CN101707223B - 光谱下转移彩色电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能光电转换技术领域，尤其涉及一种对光谱具有下转移功能的彩色电池组件，包括太能电池阵列，在所述的太阳电池阵列的电池片的受光面前方区域设置光谱下转移光学介质层，光谱下转移光学介质层将电池光谱响应差的短波段吸收并转移到电池光谱响应理想的长波段，转移后通过电池片进行光电转换，光谱下转移光学介质层包括介质和用于光谱下转移的半导体量子点，半导体量子点均匀分散在介质中，半导体量子点是指II-VI族化合物的纳米颗粒，具有同质或者异质多层的结构，在光谱下转移光学介质层的受光和背光面设置普通介质层，增强组件对太阳光谱的短波部分的响应，并有效减轻电池热效应。

Description

光谱下转移彩色电池组件

技术领域

本发明涉及太阳能光电转换技术领域，尤其涉及一种对光谱具有下转移功能的彩色电池组件。

背景技术

目前，商业化光伏组件发展到今天，已经到了非常成熟的阶段，人们通过改良组件的各个技术环节，很难在组件效率上有很大的进步。对于晶体硅组件，光谱响应的范围在波长1100nm的光谱区域，但最佳响应波长在600nm附近。对于太阳光谱的短波部分，太阳电池对其的响应并不理想，这些短波光是引起电池热效应的主要原因，强烈的热效应会严重影响电池和组件效率的稳定性，并且，太阳光中紫外光是电池组件中EVA老化的主要原因。另外，人们在安装光伏组件的时候，往往要占用一些空间，将光伏组件和建筑完美的一体化是人们一直努力的方向。

将光致发光材料运用到组件中，将能有效地调节太阳光谱，以改进电池对太阳光谱的响应，光致发光材料，分为上转换、下转换和下转移，上转换发光是吸收多个低能红外光子发射一个高能可见光子，主要利用稀土掺杂的无机材料，由于稀土元素的上转换发光过程属于禁戒跃迁的过程，所以发光效率低，不太适合应用到太阳电池。下转换发光是吸收一个高能光子发射两个低能光子，理论上量子效率高，所用的转换材料主要是稀土掺杂的无机发光材料，此类材料的吸收光谱范围窄，价格昂贵，离实际应用还有一定的距离。下转移是指将电池响应差的高能短波光转换成响应好的长波光，以增强电池对短波光尤其是紫外光的光谱响应。主要涉及的材料是纳米半导体材料，此类材料发光吸收光谱范围大，发光效率高，价格便宜，有较好的应用前景。近来，人们将有机电池贴到含有有机小分子荧光材料的平板的一侧，该类荧光材料吸收一定波长范围的光，并发射出能被有机电池吸收的光，部分发射光在平板中通过光波导效应聚集到平板一侧，最后被有机电池吸收。该种设计并不适合于应用到某些电池及其组件例如硅电池组件，另外，这些有机小分子荧光材料稳定性差，吸收光谱范围窄，对太阳光谱的利用率差。

发明内容

为了改进电池对短波光的光谱响应，本发明所要解决的技术问题是：通过增强对太阳光谱的短波部分的响应，提高太阳能电池的光电转换效率，并有效减轻电池热效应，通过有效吸收太阳光谱中的紫外部分，延缓EVA老化，通过调节组件颜色，实现组件彩色化，以利于光伏和建筑一体化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光谱下转移彩色电池组件，包括太能电池阵列，在所述的太阳电池阵列的电池片的受光面前方区域设置光谱下转移光学介质层，光谱下转移光学介质层将电池光谱响应差的短波段吸收并转移到电池光谱响应理想的长波段，转移后通过电池片进行光电转换。为了保证材料的稳定性好，发射光谱窄，吸收光谱范围广，可将电池光谱响应差的短波部分有效吸收并转移到电池光谱响应理想的长波段。光谱下转移光学介质层包括介质和用于光谱下转移的半导体量子点，半导体量子点均匀分散在介质中。介质是包含半导体量子点的稳定液体，半导体量子点均匀分散在稳定液体中。将中间留有薄层空隙的玻璃板、PVB膜、电池阵列、TPT背板层压，将含有半导体量子点的稳定液体注入玻璃板的薄层空隙。

对于半导体量子点的选用，半导体量子点是指II-VI族化合物的纳米颗粒，具有同质或者异质多层的结构。该种材料吸收截面大，发光效率高，稳定。具体为：半导体量子点是具有核壳异质结构的CdSe@CdS或CdSe@ZnS量子点。通过调节半导体量子点的粒径来调节材料的吸收和发射峰位置，并能有效调节组件颜色。

