反射膜层11中的含量优选为0.5％～2％；当透光玻璃层12含有发光体时，发光体在透光玻璃层12中的含量优选为0.5％～2％；当第一封接层15和/或第二封接层13含有发光体时，发光体在第一封接层15和/或第二封接层13中的含量优选为0.5％～2％。该含量优选范围的发光体能进一步提高本实施例晶体硅太阳能电池对太阳光的利用率、转换效率和发电量。

具体地，该晶体硅太阳能电池的减反射膜层11的厚度优选为100nm～200nm，其材质优选为二氧化钛和二氧化硅中的至少一种，该减反射膜层11采用溶胶-凝胶、喷涂或磁控溅射与透光玻璃层12结合，该减反射膜层11的存在不仅可以减少玻璃表面的光反射率，进而提供透过率；而且还可以通过掺入的量子点或稀土离子等发光体的光谱下转换功能，将紫外光转换为可见光，以增加电池发电量。透光玻璃层12的厚度优选为3.2mm～4mm，其材质优选为超白压延玻璃，可以调节该透光玻璃层12中含有的发光体的量和种类来调节对太阳光的转换，该发光体在透光玻璃层12中的含量是在制备该透光玻璃层12时通过调整透光玻璃层12的配方而实现。第一封接层15和第二封接层13的厚度优选为0.38mm～0.76mm，其材质优选为聚醋乙酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的至少一种，当然不限于这两种材质，可用其他能实现其相同作用的材质替代，第二封接层13将透光玻璃层12和晶体硅电池片14粘接为一体，第一封接层15将晶体硅电池片14和TPT背板16粘接为一体。晶体硅电池片14采用本技术领域现有的即可。

具体地，上述晶体硅电池片14为单层晶体硅电池片。

或者，上述晶体硅电池片14为双层晶体硅电池片，双层晶体硅电池片与第一封接层15之间还设有依次结合的上转换发光膜层17、镜面反射层18。上转换发光膜层17含有发光体，该含有双层晶体硅电池片的晶体硅太阳能电池结构示意图如图2所示。该双层晶体硅电池片的其中一面能将吸收到的太阳光转换成电能，没有被吸收利用的近红外光透过双层晶体硅电池片到达上转换发光膜层17，而上转换发光膜层17中的发光体将近红外光进行上转换成可见光，经上转换发光膜层17转换后的可见光一部分射向双面晶体硅电池的另一面，另一部分射向镜面反射层18，通过镜面反射层18的反射作用，使转换后的可见光射向双层晶体硅电池片的另一面而被吸收，从而转换成电能，进一步提高了本实施例太阳能电池对太阳光的利用率，提升了电池转换效率，增加了电池发电量。

进一步的，上转换发光膜层17含有发光体的厚度优选为50～100nm，其材质优选为Er和Yb共掺的NaYF₄微晶体，该上转换发光膜层17通过喷涂或热蒸发的方式与双面晶体硅电池片结合，通过热蒸发或溅射等方式镀上镜面反射层18。

本发明实施例依据上述原理还提供一种对太阳光的利用率得以有效提高、转换效率得以有效提升、发电量得以有效的增加的非晶硅太阳能电池。如图3所示，该非晶硅太阳能电池包括依次结合的减反射膜层21、透光玻璃层22、透明导电膜层23、非晶硅pin膜层24和金属背电极25。其中，减反射膜层21、透光玻璃层22和/或透明导电膜层23含有发光体。这样，该非晶硅太阳能电池利用减反射膜层21、透光玻璃层22和/或透明导电膜层23含有的发光体，将太阳光进行光谱下转换、上转换和/光谱转移，从而相应的将太阳光中的高能量光子的紫外光转换成低能量光子的可见光、低能量光子的近红外光转换成高能量的可见光，重新被该非晶硅太阳能电池转换成电能，使得该非晶硅太阳能电池对太阳光的利用率得以有效提高，转换效率得以有效提升，发电量得以有效的增加。

具体地，上述发光体的材质种类、在相应的层结构中的含量和作用如同上述晶体硅太阳能电池中发光体；减反射膜层21、透光玻璃层22厚度、含量和作用也如同上述晶体硅太阳能电池中的减反射膜层11、透光玻璃层12，为了节约篇幅，在此不再赘述。透明导电膜层23的厚度优选为600～1000nm，其材质优选为FTO或AZO中的至少一种。透明导电膜层23、非晶硅pin膜层24以及金属背电极25的厚度、材质与工艺采用本技术领域现有即可。

现结合具体实例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

本实施例的晶体硅太阳能电池结构如图1所示，包括依次结合的减反射膜层11、超白压延玻璃层12、第二封接层13、晶体硅电池片14、第一封接层15和TPT背板16。在超白压延玻璃层12还有0.5wt％的CeO₂和1wt％的Sm₂O₃稀土氧化物的发光体。其中，减反射膜层11厚度为100nm，材质为二氧化硅；超白压延玻璃层12厚度为3.2mm；第二封接层13厚度为0.38mm，材质为EVA；第一封接层15厚度为0.38mm，材质为EVA。

