太阳能电池模块制造技术

一种太阳能电池模块，包括：一太阳能电池片；一波长转换膜，其制作在太阳能电池片上；一玻璃层，其放置在太阳能电池片上；一背板，其放置在太阳能电池片的背面。该电池模块是利用波长转换膜改变太阳光谱以提高太阳能电池效率。波长转换膜为稀土化合物，功能是将近紫外，蓝光等高能光子转换成一个或多个低能光子，如绿光，近红外光子等提高太阳能电池的效率。波长转换膜的吸收范围在200nm-500nm之间，发射范围在500nm-1100nm之间。波长转换膜厚度在100nm-5μm之间。该电池模块还可以利用DBR和/或倒金字塔绒面结构，降低反射率，提高太阳能电池效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波长转换材料和材料结构的技木，特别涉及一种太阳能电池模块技术，其是通过材料结构减少光的反射并将200nm-500nm的光子转换成500nm-1100nm的光子，以提闻太阳能电池的转换效率。
技术介绍
目前太阳能电池普遍存在效率不高的问题。多结太阳能电池效率虽然较高，如目前三结叠层电池实验室能达到42%，但制造エ艺复杂，成本昂贵，不利于大規模生产。目前 市场上主要的电池都为单结电池。其中，单晶硅电池能量转换效率在16-20%，多晶硅在能量转换效率14-17%。单结神化镓电池，实验室能量转换效率可以达到29%，产业化能量转换效率也基本只有20%。造成效率不高的原因主要是由于电池的能带结构和太阳光谱不匹配。一方面能量高于电池光学带隙的光子不能被有效充分利用，有部分能量转换成热，即热损耗；另ー方面能量低于电池光学带隙的光子则不能被太阳能电池吸收，形成透射损耗。这两种损耗是太阳电池的主要损耗。例如晶硅太阳能电池，其理想效率只有31% (S-Q极限)，其中超过60%以上的能量就通过这两种损耗浪费棹。最为突出的近紫外到蓝光等高能光子，会在电池很薄的表面被吸收，不能很好的输运出去，形成“死层”，直接体现在太阳能电池在该部分的内量子效率低。因此通过将近紫外-蓝光等短波光子转换成ー个或多个绿光-近红外等长波光子，可以增加太阳能电池外量子效率，由此提高太阳能电池效率。没有増益的下转换(ー个短波光子转换成一个长波光子)即斯托克斯红移，很早就已经被发现。而有增益的下转换(ー个短波光子转换成多个长波光子)则使太阳能电池在高能光子部分的响应理论上超过100%,实现太阳能电池效率显著提高。从Trypke, T. , M. A. Green, andP.Wyrfel, Improving solar cell efnciencies by down-conversion of high-energyphotons. Jo μ rnal of Applied Physics, 2002. 92 (3) :p. 1668-1674.可以看到理论上来说通过下转换材料在理想情况下太阳能电池效率可以高达40%。但在实验中，通过文献Klampaftis,E. , et al. ,Enhancing the performance of solar cells via lyminescentdown-shifting of the incident spectr μ m A review. Solar Energy Materials andSolar Cells, 2009. 93(8) p. 1182-1194.发现很多太阳能电池效率都没有达到实质性的提闻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供ー种太阳能电池模块，其可提高太阳能电池效率，可降低电池成本。本专利技术提供ー种太阳能电池模块，包括一太阳能电池片；一波长转换膜，其制作在太阳能电池片上；—玻璃层，其放置在太阳能电池片上；一背板，其放置在太阳能电池片的背面。本专利技术的有益效果是(I)通过波长转移，将ー个近紫外-蓝光光子转移成绿光-近红外光子，使其与太阳能电池的最高响应波长相匹配，以达到提高太阳能电池的效率；(2)通过稀土离子对，将ー个近紫外-蓝光光子转换成多个绿光-近红外光子，减少多余能量的热损耗，提闻太阳能电池在闻能光子部分的响应，从而更有效的提闻太阳能电池效率，形成所谓的新一代太阳能电池；(3)波长转换膜采用直接生长形成膜，可以有效减少采用波长转换颗粒所帯来的散射，提闻透射，从而提闻太阳能电池效率；(4)采用含有如Eu2+，Ce3+等稀土离子的无机材料，具有吸收截面大，发光效率高的 特点，提高了太阳能电池效率，克服了有机材料光致发光量子效率偏低以及其他一些无机离子吸收截面小的缺点；(5)本专利技术还通过采用DBR(分布式布拉格反射)和倒金字塔绒面结构，減少界面反射，提闻太阳能电池效率。