本发明的有益效果是：通过将具有光谱下转移功能的半导体量子点应用到常规电池组件，增强组件对太阳光谱的短波部分的响应，并有效减轻电池热效应，通过有效吸收太阳光谱中的紫外部分，延缓EVA老化，该类组件颜色鲜艳可调，外形美观，适合于与建筑一体化；另外，该类组件制作工艺简单，可充分利用现有成熟的制造工艺。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是将半导体纳米材料掺入高透光玻璃经层压后的结构示意图；

图3是将半导体纳米材料掺入有机硅胶经层压后的结构示意图；

图4是将含半导体纳米材料的涂层覆盖到高透光玻璃上下表面经层压后的结构示意图；

图5是将含半导体纳米材料的液体注入空腔的结构示意图。

其中：1、电池阵列，2、光学介质层，3、半导体量子点，4、普通介质层，5、背板，6、EVA膜，7、玻璃板，8、涂层或薄膜，9、PVB膜。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种光谱下转移彩色电池组件，包括光学介质层2、普通介质层4、太能电池阵列1以及焊接线、背板5和接线盒。在所述的太阳电池阵列1的电池片的受光面前方区域设置光谱下转移光学介质层1，光谱下转移光学介质层1将电池光谱响应差的短波段吸收并转移到电池光谱响应理想的长波段，转移后通过电池片进行光电转换。

光谱下转移光学介质层2包括介质和用于光谱下转移的半导体量子点3，半导体量子点3均匀分散在介质中。半导体量子点3也称半导体纳米晶，尺寸小于10纳米，这样小的尺寸既可保证半导体材料对被转移光的收集又可尽量减小材料对非被转换光的散射。

光谱下转移光学介质层2的第一种形式是，介质是玻璃板7，半导体量子点3直接掺到玻璃板7中得到彩色平板的光谱下转移光学介质层2。

光谱下转移光学介质层2的第二种形式是，介质是涂层或薄膜8，半导体量子点3均匀分散在涂层或薄膜8中得到光谱下转移光学介质层2。如在高透光，耐候性好的树脂或无机薄膜中掺纳米材料，经固化后得到；或者是将量子点掺到EVA等树脂材料中得到。

光谱下转移光学介质层2的第三种形式是：介质是包含半导体量子点3的稳定液体，半导体量子点3均匀分散在稳定液体中。如将半导体量子点3和对其分散性好、性能稳定并且对环境友好的溶剂配制成流动液体。

对于半导体量子点3的选用，半导体量子点3是指II-VI族化合物的纳米颗粒，具有同质或者异质多层的结构。该种材料吸收截面大，发光效率高，稳定。具体为：半导体量子点3是具有核壳异质结构的CdSe@CdS或CdSe@ZnS量子点。通过调节半导体量子点3的粒径来调节材料的吸收和发射峰位置，并能有效调节组件颜色。

光学介质层2的厚度可根据吸收系数，半导体量子点3的浓度，和对系统电学性能的模拟来确定。具体过程如下：利用半导体量子点3的吸收波谱，浓度和光学介质层的厚度，确定介质层的吸收系数，并获得加入光学介质层2后太阳光谱(AM1.5)的变化。利用被改变后的太阳光谱并运用模拟软件对电池和系统电学性能进行模拟，最终确定半导体量子点3的最佳浓度和光学介质层2的最佳厚度。

光谱下转移光学介质层2的受光面设置至少一层普通介质层4和/或光谱下转移光学介质层2的背光面设置至少一层普通介质层4，透光率T＞85％，普通介质层4的厚度t≥0。应考虑各界面折射率的匹配问题，尽量减少各介质界面反射和散射。太能电池阵列电池1的背光面也可以设置普通介质层4。

上述方案中，电池阵列1包括体硅电池阵列，各种薄膜电池阵列。

如图2所示，光谱下转移光学介质层2的第一种形式的具体应用是：将所述的彩色平板的光谱下转移光学介质层2、EVA膜6、电池阵列1和TPT背板5层压。

实施例是：将CdSe@ZnS量子点均匀掺到玻璃中得到彩色玻璃，将玻璃板7、EVA膜6、电池阵列1和TPT背板5叠在一起按常规工艺层压，经焊接，装框等工序，最后得到彩色组件。彩色玻璃可有效吸收紫外和其他短波部分，并可有效吸收部分散射光，转化成能被电池有效吸收的长波光。