本实施例1的晶体硅太阳能电池利用Ce和Sm离子吸收紫外光并下转换发射出可见光，这样原本被EVA等封接材料13吸收掉的紫外光被部分转换成可见光，透过EVA等封接材料13后被晶体硅电池片14吸收利用，提高电池转换效率1.5％。

实施例2

本实施例的晶体硅太阳能电池结构如图1所示，包括依次结合的减反射膜层11、超白压延玻璃层12、第二封接层13、晶体硅电池片14、第一封接层15和TPT背板16。在第二封接层13中掺杂有有机发光染料Lumogen-F 570的发光体，占第二封接层13体积的2％。其中，减反射膜层11厚度为100nm，材质为二氧化硅；超白压延玻璃层12厚度为3.2mm；第二封接层13厚度为0.38mm，材质为EVA；第一封接层15厚度为0.38mm，材质为EVA。

本实施例2的晶体硅太阳能电池的第二封接层13中掺入有机发光染料Lumogen-F 570，其吸收紫外光并下转换发射出可见光，这样原本被第二封接层13的EVA材质吸收掉的紫外光被大部分转换成可见光，再被晶体硅电池片14吸收利用，提高电池转换效率1％。

实施例3

本实施例的晶体硅太阳能电池结构如图2所示，包括依次结合的减反射膜层11、超白压延玻璃层12、第二封接层13、双面晶体硅电池片14、上转换发光膜层17、镜面反射层18、第一封接层15和TPT背板16。在减反射膜层11中掺入1％的稀土Eu离子发光体。其中，减反射膜层21厚度为100nm，材质为二氧化硅薄膜；在上转换发光膜层17为掺杂有1％Er和1％Yb稀土氧化物的NaYF₄微晶体，上转换发光膜层17厚度为100nm；镜面反射层18厚度为20nm，材质为铝膜；其余材料同上。

本实施例3的双面晶体硅太阳能电池，一是利用减反射膜层11中的稀土离子Eu的下转换发光特性，将紫外光转换为可见光；二是利用上转换发光膜层17中掺入Er和Yb离子，其吸收透过电池片的近红外光并通过上转换发射出可见光，然后通过该上转换发光膜层17后射入镜面反射层18，将发射出的可见光反射后达到双面晶体硅电池片14的表面而被吸收利用。这样原本不发电的紫外光和近红外光会被部分利用，提高电池转换效率2％。

实施例4

本实施例的非晶硅太阳能电池结构如图3所示，该非晶硅太阳能电池包括依次结合的减反射膜层21、透光玻璃层22、透明导电膜层23、非晶硅pin膜层24和金属背电极25。在减反射膜层21中掺入0.5％的稀土Eu离子发光体。其中，减反射膜层21厚度为100nm，材质为二氧化硅薄膜；透光玻璃层22厚度为3.2mm，材质为超白浮法玻璃；透明导电膜层23厚度为800nm，材质为AZO薄膜；金属背电极25厚度为20nm，材质为铝膜。

本实施例4的非晶硅太阳能电池的减反射膜层21中掺入有稀土Eu离子发光体，其吸收紫外光并下转换发射出可见光，透过透光玻璃层22、透明导电膜层23到达非晶硅pin膜层24，并被非晶硅pin膜层24吸收利用，以提高电池对紫外光的响应，进而提升电池转换效率1.2％。

实施例5

本实施例的非晶硅太阳能电池结构如图3所示，该非晶硅太阳能电池包括依次结合的减反射膜层21、透光玻璃层22、透明导电膜层23、非晶硅pin膜层24和金属背电极25。在透明导电膜层23中掺入1wt％稀土Eu离子发光体。其中，减反射膜层21厚度为100nm，材质为二氧化硅薄膜；透光玻璃层22厚度为4mm，材质为超白浮法玻璃；透明导电膜层23厚度为800nm，材质为AZO薄膜；金属背电极25厚度为20nm，材质为铝膜。

本实施例5的非晶硅太阳能电池的透明导电膜层23中掺入有稀土Eu离子发光体，其吸收紫外光并下转换发射出可见光，到达非晶硅pin膜层24，并被非晶硅pin膜层24吸收利用，以提高电池对紫外光的响应，进而提升电池转换效率1％。

实施例6

本实施例的非晶硅太阳能电池结构如图3所示，该非晶硅太阳能电池包括依次结合的减反射膜层21、透光玻璃层22、透明导电膜层23、非晶硅pin膜层24和金属背电极25。在透光玻璃层22中掺入1wt％稀土Tb离子发光体。其中，减反射膜层21厚度为100nm，材质为二氧化硅薄膜；透光玻璃层22厚度为3.2mm，材质为超白浮法玻璃；透明导电膜层23厚度为750nm，材质为FTO薄膜；金属背电极25厚度为20nm，材质为铝膜。

本实施例6的非晶硅太阳能电池的透光玻璃层22中掺入有稀土Tb离子发光体，其吸收紫外光并下转换发射出可见光，到达非晶硅pin膜层24，并被非晶硅pin膜层24吸收利用，以提高电池对紫外光的响应，进而提升电池转换效率1.2％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。