CN106415334B - 太阳能光伏组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于接收入射光的太阳能光伏组件(1)，所述入射光包括入射可见光和入射近红外光，可见光被定义为具有380nm～700nm但不包括700nm的波长的光，近红外光被定义为具有700nm～2000nm的波长的光，其特征在于，所述太阳能光伏组件(1)包括：光伏元件(2)，对近红外光敏感；至少第一红外透射盖片(4)，被布置到所述光伏元件(2)的一侧，包括：红外透射机构，被布置成使至少65％的所述入射红外光透射通过所述红外透射盖片，可见光透射机构，被布置成使具有小于600nm、优选小于650nm、更优选小于700nm但不包括700nm的波长的入射光尽可能少地透射通过所述红外透射盖片(4)，反射机构，被布置成将所述红外透射盖片(4)的所述入射可见光的一部分反射到入射光侧。

Description

太阳能光伏组件
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件的领域。更具体地说，本发明涉及一种太阳能光伏组件，包括位于太阳能光伏组件的光敏元件前面的红外透射盖片。
背景技术
尽管现有的太阳能技术广泛多样，但太阳能***仍然不被视为建筑实践中的主流技术。迄今大多数光伏***被仅优化以提高效率，这意味着吸收最大数量的光子，并因此产生深蓝色和理想的黑色的外观。大多数市场上的光伏电池是具有连接带的结晶细胞，连接带具有不美观的外观。
太阳能技术未广泛应用于建筑物的原因之一是建筑师缺乏对一体化可能性的认识和知识，并且缺乏设计用于建筑物一体化的太阳能产品。与此同时，最近有将建筑物从能源消耗者转变为能源生产者的趋势。已逐步形成在建筑物的屋顶上安装太阳能电池板的广泛传播的理念，并且正在做出很多努力以出现具有光伏科技的施工技术，“被称为光伏建筑一体化(BIPV)”。不断寻求建筑方案、结构方案和美学方案以将太阳能光伏元件一体化到建筑物中，从而使能量产生一体化到日常结构，诸如家庭、学校、办公室、医院和所有种类的建筑。光伏组件能够具有多种功能，诸如噪声保护、安全、电磁屏蔽、隔热等。光伏元件也能被用于将这些功能与美学功能结合。通过使用这种方法，太阳能光伏组件使得越来越多的结构元件充当作为建筑物外部，诸如立面和斜屋顶。如果得到良好应用，那么太阳能光伏组件能够提高建筑物的特性和价值。当然，重要的是保持光电转化效率很高。
可用于产生具有光伏电池的美学效果的技术越多，可接受的技术越多，并且成本将下降。不仅新的建筑物结构将受益于这一趋势，而且现有建筑物的改善和修改也将受益于这一趋势。以智能方式应用光伏组件的建筑师同样能够很大程度上有助于接受这种技术。
更具体地，越来越多的光伏应用需要具有设置到其入射光侧的彩色膜的光伏电池，光伏电池同时满足四个基本标准：
-彩色膜应具有非常高的近红外透射率；
-在反射中应提供广泛的着色效果；
-通过彩色膜所透射的可见光强度应足够小，使得在连接到光伏电池时这种光伏电池对观察者变得不可见。透射的可见光的可接受量将取决于光伏电池的不同区域的颜色和颜色对比。透射通过彩色膜的剩余光被转化成电力；
-也期望的是，所产生的反射色效果对光入射在膜上的入射角和/或位于光伏组件的入射光侧的观察者的观察角高度不敏感。
技术改进之一会是处理具有比经典的蓝黑色外观更美观的外观的太阳能光伏组件。在其它方法中，前有色玻璃与光伏组件一体化，如下面的出版物所描述的：“Efficiencyof silicon thin-film photovoltaic modules with a front colored glass；S.Pélisset et al.,Proceedings CISBAT 2011,pp.37-42”。这种方法不会达到提到的四个标准。这也是昂贵的。在其它的方法中，已启动技术方案以通过将多层抗反射涂层沉积在这种光伏元件上使光伏电池呈现特定的颜色，例如如以下文章中所描述的：“Reduction ofoptical losses in colored solar cells with multilayer antireflectioncoatings；J.H.Selj et al.,Solar Energy Materials&Solar Cells 95,pp.2576-2582,2011”。这些方法不能达到上述四个光学标准，并且具体地具有对预期的光伏应用不可接受的颜色效果的高角度依赖性。
在EP1837920 A1中公开的另一种方法中，红外透射盖透射近红外光并反射一部分可见光，使得膜显示特定的颜色。可见光被介电多层膜部分地反射。为了避免可见光透射通过膜，黑色吸收层，诸如黑涂料，被布置到与介电多层的入射光侧相反的一侧。这种方法的限制是颜色外观效果取决于入射光束的入射角。而且，所公开的装置完全阻断所有可见光，使得不太适合用于光伏应用，因为它吸收所有剩余的透射可见光。虽然这种剩余的可见光可以是很小比例的膜上入射光，但是对光伏电池重要的是将这种剩余的光转化成电力。
本发明的目的是为此领域带来新方法。
发明内容
本发明提供了一种新的太阳能光伏组件，包括位于太阳能光伏组件的近红外透射光电转化元件前面的红外透射盖片，这种红外透射盖片能够提供太阳能光伏组件的着色方面。本发明在寻求将光伏元件一体化到建筑物中的创新方案的同时进行，并且为这些光伏元件提供美学方面，以使得光伏元件对于它们一体化到新的或现有的结构，诸如例如屋顶或立面，更具有吸引力。
对于该问题，已经发现使用本发明的太阳能光伏组件的方案，该太阳能光伏组件包括红外透射盖片，该红外透射盖片使入射光的可见光部分尽可能少地透过至光伏元件或光转化装置。入射光被定义为至少具有一部分可见光并至少具有近红外部分的光的入射光束，可见光被定义为具有380nm～700nm、不包括700nm的波长的光，而近红外光被定义为具有700nm～2000nm的波长的光。红外透射盖片，也被定义为彩色滤光片、彩色箔或彩色片，进一步为光伏组件提供均匀的着色方面。将所述红外透射盖片布置在红外光敏装置或元件的前面能够向观察者隐藏所述红外光敏装置或元件的光敏部件的连接元件、边界或其他非美学特征和/或颜色。
包括所述红外透射盖片的光伏电池的感知颜色也基本上不依赖入射光的入射角和/或观察者的观看角。
同时，必须确保光转化元件或装置必须保持可接受的光转化效率优选高于10％。因此，必须保证太阳能光伏组件的红外透射盖片高的近红外透射率。
红外透射盖片也应使非用于产生颜色反射效果的剩余可见光通过。在彩色片被布置到光电装置的情况中，恢复剩余光很重要，因为任何小的改进，甚至仅仅几个百分比的入射光，提高电池的光电转化效率。
包括所述红外透射盖片的本发明的光伏组件能够对向太阳能光伏组件提供在BIPV应用中使用的改进的美学和可接受的转化效率的问题提供解决方案。它能够为光伏组件提供均匀的有色外观，包括白色；它允许将穿过光伏组件的红外透射盖片的近红外光和剩余可见光转化成电力；并且光伏组件的有色外观基本上与入射光的角度和/或观察角无关。
更具体地说，本发明涉及一种太阳能光伏组件，包括：
光伏元件，对近红外光敏感；
至少第一红外透射盖片，被布置到所述光伏元件的一侧，包括：
红外透射机构，被布置成使至少65％的被定义在700nm和2000nm之间的入射红外光透射通过所述红外透射盖片，
可见光透射机构，被布置成对具有小于600nm、优选小于650nm、更优选小于700nm但不包括700nm的波长的入射可见光具有尽可能小的通过所述红外透射盖片的透射率，所述尽可能少的透射率优选小于20％、优选小于15％且更优选小于10％。该尽可能小的透射率值能够对位于太阳能光伏组件的入射光侧的观察者隐藏布置到与所述光透射机构的入射光侧相反的一侧上的任何底层结构或装置或元件，
反射机构，被布置成将所述红外透射盖片(4)的入射可见光的一部分反射到所述入射光侧。所述部分被定义为返回到提供入射光的光源的一侧的可见入射光的一部分，所述部分优选大于10％，优选大于20％，更优选大于40％。可见光的反射部分能够提供为位于太阳能光伏组件的入射光侧的观察者提供预定的有色外观的太阳能光伏组件。
所述太阳能光伏组件包括干涉滤光片，干涉滤光片与所述红外透射机构和所述可见光透射机构和所述反射机构形成多层组件，也被定义为多层。所述干涉多层对于在所述干涉多层上的法向入射可见光具有小于10％的平均透射率。
布置到太阳能光伏组件的所述光伏元件的红外透射盖片可以根据不同类型：第一类型、第二类型和第三类型的红外透射盖片来实现。提供三种互补类型的所述红外透射盖片(其中至少一个被布置在所述太阳能光伏组件中)能够覆盖太阳能光伏组件对观察者的广泛的颜色外观可能性。
这些颜色外观基本上与入射光的入射角和/或观察者的观察角无关。
所述第一类型、第二类型和第三类型的红外透射盖片均包括所述干涉多层，并且这种干涉多层对于第一类型、第二类型和第三类型的红外透射盖片分别被称为第一干涉多层、第二干涉多层和第三干涉多层。所述第一干涉多层、所述第二干涉多层和所述第三干涉多层可以是不同类型的干涉多层，但始终具有所述干涉多层的上述光透射特性。
