CN102299187A - 可挠性太阳能电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可挠性太阳能电池装置，其包括透光基板、与该透光基板相对间隔设置的透光面板、多个第一太阳能电池单元、多个第二太阳能电池单元及具有透光性的绝缘间隔体。该第一太阳能电池单元与该第二太阳能电池单元沿该透光面板的延伸方向交替间隔夹设于该透光基板与透光面板之间。该第一太阳能电池单元与相邻的第二太阳能电池单元由该绝缘间隔体隔开。该第一太阳能电池单元及该第二太阳能电池单元的厚度小于或等于50微米。可保证良好的可挠性，同时可以使贴附有该太阳能电池的玻璃窗仍能够保持良好的透光性。

Description

可挠性太阳能电池装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池技术，尤其涉及一种可挠性太阳能电池装置。

背景技术

太阳能电池单元结构主要包括透光基板、设于透光基板的P型半导体材料层及N型半导体材料层。太阳能电池单元主要应用光电转换原理，将太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能。具体地，当太阳光照射至半导体，一部分光子被表面反射掉，其余部分光子被半导体吸收或透过。被吸收的光子，一部分变成热能，另一部分光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，产生电子-空穴对。如此，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能，并于P型及N型交界面两边形成势垒电场，将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩电子，P区有过剩空穴，在P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外，还使P型层带正电，N型半导体层带负电，在N区与P区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别自P型层及N型半导体层焊接金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。

可挠性太阳能电池一般是使用染料感光太阳电池、有机化合物太阳能电池或高分子聚合物太阳能电池。但是，由于有机或高分子化合物染料容易因为高温或因为日光照射使其材料裂化而使得寿命变短，且这些材料的光电转换效率不高。

现有技术中，使用半导体材料可增加可挠性太阳能电池的寿命，但是，由于半导体材料吸收频谱的特性或厚度造成了无法透光及可挠性差。在日常生活中，设置于室外的玻璃窗一般用来采光，所以通常将太阳能电池贴附于该玻璃窗处以吸收光，但如何使贴附有该太阳能电池的玻璃窗仍能够保持良好的透光性成为了有待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有良好的可挠性同时具有透光性的可挠性太阳能电池装置。

一种可挠性太阳能电池装置，其包括透光基板、与该透光基板相对间隔设置的透光面板、多个第一太阳能电池单元、多个第二太阳能电池单元及具有透光性的绝缘间隔体。该第一太阳能电池单元与该第二太阳能电池单元沿该透光面板的延伸方向交替间隔夹设于该透光基板与透光面板之间。该第一太阳能电池单元与相邻的第二太阳能电池单元由该绝缘间隔体隔开。该第一太阳能电池单元及该第二太阳能电池单元的厚度小于或等于50微米。

与现有技术相比，本发明实施例的每个第一太阳能电池单元及每个第二太阳能电池单元的厚度小于或等于50微米，可保证良好的可挠性，且每个第一太阳能电池单元与相邻的第二太阳能电池单元由具有透光性的绝缘间隔体隔开，如此，可以使贴附有该太阳能电池的玻璃窗仍能够保持良好的透光性。

附图说明

图1为本发明第一实施方式提供的可挠性太阳能电池装置的示意图。

图2为本发明第二实施方式提供的可挠性太阳能电池装置的示意图。

图3为本发明第三实施方式提供的可挠性太阳能电池装置的示意图。

图4为本发明第四实施方式提供的可挠性太阳能电池装置的示意图。

主要元件符号说明

可挠性太阳能电池装置        100、200、300、400

透光基板                    10、210、310、410

第一电路层                  20、220、320、420

第一太阳能电池单元          30、230、330、430

第二太阳能电池单元          70、270、370、470

绝缘间隔体                  40、240、340、440

第二电路层                  50、250、350、450

透光面板                    60、260、360、460

第一背电极             31、231

P型半导体层            32、72、232、272

P-N过渡层              33、73、233、273

N型半导体层            34、74、234、274

第一前电极             35、235

第二背电极             71、271

第二前电极             75、275

绝缘层                 380

透光面                 361、461

聚光单元               362、462

聚光面                 363

周面                   464

具体实施方式

为了对本发明的可挠性太阳能电池装置做进一步的说明，举以下实施方式并配合附图进行详细说明。

参见图1，本技术方案一实施方式提供的可挠性太阳能电池装置100包括透光基板10、第一电路层20、多个第一太阳能电池单元30、多个第二太阳能电池单元70、绝缘间隔体40、第二电路层50及与该透光基板10平行且相对设置的透光面板60。

