CN101951189A - 大面积荧光聚光太阳能电池系统 - Google Patents
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Abstract
一种大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法，涉及太阳能发电技术领域，所解决的是太阳能电池发电成本较高的技术问题。该发电系统包括至少一个含有或不含有反射层的荧光聚光器，以及在荧光聚光器的特定区域上具有散射点形成的导光板和安装在导光板上的太阳能电池及其组合。本发明的特点是受光面积较大的荧光聚光器的特定区域上制作了发光面积较小的导光板，代替荧光聚光器受光面积和侧面积之比为太阳能电池提供聚光效果，在通用太阳能电池封装工艺下，得到了大面积荧光聚光太阳能电池系统，从而节省了材料和加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术，特别是涉及一种大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法。
背景技术
太阳能电池在能源市场的比例日益扩大，但仍有如下缺点：
1)高效率的单晶硅等太阳能电池在城市建筑幕墙中因为不能与太阳光成最佳角度，从而严重影响了能量转化效率；
2)用于规模电站的较经济的非晶硅等薄膜太阳能电池的发电成本仍然远远高于传统模式。
太阳光聚光技术由于能使用较为廉价的材料提高单位面积太阳能电池的发电功率而备受人们的关注。
目前的太阳光聚光技术有聚焦型、反光型及荧光聚光三种。
聚焦型和反光型聚光技术具有以下缺陷：需要配置太阳跟踪装置，因而支出成本较高，而且由于在聚光时会汇聚太阳光谱中所有的光，太阳光谱中有效波长范围之外的太阳光产生的热量累计会影响太阳能电池的发电效率及使用寿命。
荧光聚光技术能利用荧光聚光器将光电转换效率低的太阳光转换为高量子效率的荧光，并利用全反射原理进行光汇聚，因而可以在避免热量累计的情况下，实现高量子效率的荧光的聚光效果，从而最大程度提高单位面积的太阳能电池的光电转换效率；而且荧光聚光技术能利用任意角度入射的太阳光，无需配置太阳跟踪装置；因而相比普通的太阳能电池或者聚焦型和反光型的太阳光聚光技术，都能降低高效率的单晶硅等太阳能电池的发电成本。
但是目前的荧光聚光器利用采光面积和发光侧面积的比例为太阳能电池提供等效的聚光效果，因而具有以下缺陷：首先，直径10厘米的采光面积的聚光倍数就接近最大值，为了充分利用材料，需要将较大面积的荧光聚光器进行切割，使得难以利用通用的太阳能电池封装工艺，从而增加加工成本；其次，对应荧光聚光器的发光侧面的太阳能电池切割成为宽度小于1mm也不经济，使得荧光聚光器侧面的厚度难以降到1mm以下，从而增加了材料成本。例如2008年7月份的美国麻省理工学院中公开了一种荧光聚光器，该聚光器因为采用高折射率玻璃提高了荧光聚光的效果，但是面对价格高昂得高折射率玻璃，难以降低玻璃的厚度和增大玻璃的尺寸，就意味着对发电成本的影响并不明显。又例如中国专利200810195726.X公开的一种荧光光纤太阳能电池光伏发电系统，会遇到因光纤直径太细带来的太阳能电池耦合的工艺困难。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是一种可以为太阳能电池提供不受限于荧光聚光器的受光面积和发光侧面积之比的聚光效果，节省荧光聚光器的材料和加工成本，并且在融合较为经济的非晶硅薄膜电池和单晶硅等高效率电池的基础上降低太阳能电池发电的成本。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法，其特征在于，包括：
至少一个含有或不含有反射层的荧光聚光器，以及在荧光聚光器的特定区域上具有散射点形成的导光板和安装在导光板上的太阳能电池及其组合。
进一步的，所述荧光聚光器是下列三种情况之一：掺杂有至少一种荧光物质的透明基板或纤维，透明基板或纤维具有掺杂有至少一种荧光物质的薄膜，基板上具有掺杂有至少一种荧光物质的发光薄膜和荧光物质发光波段的导光薄膜。
进一步的，所述导光板是导光薄膜上具有散射点的特定区域，可以是丝网印刷的包含荧光物质在内的颗粒分布区域，可以是激光或机械雕刻成型的区域，也可以是电铸形成的带有微结构的模具成型的区域。。
进一步的，所述用于透明的基板或纤维或导光薄膜的材料在相邻的发光薄膜所发射的波长处具有较高的穿透率和折射率。
进一步的，优选包括两个带有导光板的荧光聚光器，和利用含有或不含有经掺杂有至少一种荧光物质的胶水，通过层压技术封装的双面受光的太阳能电池及其组合；
所述的两个荧光聚光器之一优选含有金属反射层的基板上具有真空沉积或旋涂的发光薄膜，以及相邻的导光薄膜，其中导光板优选利用电铸形成的带有微结构的模具在所述导光薄膜的特定区域上形成。