太阳能光伏组件可以包括双面光伏元件或可以包括两个光伏元件。在包括双面光伏元件或背靠背布置的两个光伏元件的太阳能光伏组件的每一侧上，可以布置红外透射盖片。不同类型的红外透射盖片可以被布置到这种太阳能光伏组件的每一侧。
第一类型的红外透射盖片至少包括：
前片，被布置到所述红外透射盖片的入射光侧；
散射层，被布置到所述前片与入射光侧相反的一侧上；
第一多层，被布置到所述散射层上，所述第一多层至少包括第一干涉多层，所述第一干涉多层包括至少一个吸收层。
所述前片、所述散射层和所述第一多层彼此配合而形成所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构。
所述第一类型的红外透射盖片是用于对观察者具有红外透射盖片的优选颜色外观(诸如灰色、棕色、赤土色、类金色和红色)的红外透射盖片的合适解决方案。与第二和第三类型的红外透射盖片相反，所述第一类型的红外透射盖片不太适合于蓝色、绿色和高亮色。
第二类型的红外透射覆盖层至少包括：
-基片；
-第二多层，被布置到所述基片上，所述第二多层至少包括第二干涉多层，所述第二干涉多层至少包括吸收层，
所述基片和所述第二多层彼此配合而形成所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构。
所述第二类型的红外透射盖片是用于具有红外透射盖片的优选颜色外观(诸如类金属色)的红外透射盖片的合适解决方案，而不太适合于具有蓝色外观和绿色外观的红外透射盖片。
第三类型的红外透射盖片至少包括：
-吸收前片，被布置到所述红外透射盖片的入射光侧并且包括吸收至少一部分的所述入射可见光的物质，
-第三多层，被布置到所述吸收前片与入射光侧相反的一侧上，所述第三多层至少包括第三干涉多层，
所述吸收前片和所述第三多层彼此配合而形成所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构。
所述第三类型的红外透射盖片是用于红外透射盖片的非常广泛的可能颜色外观的合适解决方案，并且对于第三类型的红外透射盖片没有优选的颜色范围。
太阳能光伏组件可以包括使太阳能光伏组件的颜色外观具有广泛设计灵活性的不同类型的层。在一个实施方式中，可以布置包括微珠的光漫射层。在另一个实施方式中，可以布置散射层。在一个变型中，所述光漫射层可与散射层进行组合。
而且，也可以根据所选的红外透射盖片的类型使用特定的包覆材料层，诸如掺杂有有色物质的包覆材料层。
在一个实施方式中，太阳能光伏组件可以至少包括保护层，保护层优选为玻璃层。所述红外透射盖片可被布置到所述保护层。所述红外透射盖片可被布置到所述保护层的任一侧。在包括双面光伏元件或两个光伏元件的太阳能光伏组件的情况下，不同的保护层和不同类型的红外透射盖片可被布置到太阳能光伏组件的每一侧。
太阳能光伏组件可以至少包括防反射层，该防反射层要么被布置到所述保护层，要么被布置到第一、第二或第三红外透射覆盖层。
附图说明
图1示出第一类型红外透射盖片；
图2示出在红外透射盖片的高系数层中的可见光的一部分的光捕获；
图3示出另一个第一类型红外透射盖片；
图4示出第二类型红外透射盖片；
图5示出另一个第二类型红外透射盖片；
图6a示出第三类型红外透射盖片；
图6b示出另一个第三类型红外透射盖片；
图7a-7d示出光散射层的不同变型；
图8a-8c示出第三类型红外透射盖片的不同实施方式；
图9示出现有技术的标准太阳能光伏组件；
图10a示出包括红外透射盖片的太阳能光伏组件；
图10b示出包括红外透射盖片和布置到入射光侧的保护层的太阳能光伏组件；
图10c示出包括保护层和布置到保护层的入射光侧的红外透射盖片的太阳能光伏组件；
图11a示出包括双面光伏元件和布置到双面光伏元件的第一侧的红外透射盖片的太阳能光伏组件；
图11b示出包括双面光伏元件、布置到双面光伏元件的第一侧的红外透射盖片和布置到红外透射盖片的保护层的太阳能光伏组件；
图11c示出双面光伏元件、布置到双面光伏元件的第一侧的保护层和布置到保护层的红外透射盖片的太阳能光伏组件；
图12a示出包括双面光伏元件和布置到双面光伏元件的每一侧的红外透射盖片的太阳能光伏组件；
图12b示出包括双面光伏元件、布置到双面光伏元件的每一侧的红外透射盖片、布置到第一红外透射盖片的保护层和布置到第二红外透射盖的背片层的太阳能光伏组件；
图12c示出包括双面光伏元件、布置到双面光伏元件的一侧的保护层、布置到双面光伏元件的第二侧的背片层和布置到太阳能光伏组件的第一侧和第二侧的红外透射盖片的太阳能光伏组件；
图13示出第一类型红外透射盖片的CIE色坐标的色度图；
图14a示出包括ZnO散射层的第一类型红外透射盖片的反射特性；
图14b示出包括ZnO散射层的第一类型红外透射盖片的透射特性；
图15a示出包括丙烯酸散射层的第一类型红外透射盖片的反射特性；
图15b示出包括丙烯酸散射层的第一类型红外透射盖片的透射特性；
图16示出包括ZnO散射层的第一类型红外透射盖片的CIE色坐标的表；
图17示出包括丙烯酸类散射层的第一类型红外透射盖片的CIE色坐标的另一个表；
图18a示出在具有和不具有第一类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的一个太阳照度下测量的电流密度-电压曲线；
图18b示出对于具有和不具有第一类型红外透射盖片的太阳能光伏组件所测量的开路电压(Voc)、填充因子(FF)、短路电流密度(Jsc)和转化效率(Eff.)值；
图19示出第二类型红外透射盖片和金参比层的CIE色坐标的色度图；
图20示出第二类型红外透射盖片和金参比层的反射特性和透射特性；
图21示出第二类型红外透射盖片和金参比层的CIE色坐标的表；
图22a示出具有和不具有第二类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的外部量子效率曲线；
图22b示出对于具有和不具有第二类型红外透射盖片的太阳能光伏组件所测量的短路电流密度值的表；
图23示出吸收片和第三类型红外透射盖片的CIE色坐标的色度图；
图24示出第三类型红外透射盖片中使用的吸收片的透射特性；
图25a示出第三类型红外透射盖片的反射特性；
图25b示出第三类型红外透射盖片的透射特性；
图26示出具有第三类型红外透射盖片的吸收片的CIE色坐标的表；
图27示出第三类型红外透射盖片的示例性CIE色坐标的另一个表；
图28a示出在具有和不具有第三类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的一个太阳照度下测量的电流密度-电压曲线；
图28b示出对于具有和不具有第三类型红外透射盖片的太阳能光伏组件所测量的开路电压(Voc)、填充因子(FF)、短路电流密度(Jsc)和转化效率(Eff.)值的表。
图29示出第一、第二和第三类型的红外透射盖片的优选颜色的CIE色坐标的表。
图30示出红外透射盖片的可见光透射率和具有通过包覆材料层连接到顶部的相同红外透射盖片的太阳能光伏组件的外部量子效率(EQE)；
图31在CIE色坐标的颜色表格中比较现有技术的红外透射盖与生产本发明的太阳能光伏组件所使用的红外透射盖的颜色变化。
具体实施方式
本发明涉及一种用于接收入射光的太阳能光伏组件1，包括：
光伏元件2，对近红外光敏感；
至少第一红外透射盖片4，被布置到所述光伏元件的一侧，包括：
-红外透射机构，被布置成使至少65％的700nm～2000nm的入射红外光透射通过所述红外透射盖片，所述65％被限定为在700nm～2000nm的波长范围内积分的平均透射率值。所述透射率被定义为透射的近红外光与入射的近红外光以％表示的比率。
-可见光透射机构，被布置成使具有小于600nm、优选小于650nm、更优选小于700nm但不包括700nm的波长的入射可见光尽可能少地透射通过所述红外透射盖片，所述尽可能少的透射率优选小于20％、优选小于15％且更优选小于10％。所述透射率被定义为在小于700nm的各个波长下测量的透射率的平均值。所述透射率被定义为透射的可见光与入射的可见光以％表示的比率。尽可能低的透射率能够使太阳能光伏组件的任何底层结构对位于入射光侧的观察者隐藏。
-反射机构，被布置成将一部分的所述入射可见光反射离开所述红外透射盖片4，到所述入射光侧。所述部分，也被定义为反射的可见光或返回的可见光束或反射的可见光束，被定义为由光源提供的入射光的可见部分，返回到提供所述入射光的光源的一侧，所述部分优选大于10％，优选大于20％，更优选大于40％。作为一个实例，40％的500nm～600nm的入射可见光可被所述反射机构反射。作为另一个实例，15％的450nm～550nm的入射可见光可被所述反射机构反射。此后，入射光表面被定义为所述光伏电池的由光源提供的入射光入射到其上的表面。所述入射光可以是由光源直接提供并透射到太阳能光伏组件1的光，但它也可以是由反射或散射表面对由光源提供的光进行至少部分反射所提供的光，反射或散射表面是诸如墙壁、地板或例如被雪覆盖的表面，而对所述反射或散射表面的类型没有限制。
所述红外透射机构和所述可见光透射机构和所述反射机构包括干涉多层，所述干涉多层对于在所述干涉多层上的法向入射可见光具有小于10％的平均透射率，所述法向入射被定义为平行于红外透射盖片4的法向。