该透光基板10具有高导热性。该透光基板10可为聚合物薄片。聚合物的材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。

该第一电路层20固定于该透光基板10。该第二电路层50固定于该透光面板60。该第一电路层20及该第二电路层50均为透明电极。该第一电路层20及该第二电路层50可分别通过喷射法直接将导电材料喷射于该透光基板10及该透光面板60直至形成所需图案，或预先利用导电板材由蚀刻法制成所需层状图案，后分别固定于该透光基板10及该透光面板60。

该多个第一太阳能电池单元30及该多个第二太阳能电池单元70呈阵列地固定于该第一电路层20与该第二电路层50之间，且每个第一太阳能电池单元30与一个第二太阳能电池单元70沿该透光面板60的延伸方向交替排列。每个第一太阳能电池单元30与相邻的第二太阳能电池单元70之间距大于或等于0.5毫米，通过该绝缘间隔体40隔开。该绝缘间隔体40为柔性透光材料，如聚甲基丙烯酸甲酯等。

其中，每个第一太阳能电池单元30及每个第二太阳能电池单元70的厚度小于或等于50微米。该可挠性太阳能电池装置100的整体厚度小于或等于500微米，优选地，该可挠性太阳能电池装置100的整体厚度小于或等于100微米。每个第一太阳能电池单元30及每个第二太阳能电池单元70的面积小于或等于1平方毫米。如此，可以增加该可挠性太阳能电池装置100的可挠性。

该第一太阳能电池单元30包括一设置于该第一电路层20上的第一背电极31，依次层叠于第一背电极31的P型半导体层32，P-N过渡层33，N型半导体层34及第一前电极35。

该P型半导体层32的材质可为结合性较好的III-V族化合物、II-VI族化合物、I-III-VI族化合物，或IV族材料，如碲化镉、铜铟硒、硅、锗等材料，如P型非晶硅材料，特别为P型含氢非晶硅材料，氮化铟镓或铝砷化镓。

优选地，P型半导体层32的材料为P型非晶硅材料。非晶硅材料对光的吸收性比结晶硅材料强约500倍，故在对光子吸收量要求相同的情况下，非晶硅材料制成的半导体层的厚度远小于结晶硅材料制成的半导体层的厚度，且非晶硅材料对透光基板材质的要求更低。故采用非晶硅材料不仅可以节省大量的材料，亦使制作大面积的太阳能电池单元成为可能。

该P-N过渡层33的材质可为结合性较好的III-V族化合物、II-VI族化合物、I-III-VI族化合物，或IV族材料，如碲化镉、铜铟硒、硅、锗等材料。该P-N过渡层33的材料亦可为铜铟镓硒。该P-N过渡层33用于将光子转换成电子-孔穴对并形成势垒电场。该P-N过渡层33有助于提高该第一太阳能电池单元30的稳定性以及光电转换效率。该P-N过渡层33可通过化学气相沈积法或溅射法形成。

该N型半导体层34的材质可为N型非晶硅材料，特别为N型含氢非晶硅材料。该N型半导体层34的材质还可为结合性较好的III-V族化合物、II-VI族化合物、I-III-VI族化合物，或IV族材料，如碲化镉、铜铟硒、硅、锗等材料。

该第一前电极35形成于N型半导体层34，并固定于该第二电路层50。为便于透过大部分太阳光进入该N型半导体层34，提高光转化效率，该第一前电极35优选为透明电极，其与该N型半导体层34形成奥姆接触。该第一前电极35为可挠性透光材料，如铟锡氧化物等。该第一背电极31及该第一前电极35分别与一电力储存装置(图未示)的正负极相连，由此储存光电转换后的电能。