如图3所示，光谱下转移光学介质层2的第二种形式的一种具体应用是：将所述均匀分散半导体量子点3的涂层8涂抹在玻璃板7的背光面，在涂层8固化后，将覆盖涂层8的玻璃板7和多晶硅电池阵列1、PVB膜9、玻璃背板5层压。

实施例为：将用化学方法制备的CdSe@CdS量子点与耐环境的透明有机硅胶充分混合并超声分散，防止由于纳米材料聚集而导致的材料发光效率下降，该有机硅胶无色，透明，固化速度均匀且固化时不放热，固化后为一良性弹性体，有良好的化学稳定性，抗臭氧和紫外降解。将混合物均匀涂抹在高透光钢化玻璃背光面，在0～200℃之间固化。对于CdSe@CdS纳米材料，它在600nm处有明显的发射峰，外壳层的CdS能有效吸收短波部分如紫外部分，而CdSe则吸收波长较长的部分光。在涂层8固化后，将覆盖涂层8的玻璃板7与多晶硅电池阵列1、一片PVB膜9、玻璃背板5在一定温度下层压，此过程用固化后的涂层8代替了一层PVB膜9。层压后即得到组件。这种设计可很好地保护光谱转换材料，使其保持良好的稳定性。将组件放置在太阳下，可看到表面呈现鲜艳的橙黄色。通过光谱响应测试观察到组件在短波部分(300～450nm)有比普通组件更好的响应。

如图4所示，光谱下转移光学介质层2的第二种形式的另一种具体应用是：将所述均匀分散半导体量子点3的涂层8涂抹在玻璃板7的受光面，在涂层8固化后，将带有固化涂层8的玻璃板7与电池阵列1、EVA膜6、玻璃背板5层压。

实施例是：用合成的特定粒径大小的CdSe@ZnS量子点和透光率好的紫外固化胶充分混合并充分混合。并将混合物均匀涂抹到高透光绒面低铁超白玻璃的受光面，用紫外灯均匀固化。量子点的异质结构和粒径大小使得其对450nm以前的短波部分有良好的吸收，并在600nm处有明显的发射峰。固化后玻璃板7在阳光下显示明艳的彩色。将此玻璃板7与两片EVA膜6、电池阵列1、和玻璃背板5在一定的温度下层压，并经焊接，装框等工序，最后得到彩色组件。该组件中的涂层8能有效吸收直射和散射光的短波部分，另外，该涂层8还有减反射的作用。光谱响应测试观察到组件在短波部分有比普通组件更好的响应。

如图5所示，光谱下转移光学介质层2的第三种形式的具体应用是：将中间留有薄层空隙的玻璃板7、PVB膜9、电池阵列1、TPT背板5层压，将含有半导体量子点3的稳定液体注入玻璃板10的薄层空隙。

实施例是：将中间留有薄层空隙的玻璃板7、PVB膜9、电池阵列1和TPT背板5叠在一起并送入层压机层压，层压后将含CdSe@ZnS量子点的稳定溶液注入到玻璃板7中的薄层空隙，密封入口，焊接并装框，最后得到彩色组件。这种设计有利于光谱转换材料的更换。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种光谱下转移彩色电池组件，包括太阳电池阵列(1)，其特征是：在所述的太阳电池阵列(1)的电池片的受光面前方区域设置光谱下转移光学介质层(2)，光谱下转移光学介质层(2)将电池光谱响应差的短波段吸收并转移到电池光谱响应理想的长波段，转移后通过电池片进行光电转换，光谱下转移光学介质层(2)包括介质和用于光谱下转移的半导体量子点(3)，半导体量子点(3)均匀分散在介质中，所述的介质是包含半导体量子点(3)的稳定液体，半导体量子点(3)均匀分散在稳定液体中，其特征是：将中间留有薄层空隙的玻璃板(7)、PVB膜(9)、电池阵列(1)、TPT背板(5)层压，将含有半导体量子点(3)的稳定液体注入玻璃板(7)的薄层空隙。

2.根据权利要求1所述的光谱下转移彩色电池组件，其特征是：所述的半导体量子点(3)是指II-VI族化合物的纳米颗粒，具有同质或者异质多层的结构。

3.根据权利要求2所述的光谱下转移彩色电池组件，其特征是：所述的半导体量子点(3)是具有核壳异质结构的CdSe@CdS或CdSe@ZnS量子点。

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