通过红外透射盖片4所透射的可见光强度应足够小，使得在布置到光伏元件2时这种光伏元件2或光伏元件2的一些部分变得对观察者不可见。透射的可见光的可接受量将取决于光伏元件2和背片层20的不同区域的颜色和颜色对比。
例如，在使用白色背片层20时，布置到包括光伏元件2的太阳能电池板、透射30％的可见光的红外透射盖片4使得各个光伏元件2对观察者可见。然而，黑色背片层20产生太阳能电池板1的均匀外观，使得各个光伏元件2无法区分。包括高对比的明暗对比区域的光伏元件，也被定义为PV电池，要求必须使更少的可见光透射通过红外透射盖片4以使布置到红外透射盖片4后面的PV电池2不可见。
当红外透明盖片4被施用到太阳能电池板时，通过红外透明盖片4透射的可见光将被转化成电力。
将入射光提供到太阳能光伏电池的光源优选为至少覆盖具有380nm～2000nm的波长的电磁谱的范围的宽带光源，但可以是发射光谱的至少一部分可见光谱和至少一部分近红外部分中的光的光源。
本发明更具体地涉及太阳能光伏组件1，太阳能光伏组件1可以包括第一类型红外透射盖片，或第二类型红外透射盖片，或第三类型的红外透射盖片，或所述红外透射盖片类型中的两种，布置所述第一、第二和第三红外透射盖片类型以提供用于所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构的技术方案。所述红外透射盖片在下文也被定义彩色膜。
图1示出本发明对应于所述第一类型1的红外透射盖片的实施方式。前片210被布置到所述红外透射盖片4的入射光侧。所述前片210基于选自包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酯、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚呋喃二羧酸乙二醇酯、基于聚(双环戊二烯)缩合物的聚合物、基于氟的聚合物、无色的聚酰亚胺(CP)、纤维素、PEEK聚合物以及它们的组合的组的材料。就机械强度、刚性、抗冲击性、抗渗水性、对温度和紫外线辐射的耐性而言，选择这些材料中的一个或组合的选项能够为所述前片提供广泛的解决方案。
散射层220被布置到所述前片210上。所述散射层220在与入射光10相反的一侧包括结构化表面221a，结构化表面221a包括布置成至少散射一部分的所述入射可见光10的表面纳米特征部221。所述表面纳米特征部221可以具有随机的或周期性分布，所述分布基本上被限定在所述散射层220的平面中。在一个变型中，所述表面纳米特征部221有随机的分布，所述纳米结构化表面特征部的峰的高度具有小于200nm、优选10nm～75nm的均方根粗偏差(sRMS)。所述表面纳米特征部的横向尺寸由关联长度(L)定义，关联长度(L)按照假定为圆形的自关联峰下降至最大值的1/e处的半径来计算。所述关联长度(L)小于1微米，但优选为100nm～500nm。
在一个变型中，所述表面纳米特征部221具有周期性分布，所述分布基本上被限定在所述散射层220的平面中，每个周期的峰-谷高度小于1微米，并优选为100nm～300nm。所述表面纳米特征部221的分布的周期小于2微米，并优选为200nm～500nm。
所述散射层220的折射率通常为1.48～2.3。所述散射层220的材料可以是可能已通过压花或通过模制获得的热固化或UV固化树脂。所述散射层220也可以是以提供具有纳米结构的纹理的方式生长的涂覆材料，纳米结构具有预定的形状，诸如棱锥形。所述散射层220的材料可以选自包括ZnO、SNO2:F、热固化或UV固化的丙烯酸类或环氧类树脂或它们的组合的组。ZnO层可以通过诸如低压化学气相沉积(LPCVD)的沉积技术来获得。所述ZnO层具有基本上接近2的折射率，并且在一定条件下可以以在所述散射层220上形成棱锥形ZnO表面纳米特征部221的方式进行生长。在一定条件下，正如“Rough ZnO layers by LP-CVDprocess and their effect in improving performances of amorphous andmicrocrystalline silicon solar cells；S.Fay et al.Solar Energy Materials&SolarCells 90,pp.2960(2006)”中描述的情况，通过LPCVD沉积ZnO制造具有由圆锥微晶组成的柱状结构的层。所述微晶浮现到所述ZnO层的表面，从而形成具有棱锥形的表面纳米特征部。所述表面纳米特征部尺寸随着散射层220的厚度增加而增加。在使用由ZnO制成的散射层220时，400nm～2μm的厚度产生优选的纳米特征部221。
或者，所述散射层220能够由通过常压化学汽相淀积(APCVD)沉积的SnO2:F制成。通过调整诸如温度、沉积时间、锡前体、添加剂或生长速率的沉积参数，能够在所述散射层220的表面上获得棱锥纳米特征部221。所述散射层220可以是至少一个ZnO层和至少一个SnO2:F层的组合。用于获得所述散射层220的结构化表面221a的另一种技术是通过化学蚀刻、等离子体处理或机械技术来使所述前片210在与入射光相反的一侧的表面粗糙化。示例性纹理化技术包括用氢氟酸的溶液化学蚀刻玻璃前片的表面的步骤。在一个变型中，平坦的ZnO层通过溅射而被沉积在玻璃前片上，并且纹理化技术包括用盐酸的溶液化学蚀刻ZnO层的步骤。在另一个变型中，纹理化技术包括利用氧-氩等离子体蚀刻基于聚酯的聚合物前片210的表面的步骤。也可以通过压花聚合物箔或片或通过压印热固化或UV固化的丙烯酸树脂来获得所述散射层220的纹理。
图1所示的第一多层230被布置到所述散射层220上，在所述散射层220与入射光相反的一侧上。所述第一多层230包括第一干涉多层，被定义为第一干涉滤光片；并且以提供光谱的一部分入射可见光的部分反射和所述近红外部分的基本上全透射的方式进行设计和布置。
所述第一干涉滤光片由堆叠的各层组成，所述叠层中的每一层具有不同于所述叠层的相邻层的折射率。所述叠层的材料选自包括TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2的组，并且所述叠层包括选自包括非晶硅(a-Si:H)、微晶硅(μc-Si:H)、硅氧化物合金(SiOx)、锗(Ge)、硅-锗合金(SiGe)的组的至少一个层。所述多层230的至少一个层包括布置成吸收一部分的所述可见入射光的吸收层。
可用于形成所述第一干涉多层的大范围的可能材料能够提供大范围的设计能力，从而提供所述第二类型的红外透射盖片4对于位于其入射光侧的观察者产生特定颜色的外观的广泛可能性。
在有利选择的布置中，所述第一干涉滤光片的第一层231是所述第一干涉滤光片的高系数层，所述高系数层被定义为所述第一干涉滤光片中具有在构成所述第一干涉滤光片的不同层中最高折射率的层。通过将所述高系数层231布置在所述散射层220的所述纹理化表面221a上并通过设置所述表面特征部221的尺寸和分布，将可见光谱的一部分261散射到所述高系数层231中；并且通过多次反射和散射将所述部分261导向到所述高系数层231中。
图2示出所述高系数层中的可见光的一部分261的光捕获。由低指数介质232和220包围的高系数层231表现为光波导。如果所述介质的界面221a上的纹理适合于散射入射可见光的一部分，则所述部分261将通过高指数介质231内的内部全反射而被捕获，并且其吸收将随着高系数层231中的所述部分261的光路显著提高而提高。可见光10在界面中未散射的部分262的吸收低；并且所述部分262，并定义为透射的可见光束，透射到所述第一干涉滤光片布置在与入射光相反的一侧的各个层。所述界面221a上散射的量取决于所述界面221a处的入射光的有效波长，并且与皱褶层220的折射率有关，皱褶层220的折射率的表达式如下：λeff＝λ/n层，λ定义光在空气中的波长。因此，能够通过改变散射特征部221的尺寸和/或散射层220的折射率而使所述多层230中的光吸收以及所述红外透射覆盖层中的光吸收调整为预定量。
通过有利地设计并布置所述第一类型红外透射盖片的所述散射层220，所述入射可见光10的预选部分可被散射、耦合(incouple)并引导到所述第一干涉多层的第一层，并为所述预定部分提供长的有效路径长度，从而获得在所述第一层中的高吸收，所述第一层优选为高系数层。通过选择性选择可见光的吸收部分，它可具有额外的设计参数，以将所述第一类型的红外透射盖片的特定颜色外观提供给位于其入射光侧的观察者。
例如，通过设计并布置所述散射层220的表面特征部221使所述表面特征部221的关联长度(L)基本上接近120nm并且通过有利地选择所述高系数层231的厚度以及合适的材料，所述高系数层231可被设计并布置成有选择性吸收光谱的蓝色光部和绿色光部的至少一部分，被限定为380nm～580nm的波长范围。通过吸收可见光谱的蓝色光部和绿色光部的一部分，光谱通过所述干涉滤光片反射的可见部分将包括除了蓝光和绿光的所述吸收部分之外的整个可见光谱，使得所述干涉滤光片由位于所述红外透射盖片的入射光侧的观察者看到的外观为红色或棕色或类赤土色，因为基本上只有入射可见光的红色部分被所述干涉滤光片反射到入射光侧。