该第二太阳能电池单元70包括一设置于该第一电路层20上的第二前电极75，依次层叠于该第二前电极75的N型半导体层74、P-N过渡层73、P型半导体层72，及第二背电极71。

该第一太阳能电池单元30的P型半导体层32通过该第一背电极31连接至该第一电路层20，该第二太阳能电池单元70的N型半导体层74通过该第二前电极75连接至该第一电路层20。可以理解，此时，该第一太阳能电池单元30的N型半导体层34通过第一前电极35连接至该第二电路层50，该第二太阳能电池单元70的P型半导体层72通过该第二背电极71连接至该第二电路层50，由此该多个第一太阳能电池单元30及该多个第二太阳能电池单元70相互串联。

该透光面板60为可挠性透光材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。

于封装该可挠性太阳能电池装置100时，需将该多个第一太阳能电池单元30及该多个第二太阳能电池单元70交替地焊接于固定有第一电路层20的该透光基板10，并使每个第一太阳能电池单元30与相邻的第二太阳能电池单元70的间距大于1毫米，向间距内填满该绝缘间隔体40。再后，将固定有第二电路层50的透光面板60完全遮盖所有第一太阳能电池单元30、所有第二太阳能电池单元70及绝缘间隔体40，并使每个第一太阳能电池单元30的第一前电极35及每个第二太阳能电池单元70的第二背电极71均与该第二电路层50相连。当然，亦可于该透光基板10上层叠该第一电路层20、该多个第一太阳能电池单元30、该多个第二太阳能电池单元70、该第二电路层50及该透光面板60。

相较于现有技术，本实施方式提供的可挠性太阳能电池装置100摈弃导线，通过分别设于该透光基板10及该透光面板60的第一电路层20及第二电路层50来电导通所有太阳能电池单元。相较于导线，该第一电路层20及该第二电路层50呈层状，两者由该多个第一太阳能电池单元30及该第二太阳能电池单元70隔开，难以相接触，由此避免短路。

可以理解，该第一太阳能电池单元30及该第二太阳能电池单元70可为其它结构，如本领域常见的PIN结构，其中，I层可为DH双异质结构、MQD多重量子井结构或MQD多重量子点结构。此时，该I层需临近该透光面板60。该第一太阳能电池单元30及该第二太阳能电池单元70还可为本领域常见的多接面太阳能电池单元。此时，该第一太阳能电池单元30及该第二太阳能电池单元70的高能带层需临近该透光面板60，能带越低层离该透光面板60越远。

请参见图2，与第一实施方式相比，本技术方案第二实施方式提供的可挠性太阳能电池装置200具有相似结构，包括透光基板210、第一电路层220、多个第一太阳能电池单元230、多个第二太阳能电池单元270、绝缘间隔体240、第二电路层250及透光面板260。其中，该透光基板210及该透光面板260可用聚对苯二甲酸乙二醇酯材料制成。

该第一太阳能电池单元230包括一设置于该第一电路层220的第一背电极231，依次层叠于第一背电极231的P型半导体层232，P-N过渡层233，N型半导体层234及第一前电极235。P型半导体层232比N型半导体层234薄。该第二太阳能电池单元270包括一设置于该第一电路层220的第二背电极271、依次层叠于第二背电极271的P型半导体层272，P-N过渡层273，N型半导体层274及第二前电极275。

第一电路层220覆盖整个透光基板210，第二电路层250覆盖整个透光面板260。该第一太阳能电池单元230的P型半导体层232通过该第一背电极231连接至该第一电路层220，该第二太阳能电池单元270的P型半导体层272通过第二背电极271连接至该第一电路层220，该第一太阳能电池单元230的第一前电极235及该第二太阳能电池单元270的第二前电极275均与第二电路层250相连，由此，所有太阳能电池单元相互并联，能够提供较大电流。