所述的两个荧光聚光器之二优选利用透明导电背电极或尚未制作背电极的非晶硅薄膜电池片上真空沉积或旋涂发光薄膜而成，其中导光板优选利用激光雕刻在透明导电背电极的特定区域上形成。
所述荧光物质包含香豆素类染料，二萘嵌苯类染料，三萘嵌二苯羧酸衍生物类染料，半导体量子点和含有稀土元素的发光物质。
进一步的，所述的导光薄膜为优选的利用磁控溅射或CVD等镀膜方法制作的至少含有锡，钛，锌，硅和锆等至少一种元素的氧化物或氮化物或硫化物或其复合物。
进一步的，所述的太阳能电池的正、负电极可以与金属反射层或非晶硅太阳能电池的电极相连，通过激光划线实现串、并联组合。
进一步的，所述香豆素类荧光物质包含有8-羟基喹啉铝和4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃，其摩尔比例在0.1％至10％之间。
进一步的，所述半导体量子点含有硫化镉、硒化镉、硫化铅或碲镉汞中的任何一种或其组合，所述含有稀土元素的发光物质含有Ce3+，Pr3+，Sm3+，Nd3+和Yb3+等一种或其组合。
本发明提供的大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法，具有以下有益效果：
1)由于在受光面积较大的荧光聚光器上制作的发光面积较小的导光板，代替荧光聚光器受光面积和发光侧面积之比，为太阳能电池提供聚光效果。在通用太阳能电池封装工艺下，实现了大面积荧光聚光太阳能电池系统的可能，从而节省了材料和加工成本；
2)本发明的荧光聚光系统的封装因为太阳能电池受光面不需要面临恶劣环境，只接受长波长光照射，可以大为降低因为同时防止紫外老化和电气保护而增加的封装胶水的成本。
3)由于通过上下两个荧光聚光器的导光板，尤其是将较经济的非晶硅电池作为其中之一的情况下，在较高效率的单晶硅或其他太阳能电池的两个受光面同时产生聚光效果，从而提高相同面积太阳能电池的输出能量；
4)由于荧光聚光器不受光入射角度影响，因此在竖直安装的建筑幕墙和遮荫严重的城市，提供更高性价比的光伏建筑一体化产品；
5)本发明通过降低材料和加工成本以及双面聚光，极大地降低了太阳能电池发电的成本。
附图说明
图1是本发明实施例的基本的大面积荧光聚光太阳能电池系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的组合的大面积荧光聚光太阳能电池系统的结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明所提供的一种大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法，其特征在于，包括：
单晶硅等较高转化效率的太阳能电池及其组合的受光面通过胶水封装在荧光聚光器的导光板上；
所述荧光聚光器之一为由基板，含有或不含有金属反射层组成，发光薄膜和导光薄膜组成；其导光板优选利用电铸形成的带有微结构的模具在所述导光薄膜的特定区域上形成；
所述荧光聚光器之二为由透明导电背电极或尚未制作背电极的非晶硅薄膜电池片和发光薄膜组成，其导光板为透明导电背电极的特定区域上利用激光雕刻形成的散射点和背电极薄膜组成。
所述的导光薄膜为优选的利用磁控溅射或CVD等镀膜方法制作的至少含有锡，钛，锌，硅和锆等至少一种元素的氧化物或氮化物或硫化物或其复合物。
所述的太阳能电池的正、负电极与金属反射层或非晶硅太阳能电池的电极相连，通过激光划线实现串、并联组合。
所述荧光物质包含香豆素类染料，二萘嵌苯类染料，三萘嵌二苯羧酸衍生物类染料，半导体量子点和含有稀土元素的发光物质。
进一步的，所述香豆素类荧光物质包含有8-羟基喹啉铝和4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃，其摩尔比例在0.1％至10％之间。
进一步的，所述半导体量子点含有硫化镉、硒化镉、硫化铅或碲镉汞中的任何一种或其组合，所述含有稀土元素的发光物质含有Ce3+，Pr3+，Sm3+，Nd3+和Yb3+等一种或其组合。
本发明的第一实施例中，参见图1，给出了基本的大面积荧光聚光太阳能电池发电系统的结构：
聚碳酸酯塑料板101上含有铝反射层102，香豆素类发光薄膜103和氧化锡导光薄膜104。在氧化锡薄膜104上含有50x50mm的镜面方格矩阵，镜面方格的间隔为1mm宽的导光板105。导光板由间距优化的直径为100nm散射点组成。
50x1mm宽的光电转换效率为15％的单晶硅太阳能电池106的受光面面对导光板，通过环氧树脂粘接在一起。单晶硅太阳能电池106的正负电极与铝反射层102相连，通过激光划线107电池的串并联。
