CN103311332A - 太阳能模组及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能模组及其制造方法。该太阳能模组由光入射面依次包括散射性薄膜、玻璃、前透明导电氧化物层、半导体层、后导电层和封装材料，所述散射性薄膜包括粘合剂、溶剂和纳米微粒，且所述散射性薄膜的折射率大于空气的折射率且小于玻璃的折射率。从而，通过介于空气折射率和玻璃折射率之间的中间折射率减少反射，并通过包括纳米微粒的散射性薄膜增加玻璃雾度，增加进入薄膜太阳能电池半导体层的光传输量，进而增加薄膜太阳能电池半导体层吸收光的量。

Description

太阳能模组及其制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池，尤其涉及太阳能模组及其制造方法。
背景技术
薄膜太阳能电池是将半导体薄膜沉积在载体上形成的电池，在光照条件下，半导体薄膜将光能转化为电能，并通过前电极与背电极将电能输出。透明导电氧化物镀膜(TCO)玻璃由于具有透明、导电和对光波具有选择性的特点，而广泛应用于太阳能电池前电极、平面液晶显示(LCD)、热反射镜和玻璃幕墙等领域。
由于光会在两层不同的介质处发生反射，两种介质折射率相差越大，反射也越大，因此TCO玻璃如具有减反射的功能，可让大部分光进入半导体层(即光吸收层)，以增加光电转换效率。空气的折射率nair为1，玻璃的折射率nglass为1.5，通常的做法是在TCO玻璃的前表面涂布一层中间折射率nARC(1～1.5)的介质薄膜作为减反射膜(ARC)来减弱光的反射，介质薄膜的厚度至少是光线波长的1/4。图1所示为没有涂布减反射膜的TCO玻璃，空气折射率为1，玻璃折射率10为1.5，透明导电氧化物层11折射率为2.0，空气与玻璃的接触面会反射入射光总量的4.0％，玻璃与透明导电氧化物层的接触面反射入射光总量的2.0％，总的反射光占入射光总量的6.0％。图2所示为在玻璃前表面涂布减反射膜的TCO玻璃，介质薄膜的折射率为1.2，厚度为光线波长的1/4与介质薄膜折射率的乘积，空气与减反射膜22的接触面反射入射光总量的1.1％，减反射膜22与玻璃20的接触面反射入射光总量的1.0％，玻璃20与透明导电氧化物层21的接触面反射入射光总量的2.0％，总的反射光占入射光总量的4.1％，传输的入射光总量相比于未涂布减反射膜的情况提高了1.9％。
为了增加薄膜太阳能电池半导体层吸收光的能力，TCO玻璃需要提高对透射光的散射能力，散射能力用雾度来表示，雾度即透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观，以漫射的光通量与透明材料的光通量之比的百分比表示。通常情况下，透明导电氧化物层会经过雾化处理而具有一定的雾度，雾度值与TCO玻璃需要的反应光波长成比例。如图3所示，涂布有减反射膜的TCO玻璃包括玻璃衬底30、经雾化处理的前透明导电氧化物层31、半导体层33、后透明导电氧化物层34、封装材料35及玻璃衬底30前表面涂布的减反射膜32。散射光在经过雾化的TCO玻璃中具有更长的光程，因此被吸收的几率更大。但是雾化的透明导电氧化物层会带来一些无法避免的缺陷，例如高度雾化的透明导电氧化物层与半导体层之间厚度严重不均，甚至会出现透明导电氧化物层未覆盖的点。
发明内容
本发明解决的问题是为了增加薄膜太阳能电池半导体层吸收光的量。
为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能模组，由光入射面依次包括散射性薄膜、玻璃、前透明导电氧化物层、半导体层、后导电层和封装材料，所述散射性薄膜包括粘合剂、溶剂和纳米微粒，且所述散射性薄膜的折射率大于空气的折射率且小于玻璃的折射率。
可选地，所述散射性薄膜的厚度大于或者等于反应光波长的四分之一。
可选地，所述散射性薄膜包含多种直径的纳米微粒，每种直径的纳米微粒对应一个波段的反应光。
本发明还提供了一种透明导电氧化物镀膜玻璃制造方法，包括：首先，在玻璃衬底的一表面上依次形成前透明导电氧化物层、半导体层、后导电层；然后，在最初或者所有激光划线工艺完成之后，通过喷涂设备将纳米微粒、粘合剂和溶剂的混合液体均匀涂布在所述玻璃衬底的另一表面；接下来，通过高温烘烤对涂布的湿膜进行固化，在所述玻璃衬底的另一表面形成散射性薄膜；最后，通过层压及固化材料工艺进行太阳能模组的最终封装。
可选地，所述高温烘烤固化工艺和固化材料工艺一起进行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)在TCO玻璃前表面涂布散射性薄膜，从而通过介于空气折射率和玻璃折射率之间的中间折射率减少反射，并通过包括纳米微粒的散射性薄膜增加玻璃雾度，增加进入薄膜太阳能电池半导体层的光传输量，进而增加薄膜太阳能电池半导体层吸收光的量；
2)散射性薄膜涂布在TCO玻璃前表面，只要厚度大于或者等于反应光波长的1/4，就可以同时作为减反射膜使用，提高传输的入射光总量，并且不用增加额外的涂层；
3)散射性薄膜包含多种直径的纳米微粒，TCO玻璃可吸收的反应光的波长范围大。
附图说明
