新型薄膜電池光伏組件設計技術

2021-04-27 ryder

薄膜電池是光電轉換的核心單元，然而它需要進行封裝保護，制作成光伏組件，以滿足實際使用（機械性能和穩定性等）的要求。然而薄膜電池包件需要大量用到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保經濟。

一、前言

二、常規薄膜電池分類

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包件等。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，光電轉換性能仍很良好，其最高光電轉換效率約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換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率（28%），性能很穩定，一直被光伏界看重，是技術上發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異質結為基礎。盡管CdS和CdTe和晶格常數相差10%，但它們組成的異質結電學性能優良，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——等離子加強型化學氣相沉積)辦法使高純硅烷等氣體分析沉積而成的。此種制作工藝，可以在加工中連續在多個真空沉積室完成，以實現大批量加工。由于沉積分析溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積薄膜，易于大面積化加工，成本較低。在玻璃襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的結構為：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品，目前，美國國家可再生能源試驗室在玻璃襯底上利用共蒸發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造了新的記錄，達到了20.1%。

三、新型薄膜電池包件的結構設計

新型薄膜電池包件的結構設計如圖1所示：

結構說明如下：

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，采用一般鋼化玻璃。

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。