在AM1.5光照108和25℃时，该太阳能电池系统的光电转换效率为3％。通过计算可知，上述荧光聚光系统利用廉价的荧光聚光器和通用的单晶硅太阳能电池封装工艺，使得太阳能电池的输出功率超过了原来的三倍。
本发明的第二实施例中，参见图2，组合的大面积荧光聚光太阳能电池发电系统的结构：
双面受光的太阳能电池201，通过含有硒化镉量子点的热熔胶202封装在上荧光聚光器和下荧光聚光器之间；
上荧光聚光器之由透明导电玻璃203和非晶硅薄膜204和透明导电背电极205组成的非晶硅电池片和封装用热熔胶202组成，其导光板为透明导电背电极205特定区域上利用激光雕刻形成的散射点组成。
下荧光聚光器由玻璃镜面基板206，发光薄膜207和氧化锡导光薄膜208组成；其导光板为氧化锡导光薄膜208特定区域上利用激光雕刻形成的散射点组成。
在透明导电背电极205上，平行于非晶硅太阳能电池的激光划线，并包含此划线制作1mm宽的导光板209；氧化锡薄膜208上相对应的位置制作同样的导光板210。导光板由间距优化的直径为0.05mm的散射点组成。
1mm宽的光电转换效率为15％的单晶硅太阳能电池长条背面对粘，形成双面受光的太阳能电池201，受光面分别面对透明导电背电极205和氧化锡薄膜208上的导光板，利用含有硒化镉量子点的热熔胶202封装在上荧光聚光器和下荧光聚光器之间。单晶硅太阳能电池201的正负电极与非晶硅电池的串并联电路有机结合。
本实例在非晶硅太阳能电池封装的通用工艺基础上，可以充分利用非晶硅太阳能电池尚未利用的太阳光进行发电，提高了单位面积的太阳能发电量。
Claims (10)
1.一种大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法，其特征在于，该发电系统包括至少一个含有或不含有反射层的荧光聚光器，以及在荧光聚光器的特定区域上具有散射点形成的导光板和安装在导光板上的太阳能电池及其组合。
2.根据权利要求1所述的系统及其制造方法，其特征在于：所述荧光聚光器是下列三种情况之一：掺杂有至少一种荧光物质的透明基板或纤维，透明基板或纤维具有掺杂有至少一种荧光物质的薄膜，基板上具有掺杂有至少一种荧光物质的发光薄膜和荧光物质发光波段的导光薄膜。
3.根据权利要求1所述的系统及其制造方法，其特征在于：所述导光板是导光薄膜上具有散射点的特定区域，可以是丝网印刷的包含荧光物质在内的颗粒分布区域，可以是激光或机械雕刻成型的区域，也可以是电铸形成的带有微结构的模具成型的区域。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述用于透明的基板或纤维或导光薄膜的材料在相邻的发光薄膜所发射的波长处具有较高的穿透率和折射率。
5.根据权利要求1、2和3所述的系统及其制造方法，其特征在于：优选包括两个带有导光板的荧光聚光器，和利用含有或不含有经掺杂有至少一种荧光物质的胶水，通过层压技术封装的双面受光的太阳能电池或其组合；
所述的两个荧光聚光器之一优选含有金属反射层的基板上具有真空沉积或旋涂的发光薄膜，以及相邻的导光薄膜，其中导光板优选利用电铸形成的带有微结构的模具在所述导光薄膜的特定区域上形成。
所述的两个荧光聚光器之二优选利用透明导电背电极或尚未制作背电极的非晶硅薄膜电池片上真空沉积或旋涂发光薄膜而成，其中导光板优选利用激光雕刻在透明导电背电极的特定区域上形成。
6.根据权利要求2，3，4和5所述的系统，其特征在于：所述荧光物质包含香豆素类染料，二萘嵌苯类染料，三萘嵌二苯羧酸衍生物类染料，半导体量子点和含有稀土元素的发光物质。
7.根据权利要求4和5所述的系统和制造方法，其特征在于：所述的导光薄膜为优选的利用磁控溅射或CVD等镀膜方法制作的至少含有锡，钛，锌，硅和锆等至少一种元素的氧化物或氮化物或硫化物或其复合物。
8.根据权利要求5所述的系统和制造方法，其特征在于：太阳能电池的正、负电极可以与金属反射层或非晶硅太阳能电池的电极相连，通过激光划线实现串、并联组合。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述香豆素类荧光物质包含有8-羟基喹啉铝和4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃，其摩尔比例在0.1％至10％之间。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述半导体量子点含有硫化镉、硒化镉、硫化铅或碲镉汞中的任何一种或其组合，所述含有稀土元素的发光物质含有Ce3+，Pr3+，Sm3+，Nd3+和Yb3+等一种或其组合。
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