新型薄膜電池光伏組件設計技術

薄膜電池是光電轉(zhuǎn)換的核心單元，然而它需要進行封裝保護，制作成光伏組件，以滿足實際應用（機械性能和穩(wěn)定性等）的要求。然而薄膜電池組件需要大量用到EVA或PVB等高分子有機聚合物材料，本文采用新的薄膜組件設計技術，減少甚至不使用這些高分子有機化工材料，而基本采用無機材料，使得薄膜光伏組件更加環(huán)保經(jīng)濟。 一、 前言 　　薄膜電池是光電轉(zhuǎn)換的核心單元，然而它需要進行封裝保護，制作成光伏組件，以滿足實際應用（機械性能和穩(wěn)定性等）的要求。然而薄膜電池組件需要大量用到EVA或PVB等高分子有機聚合物材料，本文采用新的薄膜組件設計技術，減少甚至不使用這些高分子有機化工材料，而基本采用無機材料，使得薄膜光伏組件更加環(huán)保經(jīng)濟。 二、 常規(guī)薄膜電池分類 　　通常薄膜電池分為以下幾大類：非晶硅、砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦鎵硒薄膜電池組件等。 GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽光的值，與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫，在250℃的條件下，光 　　電轉(zhuǎn)換性能仍很良好，其最高光電轉(zhuǎn)換效率約30%，特別適合做高溫聚光太陽電池。 　　CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，帶隙1.5eV，與太陽光譜非常匹配，最適合于光電能量轉(zhuǎn)換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率（28%），性能很穩(wěn)定，一直被光伏界看重，是技術上發(fā)展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜，沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池通常以CdS／CdT e異質(zhì)結(jié)為基礎。盡管CdS和CdTe和晶格常數(shù)相差10%，但它們組成的異質(zhì)結(jié)電學性能優(yōu)良，制成的太陽電池的填充因子高達FF =0.75。 　　非晶硅薄膜電池一般采用PECVD——等離子增強型化學氣相沉積)方法使高純硅烷等氣體分解沉積而成的。此種制作工藝，可以在生產(chǎn)中連續(xù)在多個真空沉積室完成，以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。由于沉積分解溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積薄膜，易于大面積化生產(chǎn)，成本較低。在玻璃襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的結(jié)構為：Glass/TCO/p-a-SiC：H/i-a-Si：H/n-a-Si：H/Al，在不銹鋼襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的結(jié)構為：SS/ZnO/n-a-Si：H/i-a-Si(Ge)：H/p-a-Si：H/ITO/Al。 　　銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池由于效率高、無衰退、抗輻射、壽命長、成本低廉等特點，是備受人們關注的一種新型光伏電池產(chǎn)品，目前，美國國家可再生能源實驗室在玻璃襯底上利用共蒸發(fā)三步工藝制備出最高效率達19.9%的電池。近期，CIGS小面積電池效率又創(chuàng)造了新的記錄，達到了20.1%。 三、 新型薄膜電池組件的結(jié)構設計 　　新型薄膜電池組件的結(jié)構設計如圖1所示： 結(jié)構說明如下： 　　第一層: 向光面，采用高透光率光伏導電玻璃 　　第二層：導電玻璃通過鍍膜技術制作薄膜光電轉(zhuǎn)化單位（薄膜電池）。 　　第三層：采用填充氮氣或其它惰性氣體，對薄膜電池進行保護，避免薄膜電池被氧化及腐蝕。 　　第四層：背面玻璃，采用普通鋼化玻璃。 組件邊框及周邊： 　　1) 可以采用與正面玻璃連體的玻璃構件，背面也采用與背面玻璃連體的構件，正面和背面構件相互機械咬合。硅基密封膠密封。 　　2) 可以采用單獨的玻璃構件或金屬構件，硅膠密封膠密封。 　　3) 各構件與組件接觸面需要密封和機械保護。 五、 結(jié)論 　　1) 該新型薄膜組件結(jié)構摒除了EVA，PVB的使用，填充氮氣等惰性氣體來對薄膜電池進行化學保護，從而大量減少了高分子有機材料的應用。 　　2) 邊框，摒棄鋁框，采用一體化的玻璃構件來銜接，密封膠密封，來保證機械力學要求，運輸及安裝的要求。 　　3) 該組件可以滿足建筑一體化的應用要求（高度有限制），也可以應用地面電站、路燈等方面應用。 　　4) 考慮力學要求，可以針對背面玻璃進行填充改性，使其滿足構件的韌性、彎曲、拉伸強度等力學性能。 　　5) 環(huán)保經(jīng)濟。