参见图3，与第一实施方式相比，本技术方案第三实施方式提供的可挠性太阳能电池装置300具有类似结构，包括透光基板310、第一电路层320、多个第一太阳能电池单元330、多个第二太阳能电池单元370、绝缘间隔体340、第二电路层350、透光面板360及绝缘层380。其中，该透光基板310及该透光面板360可用聚对苯二甲酸乙二醇酯材料制成。

绝缘层380及第一电路层320依次层叠于透光基板310。该多个第一太阳能电池单元330及多个第二太阳能电池单元370通过第一电路层320及第二电路层350相串联。如此，能够提供较大的工作电压。

透光面板360的透光面361表面设有多个与每个太阳能电池单元一一对应的聚光单元362。每个聚光单元362呈柱形，具有截面呈弧形的聚光面363。特别地，该聚光面363可呈半球面型。如此，可利用该多个聚光单元362进一步聚光，提高光电转化率。

参见图4，与第一实施方式相比，本技术方案第四实施方式提供的可挠性太阳能电池装置400具有类似结构，包括透光基板410、第一电路层420、多个第一太阳能电池单元430、多个第二太阳能电池单元470、绝缘间隔体440、第二电路层450及透光面板460。其中，该透光基板410及该透光面板460可用聚对苯二甲酸乙二醇酯材料制成。

透光面板460的透光面461表面设有多个与所有太阳能电池单元一一对应的聚光单元462。每个聚光单元462包括多个阵列排布的锥形凸起，每个凸起的周面464与该透光面461形成45度至70度夹角。如此，可避免因光线入射角度的变化而导致光电转换率显著降低。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可挠性太阳能电池装置，其包括透光基板、与该透光基板相对间隔设置的透光面板、多个第一太阳能电池单元及多个第二太阳能电池单元，其特征在于，该第一太阳能电池单元与该第二太阳能电池单元沿该透光面板的延伸方向交替间隔夹设于该透光基板与透光面板之间，该可挠性太阳能电池装置还包括具有透光性的绝缘间隔体，该第一太阳能电池单元与相邻的第二太阳能电池单元由该绝缘间隔体隔开，该第一太阳能电池单元及该第二太阳能电池单元的厚度小于或等于50微米。

2.如权利要求1所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该可挠性太阳能电池装置的整体厚度小于或等于100微米。

3.如权利要求1所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该绝缘间隔体为柔性材料。

4.如权利要求1所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该可挠性太阳能电池装置还包括第一电路层及第二电路层，该第一太阳能电池单元包括一设置于该第一电路层上的第一背电极、依次层叠于第一背电极的P型半导体层、P-N过渡层、N型半导体层及第一前电极，该第二太阳能电池单元包括一设置于该第一电路层上的第二前电极、依次层叠于该第二前电极的N型半导体层、P-N过渡层、P型半导体层及第二背电极。

5.如权利要求4所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该第一电路层与第二电路层分别固定于该透光基板及该透光面板，该第一太阳能电池单元的N型半导体层通过第一前电极连接至该第二电路层，该第二太阳能电池单元的P型半导体层通过该第二背电极连接至该第二电路层，该多个第一太阳能电池单元及该多个第二太阳能电池单元相互串联。

6.如权利要求4所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该第一太阳能电池单元的P型半导体层通过该第一背电极连接至该第一电路层，该第二太阳能电池单元的P型半导体层通过第二背电极连接至该第一电路层，该第一太阳能电池单元的第一前电极及该第二太阳能电池单元的第二前电极均与第二电路层相连，该多个第一太阳能电池单元及该多个第二太阳能电池单元相互并联。

7.如权利要求1所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：每个第一太阳能电池单元与相邻的第二太阳能电池单元的间距大于1毫米。

8.如权利要求7所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该透光面板或该透光基板的表面设有多个相互隔开的聚光单元，每个聚光单元与一个第一太阳能电池单元或一个第二太阳能电池单元对应。

9.如权利要求8所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该每个聚光单元具有圆弧状聚光面。

10.如权利要求8所述的可挠性太阳能电池装置，其特征在于：该每个聚光单元包括多个阵列排布的锥形凸起，每个凸起的周面与该透光面形成45度至70度夹角。

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