在一个变型中，所述第一多层230的任一层可被布置以增强光捕获，并因此增强所述入射可见光的一部分在该层中的吸收。在一个变型中，所述多层的多于一个层可被布置成增强光捕获并因此增强所述吸收。在另一变型中，至少一个衍射光栅结构可被布置在所述多层中。
在如图3所示的一个变型中，第一包覆材料层240可被布置在所述第一多层230与入射光侧相反的一侧上。包覆材料的实例基于选自乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚氨酯(TPU)、热聚烯烃(TPO)、硅酮弹性体、环氧树脂以及它们的组合的材料。
将包覆材料层240布置到所述第一多层230的入射光的相反侧能够提供改善所述第一类型的红外透射盖片对诸如红外光转化元件等的表面的附着的解决方案。如果将红外透射盖片施用到红外光转换元件上，则包覆材料层240与前片一起具有保护红外光转化元件不受改变环境的温度和湿度条件的综合作用影响的功能，并确保红外光转化元件的长期高可靠性。所述包覆材料层的上述材料的使用为所述包覆材料层提供广泛的解决方案。
在一个实施方式中，额外的漫射层可被布置到所述前片210上，以得到匹配外观(mate appearance)和/或减少所述红外透射覆盖层4的全反射。所述漫射层可被布置到额外的箔上，该额外的箔被布置到所述第一红外透射覆盖层4。在一个实施方式中，所述前片210可以至少包括纹理化或粗糙化的表面。在一个变型中，至少抗反射涂层可被布置到所述前片210上。
图4示出本发明对应于第二类型的红外透射盖片的实施方式。
在图4a的实施方式中，第二多层320被布置到前片310。所述第二多层320至少包括第二干涉层，所述第二干涉层类似于段落[00041]至[00043]中说明的图1、图2、图3的实施方式的第一干涉层，区别在于：所述第二干涉滤光片没有纹理化，但具有基本平坦的形状，包括与所述基片面对所述入射光10的表面基本上平行的叠层。而且，所述第二干涉滤光片至少包括布置成吸收可见入射光10的一部分的层。所述吸收层的材料是基于选自a-Si、μc-Si:H、SiOx、Ge、SiGe合金或它们的组合的材料。可选择其他可见光吸收材料，只要它们对近红外光是基本上透明的。在一个变型中，所有层可以基于可见光吸收材料，并且各个层对于可见光的不同部分可具有不同吸收。
将吸收在所述第二类型的红外透射盖片4上的一部分可见光的至少一个吸收层布置到所述第二干涉多层中能够为位于其入射光侧的观察者提供所述第二类型红外透射盖片的特定的类金属色外观。诸如a-Si、SiOx、Ge、SiGe的材料可被用于所述至少一个吸收层，因为它们在光谱的蓝色部分中比在光谱的红色部分中具有更高的吸收。在包括颜料和染料的所述至少一个吸收层中使用聚合物材料能够具有可见光谱的绿色或红色部分比光谱的蓝色部分的吸收更好的材料，从而能够放大红外透射盖片可获得的有色外观的范围。
所述第二红外透射盖片的第二干涉多层可以包括布置成相邻的聚合物层具有不同折射率的多个聚合物层。所述第二干涉多层可以由聚合物制成，更具体地由选自包括聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的组的材料制成，并且包括通过将颜料或染料添加到聚合物层而部分地吸收可见光的至少一个聚合物层。
尤其在期望红外透射盖片的灵活性改进的情况中，对所述第二干涉多层使用聚合物能够提供红外透射盖片的其它设计可能性。
所述前片310可以由选自包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酯、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚呋喃二羧酸乙二醇酯、基于聚(双环戊二烯)缩合物的聚合物、基于氟的聚合物、无色的聚酰亚胺(CP)、纤维素、PEEK聚合物以及它们的组合的组的材料制成。就机械强度、刚性、冲击性、抗渗水性、对温度和紫外线辐射的耐性而言，选择这些材料中的一个或组合的选项能够为所述前片提供广泛的解决方案。
在图5所示的一个实施方式中，第二包覆层330可被布置到所述第二干涉层远离所述前片310的一侧。将第二包覆材料层330布置到所述第二多层能够提供改进所述第二类型的红外透射盖片4对诸如玻璃片或红外感光元件组件等的底层元件的附着的解决方案。与所述前片310结合的包覆材料层具有保护底层看不见的装置不受改变环境的温度和湿度条件的综合作用影响的功能，并且能够确保高的长期可靠性。
在一个实施方式中，所述前片310可以包括光散射层160。图7a-7d示出光散射层160的不同变型。图7a示出包括粘合剂材料161和具有与所述粘合剂材料不同的折射率的至少多个区域162的光散射层160。所述区域可以包括对红外光透明的微珠163，所述微珠163是基本上球形珠163，但可以具有另一种形状并具有0.5μm～100μm的典型直径。所述微珠163被布置成散射并漫射可见光的至少一部分。
选择所述微珠163和所述粘合剂材料161之间的折射率差以提供足够的光散射。为了获得所述折射率差，微珠可被布置成在所述微珠之间留出空隙，或者也可以使用空心微珠或具有涂覆表面的微珠。所述微珠的形状可以是球形，但也可以使用不规则形状的珠。微珠163具有小于100μm、优选1μm～50μm的优选平均直径。
所述微珠163可以由选自丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯、玻璃、硅石、聚倍半硅氧烷(polysylsesquioxane)、硅酮或氧化铝的组的材料组成。所述粘合剂材料可以是在UV辐射下聚合的丙烯酸类树脂。所述粘合剂材料可被制成多孔的或者可以含有小颗粒，例如高折射率的TiO2基颗粒。所述聚合物基材片的实例是通常用作液晶显示器(LCD)屏中的底部漫射器的聚合物基材片，诸如购自Grafix plastics(Ohio)的Optigrafix DFPM箔。
如图7a-7d所示，所述光散射层160可以以不同的方式实现。
在图7b所示的变型中，聚合物箔160a被用作包括微珠163的粘合剂的载体。图7c示出包覆材料层160b包括所述微珠163的一个变型，所述包覆材料层160b可被用作所述前片310到所述第二多层320的附着层。在图7d的变型中，额外的包覆材料层被布置到所述光散射层160的两侧。将包覆材料层布置到所述聚合物箔的两侧能够将所述光散射层160布置到所述前片310和所述第二多层320之间。所述聚合物载体箔可通过胶合、热压或层压工艺而被固定到所述前片。所述聚合物载体箔可以由聚乙烯(PET)或聚碳酸酯(PC)制成。尤其在期望所述红外透射盖片4的匹配外观的情况中，将纹理化表面和/或包括微珠的层布置到所述吸收层增大了红外透射盖片4的设计可能性。
图6a示出第三类型的红外透射盖片4的一个实施方式。
所述第三类型的红外透射盖片4至少包括吸收片140和第三多层120。在图6a的实施方式中，所述第三多层120被直接布置到所述吸收片140(也被定义为彩色滤光片140)上。在图6a的实施方式的优选实践中，所述第三多层120被逐层沉积到所述吸收片上。
所述滤光片140可以是商业滤光片，或者可以是包括吸收至少一部分所述入射光的吸收物质的吸收片，所述吸收片140对红外光透明。所述吸收物质可以是掺入选自包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酯、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚呋喃二羧酸乙二醇酯、基于聚(双环戊二烯)缩合物的聚合物、基于氟的聚合物、无色的聚酰亚胺(CP)、纤维素、PEEK聚合物以及它们的组合的组的材料中的颜料和染料。
在实施方式中，所述吸收片140可以包括若干层，每个层吸收可见入射光的不同部分。例如，一个层可以对于红光具有更高的透明度，而另一个层可以对于蓝色具有更高的透明度，从而获得红外透射盖片4的紫色外观。
将吸收入射可见光的一部分的着色物质添加到对可见光和近红外光透明的吸收片能够提供具有广泛的预定颜色外观选择的第三类型的红外透射盖片4。由于在所有染料和塑料之间没有相容性，大量合格的塑料材料和组合能够对位于其入射光侧的观察者提供产生所述第三类型的红外透射盖片的特定颜色外观的广泛的可能性。
所述第三多层120至少包括第三干涉多层，第三干涉多层包括由选自包括TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2、a-Si、c-Si:H、Ge、SiOx、SiGe的组的材料制成。将所述第三多层与所述吸收前片140结合能够将可见光未被吸收前片吸收的一部分反射回到入射光侧。所述第三多层的主要功能是保证第三类型红外透射盖片对可见光的不透明性，并因此保证尽可能少的可见光透射通过所述第三类型的红外透射盖片。
在实施方式中，所述吸收片140可以是包括添加的染料或颜料的包覆材料层。在这样的实施方式中使用的典型材料是有色乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。基于包覆材料的吸收片140的实例是来自Hornos Industriales Pujol S.A.的Evalam彩色箔或者来自日本的Kuraray集团的Trosifol部门的有色PVB箔。
