[发明专利]具有平坦顶部的光学结构

说明书

技术领域

本发明涉及光伏装置，其包括至少一个有源层和盖板，所述盖板在至少一侧包含光学结构的阵列并且与有源层的光接收表面光学接触以减少所述表面的反射损失。所述板或片还可以与位于所述板的内部或与所述板接触的发光分子组合使用，以改善光伏装置的光谱响应。

背景技术

光伏装置通常用于将光能转换为电能。这些装置包括含光吸收材料的有源层，所述光吸收材料在曝光时产生电荷载体。目前在光伏装置中常见的有源层为硅。然而，可以发现多种材料，例如砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）或铜铟镓硒（CIGS）。在有源层中产生的电荷被分离到将传输电力的导电触点。由于有源层的薄且易碎的特性，通常通过例如由玻璃制成的透明盖板保护所述有源层不受外部的影响。现有技术已知，有源层和盖板都反射入射到光伏装置中的光的一部分。尤其有源层的高折射率造成最高达到入射光的22％（在硅的情况下）的大反射损失。由于反射的光不能被转换为电能，这些反射损失导致光伏装置的效率的较大下降。

降低光伏装置的效率的另一个影响是有源层对于通常较短的波长（例如紫外线（UV）或蓝光）的低量子效应。该低响应是由于材料的带隙导致的。带隙是指价带的顶部与导带的基部之间的能量差，在其中，电子能够从一个带跃迁到另一个。由于带隙，有源层具有最优波长，在最优波长附近，光能被最有效地转换为电能。波长高于或低于最优波长的光被次有效地转换为电能。可以降低光伏装置在短波长范围的光谱响应的第二影响是通过盖板的光吸收。尽管盖板通常对可见光透明，但它通常在UV范围中吸收。从而，这样的光不能到达光伏装置的有源层并且不能被转换为电能。

为了减少所述反射损失，可以在光吸收材料或所谓的有源层的顶部施加抗反射涂层。抗反射涂层由单个四分之一波长层的透明材料构成，其折射率在有源层和盖板的折射率之间。尽管这在理论上提供在中心波长处的零反射和在中心附近的较宽带中的波长的减少的反射，这些层的处理和材料成本相对较高。另外用于形成该涂层的处理技术（例如化学气相沉积）是复杂且耗时的。另外，抗反射涂层仅在其被施加的表面上作用。从而不能通过在有源层和盖板的任一个上使用单个抗反射涂层而减少这两种表面的反射。

另一个减少反射损失的方法为结构化有源层的表面。这可以通过如下进行：直接结构化材料自身，或者对其上沉积所述材料的基底进行表面结构化。通过以通常的棱锥形或V形结构来结构化有源层，由此在表面处的多次反射使光有更大的概率进入面板，从而获得有源层处的反射损失的降低。该效应减少在有源层的表面处的反射损失，从而通常称为抗反射效应。其次，该结构在一些情况下可以部分地捕获未被有源层吸收并通过基底的表面反射的光。从而增加了通过有源层吸收的光的可能。尽管对有源层进行结构化可以显著改善光伏电池的效率，然而制造方法非常复杂并且非常昂贵。通常使用例如湿法化学蚀刻、机械蚀刻或反应离子蚀刻的方法来实现希望的效果。另外，对有源层的结构化不减少盖板的反射损失。

现有技术已知，在前文中描述的相同的构思可以用于改善玻璃板（即盖板）的光透射。这里，在WO 03/046617中公开的V形（G.A.Landis,21st IEEE photovoltaic specialist conference,1304-1307(1990)）或棱锥形结构被应用于玻璃板以减少所述板的反射损失并从而增加其透射。所述结构可通过例如浇注或压印被应用于玻璃板。然而，当使用板作为光伏装置的盖板时，根据模型研究（U.Blieske等,3^rdWorld Conference on Photovoltaic Energy Conversion,188-191(2003)），所述装置的最大效率只能增加6％，其为近似30％的反射损失的降低。在实践中，结果更少，仅可获得3％。尽管所述结构减少了有源层一些反射损失，其主要减少盖板的反射损失。从而反射损失的总减少和光伏装置的效率的增加较低。

在文献FR 2916901和WO 2008/122047中公开了一种聚光器型结构。这些文献的截锥体光学结构用于将光聚焦在附接于截锥体光学结构的平坦顶部的太阳能电池上。

在文献FR 2915834中公开了用于纹理化太阳能面板的有源层的方法。在该方法中，在玻璃和有源层界面之间放置截锥体光学结构的层以纹理化有源层。

在文献FR 2916901、WO 2008/122047和FR 2915834的全部情况中，将太阳能电池附接于截锥体光学结构。这表示，截锥体光学结构与太阳能电池的有源层连接。

发明内容