附图说明为进ー步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图I为本专利技术第一实施例，其是采用波长转换膜的太阳能电池模块示意图；图2为本专利技术第二实施例，其是采用DBR结构的波长转换膜的太阳能电池模块示意图；图3为波长转换膜的材料为M2SiO4 = RE2+时的激发谱和发射谱图；图4为本专利技术在太阳能电池光谱响应的归ー化对比图。具体实施例方式请參阅图I和图2所示，本专利技术提供ー种太阳能电池模块，包括一太阳能电池片1，为做完电极的pn结器件，并且具有倒金字塔结构和抗反射钝化层。倒金字塔一般有化学腐蚀形成，抗反射钝化层一般为氮化硅，厚度为SOnm左右。一波长转换膜4，其制作在太阳能电池片I上或者玻璃层2下面，如图I所示。考虑到玻璃层2 —般在紫外具有一定的吸收，所以可以采用将波长转换膜4制作在玻璃层2上面。这样紫外光在到达玻璃层2之前就被波长转换膜4吸收，并转换成绿光-近红外光等不易被玻璃层吸收。在制作エ艺上可以采用薄膜生长技术如PECVD、磁控溅射等方式生长，但不限于用这两种方式，只要生长出来的薄膜成本低廉，质量好即可。薄膜的晶体质量越好，该波长转换膜4的转换效率越高，太阳能电池的效率也将越高。根据薄膜的吸收系数，折射率确定该波长转换膜4的厚度为100nm-5 μ m。恰当的薄膜厚度不仅可以可以具有波长转换的作用而且可以达到减反射的效果。采用薄膜而非像有些专利采用颗粒的形式，这将不会产生散射作用，因此波长转换膜4具有良好的透过率。采用波长转换膜4提高太阳能电池效率的原理是一方面由于太阳能电池对紫外光子的响应不如可见光和近红外。对于硅太阳能电池最好的响应波长大约为800nm，因此如果将紫外或蓝光光子转移成800nm左右的光子，将使电池在紫外和蓝光部分响应提高，从而电池效率提高；另一方面紫外或蓝光光子的能量大大高于太阳能电池的带隙，对于硅电池，紫外或蓝光光子的能量为其带隙能量的2倍以上，因此可以通过将波长转换将ー个紫外高能光子转变成两个近红外的低能光子，被太阳能电池吸收，实现效率的提高。根据上面所述原理，要求该波长转换膜4具备吸收一个200nm-500nm光子,发射ー个或多个500nm-1100nm光子的功能。根据这个思想，研究确立该波长转换膜4所用的材料为掺有ニ价或/和三价稀土离子的无机材料。这是由于稀土材料具有能级丰富，发光效率高等特点，而很多有机材料，光致发光量子效率偏低，一般只有60%，另外除Ce3+以外，不单独使用三价稀土离子，主要是由于三价稀土离子的吸收截面太小，不利于光的吸收。由于稀土离子的稳定价态一般为三价，ニ价稀土离子容易被氧化，需要在四面体等特殊结构包围中才能稳定存在，这是由于四面体结构可以有效的使ニ价稀土离子与外界隔离，从而不被氧化。硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐及类硅酸盐具有四面体结构，因此采用的波长转换材料为硅酸盐稀土或类硅酸盐稀土。另ー方面对于三价稀土离子则不一定需要采用硅酸盐这样的晶体结构。波长转换材料具体组成成分化学通式为M2Si04:RE2+、MSi2N2O2: RE2+、M2Al2O5: RE2+、Q2SiO5: RE3+、Q2SiN2O2: RE3+、Q3Al5Ol2: RE3+、M2Q2Si2O9: RE2+，RE3+、MQ2Si3N4O4: RE2+，RE3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池模块，包括 一太阳能电池片； 一波长转换膜，其制作在太阳能电池片上； 一玻璃层，其放置在太阳能电池片上； 一背板，其放置在太阳能电池片的背面。2.根据权利要求I所述的太阳能电池模块，其中在太阳能电池片和波长转换膜之间还有一层第一透明介质层，在波长转换膜和玻璃层之间还有一层第二透明介质层。3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中该波长转换膜的两面为绒面结构。4.根据权利要求3所述的太阳能电池模块，其中与波长转换膜相邻的第一透明介质层和第二透明介质层的一面为绒面结构。5.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中波长转换膜的厚度为lOOnm-Sym，该波长转换膜吸收一个200nm-500nm光子，发射一个或多个500nm-1100nm光子。6.根据权利要求5所述的太阳能电池模块，其中波长转换膜的材料为掺有二价或/和三价稀土离子的材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乐良，郑军，左玉华，成步文，王启明，郑智雄，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，南安市三晶阳光电力有限公司，
类型：发明
国别省市：