如图8a～8c所示，在所述第三类型的红外透射盖片4的一个实施方式中，第三包覆层180可被布置到所述第三多层120的入射光侧。使用所述第三包覆材料层180的优点是：在所述吸收片140不是基于包覆材料并且第三干涉多层120a已被布置到不同的基片120b上而不是布置到吸收片140本身上时，提供将第三多层120布置到吸收片140的解决方案。第三包覆材料180能够是有色的，从而通过将吸收片140与有色包覆材料180组合来放大可能的颜色的伽马(gamma)。在一个变型中，进一步的第四包覆材料层130可被布置到所述第三干涉层远离所述吸收片140的一侧。在一个变型中，第三包覆材料层和第四包覆材料层可被布置到所述第三多层120的两侧。将第四包覆材料层130布置到所述第三干涉层的优点是：提供将所述第三类型的红外透射盖片布置、适应或固定到红外光敏装置的解决方案。
在实现的一个实例中，所述第三类型的红外透射盖片4可以通过组装或层压两个层来实现，第一层包括所述吸收片140而第二层包括所述第三多层120，包覆层180已被布置到所述第三多层120的入射光侧上。所述两个层可以通过热压或层压技术进行组装。在实现的第二变型中，第一层包括前片170并且第二层包括所述第三多层120，所述第三多层120包括吸收片，吸收片是有色包覆材料。在所述第二变型中，所述第一层和所述第二层可通过热压或层压技术进行组装。
在一个实施方式中，用于所述第二红外投射盖片4的与段落[00059]至[00063]中描述的类似的光散射层160可被布置到所述吸收片。在一个变型中，所述光散射层160可以包括包覆材料层，使得所述吸收片可通过例如层压技术或热压技术而被布置到所述光散射层160。在实现的一个实例中，所述第三类型的红外透射盖片可通过组装或层压三个层来实现，第一层包括所述吸收片140；第二层包括所述光散射层160，包覆层160b已被布置到所述光散射层160的入射光侧上；并且第三层包括所述第三多层120，包覆层180已被布置到所述第三多层120的入射光侧上。所述三个层可以通过热压或层压技术进行组装。
在第三类型的红外透射盖片4的实施方式中，所述吸收片对着入射光10的表面可以是粗糙的表面，被定义为可以使入射可见光散射的表面，布置所述纹理化的表面以得到匹配外观和/或减少所述第三红外透射盖片的全反射。
在所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的实施方式中，可见光漫射层150可被布置到所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的入射光侧，布置所述可见光漫射层150以得到匹配外观和/或减少所述红外透射盖片4的全反射。所述可见光漫射层150可被布置到额外的箔上，所述额外的箔被布置到所述红外透射盖片4。示例性光漫射层包括在其表面上压印有反向反射特征部的聚合物箔。通常在微米-毫米范围内的这些反向反射特征部可以具有棱锥形、立方体形或凸镜形。在另一个实例中，光漫射层由对其表面喷砂进行纹理化的玻璃片。尤其在期望所述三种类型的红外透射盖片4的匹配外观的情况中，将可见光漫射层布置到所述三种类型的红外透射盖片4的任一个扩大了红外透射盖片4的设计可能性。
在所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的一个实施方式中，抗反射涂层可被布置到入射光表面。示例性抗反射涂层由MgF2制成的单层构成。在另一实例中，抗反射涂层可以包括由Al2O3，ZrO2和MgF2制成的三个层。
在所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的一个实施方式中，进一步的包覆材料层400可被布置到所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的入射光侧。所述进一步的包覆材料层400能够提供改善所述第三类型的红外透射盖片4对诸如玻璃层的基片的附着性的解决方案。所述进一步的包覆材料层400与前片结合具有保护例如底层光转化装置不受改变环境的温度和湿度条件的综合作用的功能，并且能够确保为期至少20年的底层光转化的高可靠性。
在所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的一个实施方式中，进一步的包覆材料层400可被布置到所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的入射光侧，并且额外的包覆材料层可被布置到所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的相反光侧。将包覆材料层布置到所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的两侧中的每一侧能够将所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4布置并固定到第一元件和第二元件，第一元件位于所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的入射光侧，而第二元件位于与所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的入射光相反的一侧。所述第一和所述第二元件可以由刚性材料制成，或者所述第一或第二元件中的至少一个可以是柔性元件，诸如聚合物层。在所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的一个实施方式中，颜色外观可以是不均匀的，并且可以布置所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4以对观察者获得多颜色外观，所述颜色外观可以表现例如商标、符号、广告(adds)、旗帜。
I)三种类型的红外透射盖片4中的每一种的优选颜色。
第三类型的有色膜4能够获得大量的各种颜色外观。有色外观主要是由于设置在所述第三类型的有色膜4中的吸收滤光片140，并且多种商业产品可用于这种吸收滤光片140：Trosifol(基于聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)的彩色箔)、Roscolux(基于聚碳酸酯和聚酯材料的彩色箔)或Lee滤光片。因此，对于第三类型的红外透射盖片4，颜色的大伽马是可能的，因此在CIE色度图中没有优选的颜色区域。
第一类型的彩色膜4适合于比第三类型的彩色膜更窄的颜色范围。第二类型的彩色膜4中主要使用的吸收材料是主要在短波长(即，小于480nm)下吸收的a-Si。通过在所述第一类型的多层230中使用a-Si作为吸收材料，所述第一类型的彩色膜更适合于产生低亮度颜色，诸如：灰色、棕色、赤土色、桔黄色和微红色。
可以选择第二类型的红外透射盖片4用于与第一类型彩色膜的情况类似的优选颜色，但深灰色和棕色除外。与所述第三类型的红外透射盖片4相比，即使CIE坐标相近，使用第二类型的红外透射盖片4所获得的颜色具有更高的亮度并具有程度更大的金属外观。
下表总结了三种类型的红外透射盖片4的优选颜色。
表1：各种类型的红外透射盖片的优选颜色
图29示出定义表1中能由第一、第二和第三类型的红外透射盖片4获得的优选颜色的色坐标的表。CIE色度图内涵盖各个所述优选色彩的区域由划定所述区域的四个角点的x10和y10坐标所限定。在图29的表中，通过包括能获得匹配外观的漫射层(160)的实施方式来获得II型彩色滤光片的白色和亮灰色。
通常理解，红外透射盖片可适用于必须被红外透射盖片4遮挡的光伏元件2的纹理和/或颜色，而且它也可适用于光伏元件2和背片层20之间的颜色对比。更精确地说，红外透射盖4透射的可接受的剩余可见光总是小于入射光在红外透射盖片4的总强度的20％。在某些情况下，例如，在高反射PV电池或包括诸如金属部件的高反射元件的PV电池的情况下，这种剩余的透射光强度必须小于15％，甚至小于10％，或者甚至小于5％。
还普遍理解的是，存在通过红外透射盖来管理透射光的不同方式。
当盖通过包覆材料层(240，330，130)布置到光伏元件2时，通过红外透射盖片4到达光伏元件2的透射的可见光能够显著高于由盖自身透射的可见光。例如，本发明的透明红外盖4通过包覆材料层(240，330，130)光学接合到光伏元件2能够使30％的剩余可见光通过，这些剩余光通过光伏元件2转化成电力，而相同的透明红外盖片4单独可透射小于5％的法向入射可见光。这样的实例示于图30，图30示出红外透射盖片4的透射特性(OB)和使用相同的红外透射盖片4构建的太阳能光伏组件1的外部量子效率(OA)。外部量子效率(EQE)表示特定波长的光子在撞击太阳能光伏组件时必须产生电子的概率。
通过使用光散射层160，对于三种类型的红外透射盖片，可以想到不同变型。这种光散射层散射以大入射角撞击干涉多层的可见光并提高其透射率。这些透射的可见光可通过光伏元件2而被吸收并转换成电力。
