[发明专利]一种立体化光通道的叠层薄膜光伏电池

说明书

本发明提供了一种具有立体化光通道的叠层薄膜光伏电池，其特征是所述的顶部封装体（1）与纵向光通道（4）相连，纵向光通道（4）与横向光通道（7）相连，纵向光通道（4）位于基体（8）之上；纵向光通道（4）有纵向和横向分布的内侧面（5），横向光通道（7）有内侧面（6）；顶部封装体（1）和横向光通道（7）之间、以及相邻横向光通道（7）之间有薄膜腔体（3），薄膜腔体（3）有横向和纵向分布的侧面（2）。所述的薄膜腔体（3）的横向和纵向侧面上有可用于光伏发电的薄膜。这种具有立体光通道的叠层光伏电池，通过立体结构的光通道，提高了叠层内部光强，对提高叠层光伏玻璃单位面积发电效率有益。

技术领域

本发明涉及一种光伏电池，特别是一种立体化光通道的叠层薄膜光伏电池。

背景技术

光伏发电作为一种绿色能源，近年来得到快速发展。其大规模应用提供的绿色能源，是构建可持续发展社会的主要动力，其技术的发展怎么重视也不为过。本人的发明专利“调节空气中二氧化碳浓度抑制温室效应的方法及其装置（CN101116410 ）”及其通过PCT程序获得的相应美国发明专利（US11960708B）提供了一种在荒漠地区大规模应用光伏发电和风力发电，并且在荒漠地区种植绿色植物，吸收空气中CO₂，改善环境抑制全球变暖的方法和装置。目前在内蒙古和青海等地区的荒漠上建立了一些一定规模的光伏发电站，起得了良好效益。中国有近1/3国土面积的荒漠地区，主要分布在北方，其丰富的太阳光资源和寒冷的气候，对好光喜冷的光伏发电十分有利，据预测，按照目前太阳能电池发电效率，中国荒漠地区1-2%的面积覆盖太阳能电池，就能够满足全国使用的电量。如果利用其部分太阳光发电，部分太阳光进行植物种植，有很好发展前景。比如在荒漠地区光伏发电获得充足的电能，除了满足国民所需外，大量的结余能量输送到近海，在近海进行大规模海水热蒸发等净化处理，汽化后获得海盐和重水等化工原料；水蒸气在高处凝聚成净化水，通过直径数十公里的输水管道沿北方干旱地区输送到新疆沙漠地区，同时沿途根据需要也分送部分给北方缺水地区，实现东水西送，这样既能满足北方居民用水需求和农作物灌溉以及工业生产用水需要，也能将北方荒漠地区在土地改良后形成农作物和中草药生产基地，提高国家粮食和药物原材料安全，促进国民经济发展。这个美好的景愿通过光伏发电和风力发电的充分发展，在不久的将来应该有实现的可能。人们在提高光伏发电效率方面进行了巨大努力，获得了良好进展，激光埋栅技术、PERC技术、表面绒化陷光技术等使硅基光伏电池效率获得提升，在通过薄膜技术对电池表面改造方面也获得进展：TOPCon电池在电池背极增加薄膜对电池改性，使电池效率获得进一步提升；异质结电池在电池双面镀极性相反的多晶硅膜，使电池PN结增宽，晶硅与非晶硅异质结结构增加了 PN 结势垒高度，开路电压突破晶硅上限，使电池发电效率提升。但是大量使用镀膜设备提高了电池成本，特别是异质结电池的制造，不仅制造成本高昂，还将电池发电主体由结构完整光电性能良好的硅单晶，变成了严重依赖于工艺条件的外置多晶硅薄膜，一定程度上将单晶硅电池变成了类多晶硅薄膜电池，虽然用了两层膜发电，增加发电效率有限，而且带来隐患：形成异质结的Si:H非晶硅中硅和氢的结合力不是十分稳定的共价键，温度稳定性不足，超过200摄氏度会分解，导致银电极的制造凝浆的温度不能超过200摄氏度，必须使用价格昂贵的低温银浆，增加了电池成本，电池使用时，强烈的太阳光会使电池背面等区温度升高，有些地区正午时电池背面温度甚至能升高到上百摄氏度，导致电池内Si:H会部分分解失效，电池结构局部受损，降低电池发电效率，发电稳定性需还要进一步检验。这些薄膜技术在过度关注电池表面时，忽略了电池内部的开发利用，对电池效率提升效果有限。隆基绿能推出的P-IBC技术形成的HPBC电池，在电池表面形成锯齿结构，锯齿结构的掺杂区提高了掺杂区体积，增加的PN结面积，增加了对电池基体本身的使用，有望获得良好效果。但是由于电池面上的锯齿结构复杂，难以在表面构造金属电极，金属电极被迫建造在电池背面，虽然减少了光损失，但增加了电损失，还需要进一步改进提高电池发电效率。提高电池发电效率，可回归到光伏发电的本质：其一是掺杂离子产生的多子吸收光被激发后形成光电流；其二是多子在PN结光伏电场和浓度扩散力等的作用下向电极定向流动形成光电流。因此，提高掺杂区多子数量和光通量是提高光电流密度的有效方法，多层薄膜叠加虽然增加的掺杂区域，将单晶硅的一层掺杂变为多层薄膜的多层掺杂叠加，但是无法解决提高光通量问题，表层薄膜消耗的大部分光，内层膜接受的光通量较少，虽然有许多掺杂形成的多子，但是光量不够，大量多子接收不到光，不能被有效激发形成多子电流，为了获得理想的光电流密度，需要增加掺杂离子数量的同时合理增加发电场光通量，为了解决这个问题，我们在发明专利“光伏电池内增加掺杂区和光通道的方法（ZL 2023105171960）”中提出了一种在单晶硅电池内部增加掺杂区和光通道的方法，在这里我们发明了一种适用于薄膜电池使用的立体化光通道，形成有立体化光通道的薄膜光伏电池，使多层薄膜电池获得合理的光照强度，以利于其光伏发电效率提高。