图1是未涂布减反射膜的TCO玻璃入射光反射量的示意图；
图2是涂布减反射膜的TCO玻璃入射光反射量的示意图；
图3是现有的TCO玻璃结构的示意图；
图4是本发明太阳能模组中的TCO玻璃的一种实施例结构示意图。
具体实施方式
如图4所示为根据本发明太阳能模组的一种实施例的TCO玻璃结构图，从光入射面依次包括散射性薄膜45、玻璃层40、前透明导电氧化物层41、半导体层42、后导电层43和封装材料44。前透明导电氧化物层41作为前电极，后导电层43作为背电极，半导体层42为光吸收层。
其中，散射性薄膜45包括粘合剂(图未示)、溶剂(图未示)和纳米微粒451，所述纳米微粒451的直径小于或者等于反应光的波长。
纳米微粒451可以实现对反应光的散射，增加反应光在TCO玻璃中的传播路径，增大反应光被吸收的概率，实现TCO玻璃对雾度的要求。
根据本发明的一个实施例，散射性薄膜45的粘合剂可以采用溶胶凝胶法合成的硅聚合物，所述溶剂为水性、酸性、酒精性或酮性的化合物中的任意一种，纳米微粒451可以是二氧化硅微粒。
当TCO玻璃需要吸收某一个波段的反应光时，所述散射性薄膜中的纳米微粒451的直径可以小于或等于该波段的反应光波长。以纳米微粒451为二氧化硅微粒为例，二氧化硅微粒的直径要小于或者等于反应光波长，微粒的散布间距至少等于0.5～1倍的反应光波长。由此，可以增加反应光在二氧化硅微粒中的散射效率，以增加光传输量。
当TCO玻璃需要的反应光波长范围是300nm～1400nm，散射性薄膜中可以包含多种直径的二氧化硅微粒，以实现对宽范围反应光的吸收。每种直径的二氧化硅微粒对应一个波段的反应光，以实现对该波段反应光的散射，每种直径的二氧化硅微粒的散布间距至少等于0.5～1倍的反应光波长。
根据本发明的其他实施例，散射性薄膜45的厚度可以大于或者等于二氧化硅微粒的直径，将二氧化硅微粒包含在薄膜内部。
根据本发明的其他实施例，所述散射性薄膜45的厚度可以大于或者等于反应光波长的1/4。这样散射性薄膜45可以同时作为减反射膜，减少TCO玻璃需要的反应光的反射，而且不需要增加额外的涂层。散射性薄膜的折射率是空气、二氧化硅微粒和粘合剂折射率的平均值，因此是大于空气折射率但小于玻璃折射率的一个中间折射率。
如图4所示的后导电层43，还起到反射层的作用，将反应光反射回半导体层42，进一步增加反应光吸收的概率，提高光吸收率。所述后导电层43的材料可以为例如透明导电氧化物。
根据本发明的其他实施例，图4所示的TCO玻璃的前透明导电氧化物层41也经过了雾化工艺，但由于玻璃前表面涂布有散射性薄膜，可以提高散射能力，因此前透明导电氧化物层41不需要高度雾化，不会出现厚度严重不均、甚至未覆盖的情况。
本发明提供了一种透明导电氧化物玻璃的制造方法，包括：
首先，在玻璃衬底的一表面上依次形成前透明导电氧化物层、半导体层、后导电层；
然后，在最初或者所有激光划线工艺完成之后，通过喷涂设备将纳米微粒、粘合剂和溶剂的混合液体均匀涂布在所述玻璃衬底的另一表面；
接下来，通过高温烘烤对涂布的湿膜进行固化，在所述玻璃衬底的另一表面形成散射性薄膜；
最后，通过层压及固化材料工艺进行太阳能模组的最终封装。
根据本发明的另一个实施例，所述高温烘烤固化工艺和固化材料工艺可以一起进行。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种太阳能模组，其特征在于，由光入射面依次包括散射性薄膜、玻璃、前透明导电氧化物层、半导体层、后导电层和封装材料，所述散射性薄膜包括粘合剂、溶剂和纳米微粒，且所述散射性薄膜的折射率大于空气的折射率且小于玻璃的折射率。
2.如权利要求1所述的太阳能模组，其特征在于，所述纳米微粒的直径小于或者等于反应光的波长。
3.如权利要求1所述的太阳能模组，其特征在于，所述纳米微粒的散布间距至少等于0.5～1倍的反应光的波长。
4.如权利要求2或3所述的太阳能模组，其特征在于，所述反应光的波长为300纳米至1400纳米。
5.如权利要求2或3所述的太阳能模组，其特征在于，所述散射性薄膜包含多种直径的纳米微粒，每种直径的纳米微粒对应一个波段的反应光。
6.如权利要求1所述的透明导电氧化物镀膜玻璃，其特征在于，所述纳米微粒为二氧化硅微粒；所述溶剂为水性、酸性、酒精性或酮性的化合物中的任意一种；所述粘合剂为采用溶胶凝胶法合成的硅聚合物。
7.如权利要求1所述的太阳能模组，其特征在于，所述散射性薄膜的厚度大于或者等于反应光波长的四分之一。
8.一种太阳能模组的制造方法，其特征在于，包括：
首先，在玻璃衬底的一表面上依次形成前透明导电氧化物层、半导体层、后导电层；
然后，在最初或者所有激光划线工艺完成之后，通过喷涂设备将纳米微粒、粘合剂和溶剂的混合液体均匀涂布在所述玻璃衬底的另一表面；
接下来，通过高温烘烤对涂布的湿膜进行固化，在所述玻璃衬底的另一表面形成散射性薄膜；
最后，通过层压及固化材料工艺进行太阳能模组的最终封装。
9.如权利要求8所述的太阳能模组的制造方法，其特征在于，所述高温烘烤固化工艺和固化材料工艺一起进行。
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