对于三种类型的红外透射盖片，可以想到诸如硅(Si)的吸收可见光的材料在干涉多层中的应用。这种材料能够控制通过红外透射盖4到达光伏元件2的可见光的量。例如，嵌入在折射率1.5且仅含有透明材料的两种介质之间的干涉多层将透射约35％的以50°撞击的可见光，含有硅的相似堆叠体将使以相同的角度透射的可见光降低到15％。即使需要具有高散射能力的光散射层160为太阳能光伏组件1提供该所需方面，应用这种材料也能够控制通过红外透射盖4透射的可见光的量以保持附着在后的光伏元件2不可见。
应当理解，吸收层可被放置到干涉多层内的任何位置中。例如，在一个实施方式中，仅一个吸收层被添加到干涉多层与入射光侧相反的一侧。
诸如硅、锗或基于它们的合金的吸收可见光的材料具有高折射率，在某些情况下折射率接近4。这些材料和诸如二氧化硅的低折射率材料之间的折射率比值能够高达2.5，这能够通过将这种光吸收层一体化到它们的设计来制作更薄的干涉多层。例如，由TiO2和SiO2组成的干涉多层可以包括总厚度为1.3μm的17个层。在实现的另一个实例中，通过将氢化的非晶硅(a-Si:H)添加到干涉多层中，能够制作与厚度为1.3μm的干涉多层相比具有一半厚度(即0.65μm)以及相等的透射率和反射率的干涉多层。在所需的颜色效果不需要干涉多层对可见光的反射率更高的情况下，干涉多层能够仅使用光吸收材料作为高折射率材料进行设计。这种干涉多层可以由总厚度小于0.3μm的不超过5个层组成。较薄的干涉多层是优选的，因为它们的厚度随着其制造成本增加而增加。
还应当理解，在所有实施方式中，可以组合光漫射层160和光吸收层以获得所需的反射颜色和/或所需的可见光透射率。
所有类型的红外透射盖片4的重要特性是所感知的反射颜色基本上与红外透射盖片4的入射光的角度和观察者观看红外透射盖片4的角度无关。在入射-观察角小于70°时，红外透射盖片4具有非常低的颜色变化，所述角相对于红外透射盖片的平面的法向进行限定。颜色变化被定义为相对于当光以与红外透射盖片的平面的法向平行的方式入射时所感知并由观察者沿着该法向观看所感知的颜色在改变入射-观察角时1964CIE色度图的x坐标和/或y坐标的变化。对于相对于所述法向在70°内的任何入射-观察角，颜色变化小于30％，更优选小于20％，甚至更优选低于10％。
作为一个实例，图31示出类型III的红外透射片的颜色变化。在法向入射光下并且通过与该法向平行地对红外透射片进行观察，所感知的颜色是黄色，该黄色在CIE 1964色度图中由0.4105的x值和0.4927的y值定义。通过将观察角和入射角改变至相对于法向呈50°，x坐标和y坐标变化了-5％的最大值。图24也示出如在EP1837920中公开的红外透射盖的颜色变化。在法向入射光下并且通过与该法向平行地对红外透射盖进行观察，所感知的颜色是黄色，该黄色在CIE 1964色度图中由0.4876的x值和0.4699的y值定义。通过将观察角和入射角改变至相对于法向呈50°，x坐标和y坐标随着x值和y值相对于前面的x值和y值分别变化-39％和-29％而显著变化。
在一个实施方式中，至少衍射层被布置到所述第一多层或所述第二多层或所述第三多层的各个层中至少一个层。所述衍射层可被布置成减少颜色外观相对于入射光的入射角和/或位于所述太阳能光伏组件的入射光侧的观察者的观察角的灵敏度。衍射层可以是在第一、第二或第三多层中的至少一个多层的一个表面上实现的任何衍射结构，例如，衍射光栅、亚波长光栅或零阶滤光片上，或它们的组合。
图9示出现有技术的太阳能光伏组件的实例，该太阳能光伏组件包括：
-光伏元件2；
-背片层20；
-背包覆层22；
-前包覆层24；
-保护层40，通常为玻璃板。
本发明的太阳能光伏组件1包括对近红外光敏感的光伏元件2。太阳能光伏组件1的优选光伏元件是基于硅晶片的太阳能电池，诸如硅异质结电池(HIT)、高效率交指背接触电池(IBC)、标准晶体硅太阳能电池(c-Si)或基于多结晶硅(mc-Si)的太阳能电池。基于锗(Ge)、二硒化铜铟/镓(CIGS)、硒化铜铟(CIS)、砷化镓(GaAs)和砷化铟镓(InGaAs)的太阳能电池的应用由于其在近红外中的响应良好也是可能的。滤光片与基于非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、光吸收染料的太阳能电池和基于有机半导体的太阳能电池的组合由于其在近红外中的响应较低而不优选。此外，在本发明的太阳能光伏组件1中，尽可能少的可见光到达所述光伏元件2。优选地，在380nm和600nm之间、更优选在380nm和650nm之间且更优选在380nm和700nm之间，优选小于30％、更优选小于20％、甚至更优选小于10％的光到达所述光伏元件2。可见光的剩余透射率可取决于波长。例如，可能的是，小于2％的350～600nm的入射可见光到达所述光伏元件2，并且小于10％的600nm～700nm的入射可见光到达所述光伏元件2。作为另一个实例，大于2个波长范围可以具有不同的低透射率值，所述透射率值始终低于35％。本发明的太阳能光伏组件1被布置成基本上仅将近红外光转化成电力。
在本发明与图10a所示的现有技术的太阳能光伏组件不同的优选实施方式中，所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4被布置到所述光伏元件2的所述入射光侧。入射光侧被定义为太阳能光伏组件1的提供入射光10的光源所在的一侧。
图10b示出本发明的第一、第二和第三类型的红外透射盖片4被布置到所述光伏元件2和所述保护层40(通常是玻璃板)之间的实施方式。所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4可以是含有包覆材料层240、330、130中的一个层和包覆材料层400的所述红外透射盖片4的实施方式中的任一个。在此实施方式中，在通过热压或叠压技术组装光伏组件的过程期间彩色箔4替换标准的前包覆材料层24。所述红外透射盖片4和所述保护层40被布置到所述光伏元件2的入射光侧。对于本发明的包括保护层40的所有实施方式，所述保护层40可以是玻璃层或聚合物层。
图10c示出保护层40被布置到所述前包覆材料层24并且所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4中的一个被布置到所述保护层40的入射光侧的实施方式。
图11a示出所述第一、第二和第三类型的红外透射盖片4中的一个被布置到双面光伏元件2(被定义为具有两个光敏侧的光伏电池2)上的实施方式。第一光敏侧被布置到光源(诸如太阳)的一侧，所述光源提供至少一部分入射到所述太阳能光伏组件1上的直接光束。第二光敏表面被布置到所述第一光敏侧的相反侧。
在图11b所示的实施方式中，第一或第二或第三类型的红外透射盖片4被布置到所述光伏元件2的入射光侧，而保护层40被设置到第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的入射光侧。所述双面光伏元件2可以是背靠背布置的两个光伏元件，使得它们的非敏感侧彼此面对。在本发明的包括双面光伏元件的所有实施方式中，所述双面光伏元件2可以是背靠背布置的两个光伏元件，使得它们的非敏感侧彼此面对。此外，根据本发明的包括双面光伏元件的太阳能光伏组件的所有实施方式可以使面A或B朝向主入射光束。例如，图11a的实施方式的太阳能光伏组件1可以具有其朝向入射光束10(也被定义为直接入射光束10)的第一侧A，或者它可以具有其面向由所述入射光束10的一部分在反射面上的反射或散射所提供的反射或散射的光束11的第一侧A。作为一个实例，所述反射表面可以是金属表面，它可以是雪覆盖的表面或者它可以是玻璃型表面或液体表面。
在图11c所示的另一个实施方式中，上述类型中的一个类型的红外透射盖片4被布置到所述保护层40。如图10c所示的实施方式能够在其组装之后的稍后步骤中将红外透射盖片4布置到现有技术的标准光伏组件上。这使得标准组件一被实现就可以呈现有色外观。图11c和图10c的示例性实施方式能够更换光伏组件1的红外透射盖片4，并且能够在其使用期限内以较小的投资来改变其颜色。这个过程可以看作等价于通过更换前彩色箔4来重绘已经存在的PV立面。
使用双面光伏元件2能够收集由表面对一部分光束10反射所提供的反射光11，该表面(例如白色表面)可以是雪覆盖的表面。所述表面可以例如是地板或墙壁或任何部分反射或光散射的表面。
在图12a所示的另一个实施方式中，红外透射盖片4可被布置到所述双面光伏元件2的每一侧。布置到所述双面光伏元件2的每一侧的红外透射盖片可以是不同类型的红外透射盖片4A、4B。在图12b所示的一个变型中，保护层40被布置到光源的一侧，并且背片层20被布置到另一侧。在一个变型中，太阳能光伏组件可被转动180°，使得所述背片层20面向由光源提供的直接入射的光束10。
在图12c所示的实施方式中，太阳能光伏组件1包括布置有前包覆材料层24和后包覆材料层22的光伏元件2。保护层40和背片层20分别被布置到所述前包覆材料层24和后包覆材料层22。第一、第二或第三类型的红外透射盖片4被布置到所述保护层40和所述背片层20。正如包括双面光伏元件2的所有实施方式，图12c的实施方式可被转动180°。
II)包括第一、第二和第三类型的红外透射盖片4的太阳能光伏组件1的实现的实施例。
IIA)包括第一类型的红外透射盖片4的太阳能光伏组件1的实现的实施例：
在所述第一类型的红外透射盖片4的示例性实现中，已制造具有灰色、金色、棕色或类赤土色的外观的不同样品，所述样品在图13的CIE 1964色度图中被表示为Gr1和Gr2，图13示出对于沉积在ZnO上的样品(Gr1)和沉积在粗糙的丙烯酸材料的样品(Gr2)使用标准D65发光体计算的CIE 1964色坐标。图13中的虚线示出了用所述第一类型的红外透射盖片4能获得的优选的颜色范围。
为了获得类型I样品，已使用两种不同类型的散射层：第一有色红外透射盖片(Gr1)基于ZnO层(ZnO的折射率基本上等于2)，并且第二有色红外透射盖片(Gr2)基于丙烯酸材料(折射率基本上等于1.5)。由非晶硅(a-Si)和二氧化硅(SiO2)的交替层制成的相同第一干涉滤光片被沉积到两种类型(ZnO，丙烯酸材料)的散射层的顶部上。
图14a示出所述第一类型的红外透射盖片的示例性干涉滤光片(M1R)的反射曲线，它被沉积到0.5mm厚的borofloat玻璃，并且具有以下结构：a-Si(15nm)/SiO2(115nm)/a-Si(30nm)/SiO2(115nm)/a-Si(30nm)/SiO2(115nm)/a-Si(15nm)。
图14a还示出包括所述干涉滤光片的第一类型的不同彩色滤光片(1A、1B、1C、1D、1E)的反射曲线，对于各个所述彩色滤光片，所述干涉滤光片沉积在不同ZnO层上：
-包括第一光滑纹理的干涉滤光片(彩色膜曲线1A)和包括第二粗糙纹理的干涉滤光片(彩色膜曲线1E)。类型1A和1E的彩色滤光片分别包括0.5μm和1.5μm厚的由LPCVD沉积的ZnO层。彩色滤光片1A被沉积到最平滑的ZnO纹理上，而滤光片1E被沉积到最粗糙的ZnO纹理上。干涉滤光片(230)也被沉积到1μm厚的ZnO(彩色膜曲线1B)或1.5μm厚的ZnO层上，并且原始的ZnO层粗糙部已在氧-氩等离子体处理下变平滑(彩色膜曲线1C和1D)。
图14b示出所述彩色滤光片1A、1B、1C、1D、1E的红外透射率。所有曲线示出：对于700nm～2000nm的波长，红外透射率大于65％；并且对于小于600nm的波长，可见光的透射率基本上为零，并且对于600nm～650nm的波长，透射率小于25％。通过调整彩色滤光片的层，600nm～700nm的透射率可小于20％。
图15a示出沉积在0.5mm厚的borofloat玻璃上的与图14a相同的示例性干涉滤光片(M1R)的测得反射率。图15a还示出沉积在由折射率接近1.5的丙烯酸UV固化树脂制成的两个不同的散射层(彩色滤光片2A和2B)上的相同的干涉滤光片(M1R)的反射率曲线。
图15b示出所述彩色滤光片2A、2B和干涉滤光片M1R的红外透射率。所有曲线示出：对于700nm～2000nm的波长，红外透射率大于65％；并且在600nm以下，可见光的透射率基本上为零。能够调整彩色膜的层，使得600nm～700nm的透射率小于20％。
图16和图17总结第一类型的彩色膜的实现的不同实施例(彩色滤光片1A-1E和2A-2B)的颜色特性。
图16中的表总结了对于使用ZnO的散射层的不同类型1彩色膜样品(Gr1)使用标准D65发光体所计算的CIE 1964色坐标(x10，y10)和亮度值(Y)。
图17中的表总结了对于包括沉积到粗糙的丙烯酸材料上的散射层220的2个不同类型1彩色膜(GR2)使用标准D65发光体所计算的CIE 1964色坐标(x10，y10)和亮度值(Y)。
图13～图17示出ZnO散射层的应用是获得诸如金色、棕色和赤土色的低亮度色的优选选择。丙烯酸材料在散射层中的应用能够获得具有低亮度的更中性的颜色外观，正如深灰色。这种类型的颜色经常出现在建筑物屋顶和立面中，这使得所述第一类型的红外透射盖片在例如适于PV电池并将PV***一体化到建筑物中并给予它们以美学外观中的应用非常引入注目。
图18a示出在具有和不具有第一类型红外透射盖片的太阳能光伏组件1的一个太阳照度下测量的电流密度-电压曲线。图18a所示的结果表明：当第一类型的红外透射盖片4被布置到太阳能光伏组件1时，电流密度仍高于18mA/cm2。
图18b示出对于具有和不具有第一类型红外透射盖片的太阳能光伏组件所测量的主要太阳能电池参数的表。图18b所示的结果表明：具有第一类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的光电转化效率高达10％。在图18的表中，Voc(V)是开路电压，FF是填充因子，Jsc短路电流密度。
IIB)包括第二类型的红外透射盖片4的太阳能光伏组件1的实现的实施例：
图4示出具有可见反射光谱的示例性第二类型红外透射盖片的结构特征，所述红外透射盖片对于从入射光侧观察的观察者具有金色外观。所述金色外观示于图19中，图19示出对于第二类型的金色膜(GF)和由金制成的参比样品(GR)使用标准D65发光体算出的CIE 1964色坐标。
图21的表总结了对于具有金色外观的第二类型红外透射盖片(GF)以及对于由金制成的参比样品(GR)使用标准D65发光体算出的CIE 1964色坐标(x10，y10)和亮度值(Y)。
具有金色外观的所述第二类型红外透射盖片的干涉滤光片330通过沉积在1.1mm厚的borofloat玻璃上生长的非晶硅(a-Si)和二氧化硅(SiO2)的交替层来实现。示例性第二类型红外透射盖片的层结构是下列之一：玻璃基片a-Si(30nm)/SiO2(120nm)/a-Si(40nm)/SiO2(120nm)/a-Si(40nm)/SiO2(120nm)/a-Si(20nm)。第二类型滤光片总共具有七层，并且其总厚度为：0.495μm。
图20示出对于具有金色外观的示例性第二类型红外透射盖片(GFr)和由金制成的参比样品(GRr)所测量的反射率。图15还示出对于第二类型金色滤光片(GFt)和由金制成的参比样品(GRT)所测量的透射率。
图22a示出具有(GFc)和不具有(c)第二类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的外部量子效率曲线。图22a示出：在930nm和1060nm之间，具有第二类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的外部量子效率大于0.7。
图22b示出通过对于具有和不具有第二类型红外透射盖片的与图22a相同的太阳能光伏组件在包括380nm和1100nm的范围内经AM1.5太阳光谱加权的外部量子效率曲线进行积分所获得的短路电流密度值的表。图22b所示的结果表明：包括第二类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的Jsc的值仍大于9mA/cm2。
IIC)包括第三类型的红外透射盖片4的太阳能光伏组件1的实现的实施例：
图8c不具有层160和130的实施方式表示出具有可见反射光谱的示例性第三类型红外透射盖片的结构特征，所述红外透射盖片对于从入射光侧观察的观察者可具有广泛的有色外观。所述广泛的有色外观示于图23，图23示出对于不同的第三类型红外透射盖片和有色PVB吸收片(3R)使用标准D65发光体算出的CIE 1964色坐标。在图23的曲线图中的空心的正方形和实心的圆点分别表示PVB吸收滤光片和不同的类型3的彩色膜。
对于包括吸收片(也定义为彩色滤光片或彩色膜)的第三类型的红外透射盖片，人们可以使用例如可商购自Trosifol的有色聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)箔。布置在所述彩色膜140上的示例性干涉滤光片由在1.1mm厚的borofloat玻璃上生长的非晶硅(a-Si)和二氧化硅(SiO2)的交替层制成。干涉滤光片的层结构是下列之一：a-Si(15nm)/SiO2(115nm)/a-Si(30nm)/SiO2(115nm)/a-Si(30nm)/SiO2(115nm)/a-Si(15nm)。该滤光片总共具有七层，并且其总厚度为0.435μm。通过将干涉滤光片层压到不同的PVB吸收滤光片和由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成的125μm的前片，已制造出不同类型的第三类型红外透射盖片。
图24示出对用于所制造的第三类型彩色膜的商购自Trosifol的有色聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)箔的测量的透射率。符号B、G1、G2、Y、O、R代表蓝色膜、深绿色膜、绿色膜、黄色膜、橙色膜和红色膜140。
图25a示出通过将用作吸收前片的PVB彩色箔层压到第三干涉多层所实现的不同的第三类型红外透射吸收片140的测量的反射率。
符号3B、3G1、3G2、3Y、30、3R代表蓝色、深绿色、绿色、黄色、橙色和红色的第三类型红外透射盖片4。单独的第三类型干涉滤光片的总反射率(MR)也示于图25a。
图25b示出单独的第三类型干涉滤光片(MT)的测量的透射率和红色第三类型红外透射盖片(3RT)4的测量的透射率。其余3B、3G1、3G2、3Y和3O第三类型红外透射盖片的透射率曲线与红色的第三类型红外透射盖片(3RT)的透射率曲线没有显著不同，为清楚起见，它们没有在图25b中示出。
图23示出对于PVB吸收滤光片和使用它们制造的不同的第三类型红外透射盖片使用标准D65发光体算出的CIE 1964色坐标。
图26示出了总结对于所使用的PVB吸收滤光片140使用D65发光体算出的CIE 1964色坐标(x10，y10)和亮度值(Y)的表。
图27示出了总结对于所制造的第三类型红外透射盖片4使用D65发光体算出的CIE1964色坐标(x10，y10)和亮度值(Y)的表。
图28a示出在具有和不具有第三类型红外透射盖片4的太阳能光伏组件的一个太阳照度下测量的电流密度-电压曲线。图18a所示的结果表明：当第三类型的红外透射盖片4被布置到太阳能光伏组件1时，电流密度仍高于19.5mA/cm2。
图28b示出对于具有和不具有第三类型红外透射盖片的太阳能光伏组件所测量的主要太阳能电池参数的表。图28b所示的结果表明：具有第三类型红外透射盖片的太阳能光伏组件的光电转化效率大于10％。在图28b的表中，Voc(V)是开路电压，FF是填充因子，Jsc短路电流密度。
总之，根据本发明已经证明，包括红外透射盖片4的太阳能光伏组件可被实现，所述红外透射盖片4能够透射近红外光，对可见光具有尽可能小的透射率，所述尽可能小的透射率是指对于小于650nm的波长至少小于25％，并且所述红外透射盖片4能够同时反射入射可见光的一部分，使得位于入射光侧的观察者可能不会透视所述红外透射盖片4并感知太阳能光伏组件的预定颜色。还已经实验证明，所述红外透射盖片4可以根据三种类型来实现，每个所述类型适合于特定的颜色范围。也已证明，对于入射可见光的至少一个预选部分，可获得至少10％的反射率；而对于一些颜色外观，至少两种所述红外透射盖片类型可被用于相同的颜色范围。已被证明，所述第一、第二和第三红外透射盖片类型可适于获得特殊的颜色效果，诸如所述红外透射盖片对位于提供入射光的光源的一侧的观察者呈现类金属的外观。
还已证明，通过将红外透射盖片4布置到包括近红外光感光元件的太阳能光伏组件1，能够达到10％的光电转化效率。

Claims (15)

1.一种用于接收入射光的太阳能光伏组件(1)，所述入射光包括入射可见光和入射近红外光，可见光被定义为具有380nm～700nm、但不包括700nm的波长的光，近红外光被定义为具有700nm～2000nm的波长的光，其特征在于，所述太阳能光伏组件(1)包括：
光伏元件(2)，所述光伏元件(2)对近红外光敏感；
至少第一红外透射盖片(4)，所述第一红外透射盖片(4)被布置到所述光伏元件(2)的一侧，包括：
红外透射机构，所述红外透射机构被布置成使至少65％的所述入射近红外光透射通过所述第一红外透射盖片，
可见光透射机构，所述可见光透射机构被布置成使具有小于600nm、优选小于650nm、更优选小于700nm但不包括700nm的波长的入射光尽可能少地透射通过所述第一红外透射盖片(4)，
反射机构，所述反射机构被布置成将所述第一红外透射盖片(4)的一部分的所述入射可见光反射到入射光侧，
所述太阳能光伏组件包括干涉多层，所述干涉多层与所述红外透射机构和所述可见光透射机构和所述反射机构形成多层，所述干涉多层对于在所述干涉多层上的法向入射可见光具有小于10％的透射率，
所述太阳能光伏组件被布置成使得可见光尽可能少地到达光伏元件，透射值始终小于35％，并且使得在布置到所述光伏元件时所述光伏元件或所述光伏元件的部分对观察者变得不可见；
所述太阳能光伏组件还被布置成使得对于相对于所述第一红外透射盖片的法向在70°内的任何入射观察角，所述第一红外透射盖片(4)的感知颜色变化均小于30％。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述太阳能光伏组件进一步包括第二红外透射盖片，所述第二红外透射盖片被布置到所述光伏元件(2)的另一侧。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第一红外透射盖片(4)至少包括：
前片(210)，所述前片(210)被布置到所述第一红外透射盖片(4)的入射光侧；
散射层(220)，所述散射层(220)被布置到所述前片与所述入射光侧相反的一侧上；
第一多层(230)，所述第一多层(230)被布置到所述散射层(220)上，并且至少包括所述干涉多层，被称为第一干涉多层，并且所述第一干涉多层包括至少一个吸收层，
所述前片(210)、所述散射层(220)和所述第一多层(230)彼此配合而形成所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第一红外透射盖片(4)至少包括前片(310)和第二多层(320)，所述第二多层(320)被布置到所述前片(310)，并且所述第二多层(320)至少包括所述干涉多层，被称为第二干涉多层，所述第二干涉多层至少包括吸收层，所述前片(310)和所述第二多层(320)彼此配合而形成所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构。
5.根据权利要求4所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，光散射层(160)被布置到所述前片(310)上，所述光散射层(160)包括粘合剂材料(161)和至少具有与所述粘合剂材料(161)不同的折射率的多个区域(162)。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第一红外透射盖片(4)至少包括：
吸收片(140)，所述吸收片(140)被布置到所述第一红外透射盖片(4)的入射光侧并且包括吸收至少一部分的所述入射可见光的物质，
第三多层(120)，所述第三多层(120)被布置到所述吸收片(140)与所述入射光侧的相反的一侧上，所述第三多层(120)至少包括所述干涉多层，被称为第三干涉多层，所述吸收片(140)和所述第三多层(120)相互配合而形成所述红外透射机构、所述可见光透射机构和所述反射机构。
7.根据权利要求6所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述吸收片(140)是包覆材料层，所述包覆材料层基于选自包括乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚氨酯(TPU)、热聚烯烃(TPO)、硅酮弹性体、环氧树脂以及它们的组合的组的材料，所述包覆材料层包括吸收一部分的所述入射可见光的物质。
8.根据权利要求6所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，前片(170)被布置到所述吸收片(140)的入射光侧上。
9.权利要求6所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第三干涉多层基于选自包括TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、Al2O3、SiO2、Si3N4、MgF2、a-Si、SiOx或它们的组合的组的材料。
10.根据权利要求6所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第三多层(120)包括第四包覆材料层(130)，所述第四包覆材料层(130)被布置到所述第三多层(120)与所述入射光侧相反的一侧。
11.根据权利要求6所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，光散射层(160)被布置到所述吸收片(140)上，所述光散射层(160)包括粘合剂材料(161)和至少具有与所述粘合剂材料(161)不同的折射率的多个区域(162)。
12.根据权利要求11所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述区域(162)包括对红外光透明的微珠(163)，所述微珠(163)被布置成漫射至少一部分的可见光，所述微珠(163)具有0.5μm～100μm的直径。
13.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第一红外透射盖片(4)包括抗反射涂层，所述抗反射涂层被布置到所述第一红外透射盖片的入射光侧。
14.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第一红外透射盖片(4)包括可见光漫射层(150)，所述可见光漫射层(150)包括压印有微米-毫米范围内的反向反射特征部的聚合物箔或经喷砂处理的玻璃片。
15.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏组件(1)，其特征在于，所述第一红外透射盖片(4)包括另一个包覆层(400)，所述另一个包覆层(400)被布置到所述第一红外透射盖片(4)的入射光侧。
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