用于太阳能组件的具有杂散光减轻特性的光重定向膜制造技术

本公开涉及具有杂散光减轻特性的反射微结构化膜以及它们在太阳能组件中的用途。结构化膜以及它们在太阳能组件中的用途。结构化膜以及它们在太阳能组件中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于太阳能组件的具有杂散光减轻特性的光重定向膜
[0001]本公开涉及具有杂散光减轻特性的反射微结构化膜以及它们在太阳能组件中的用途。

技术介绍

[0002]可再生能源是来源于可补充的自然资源(诸如阳光、风、雨、潮汐和地热)的能源。随着技术的进步和全球人口的增长，对可再生能源的需求大幅提高。如今，尽管化石燃料提供了绝大部分的能量消耗，但这些燃料是不可再生的。对这些化石燃料的全球性依赖不仅带来关于其耗尽的担忧，还带来与由燃烧这些燃料所致的排放相关联的环境问题。由于这些问题，世界各国一直都在倡导对大规模和小规模可再生能源资源的开发。当今前景较好的能源资源之一为阳光。在全球范围内，目前有数百万的家庭从光伏系统获得电力。对太阳能电力不断增长的需求已经伴随着对能够满足这些应用要求的装置和材料的不断增长的需求。
[0003]利用阳光产生动力可以通过使用用于光电转换的光伏(PV)电池(也称为太阳能电池)(例如硅光伏电池)来实现。光伏电池尺寸相对较小，并且通常被组合到具有对应更大功率输出的物理集成光伏组件(或太阳能组件)中。光伏组件一般由两“串”或更多“串”光伏电池形成，其中每串由成排排列并通常使用镀锡扁平铜线(也称为电连接器、接片条带(tabbing ribbon)或汇流线)串联地电连接的多个光伏电池组成。这些电连接器通常通过焊接过程附着至光伏电池。
[0004]光伏组件通常还包括由封装剂围绕的光伏电池，诸如美国专利公布2008/0078445(Patel等人)大致所述，该专利的教导内容以引用方式并入本文。在一些构造中，光伏组件包括位于光伏电池两侧上的封装剂。将玻璃面板(或其它合适的聚合物材料)粘结到封装剂相应的相反的前侧和后侧中的每一者。面板对太阳能辐射是透明的，并且通常称为前侧层和后侧层(或背板)。前侧层和背板可由相同或不同的材料制成。封装剂是封装光伏电池的透光聚合物材料，并且还粘结到前侧层和背板以便将光伏电池物理密封起来。这种层压构造提供对光伏电池的机械支撑，并且还保护它们免于因诸如风、雪和冰的环境因素而造成的损坏。光伏组件通常配合到金属框架中，其中密封剂覆盖由金属框架接合的组件的边缘。金属框架保护组件的边缘、提供附加的机械强度并且促使该组件与其它组件组合以便形成更大的阵列或太阳能电池板，该阵列或太阳能电池板可安装到合适的支架，该合适的支架以适合于最大化太阳能辐射的接收的期望角度将组件保持在一起。
[0005]制造光伏电池和将光伏电池组合以制造层压组件的技术由以下美国专利例示：4751191(Gonsiorawski等人)；5074920(Gonsiorawski等人)；5118362(St.Angelo等人)；5178685(Borenstein等人)；5320684(Amick等人)；和5478402(Hanoka)。
[0006]在许多光伏组件设计的情况下，接片条带表示非活性阴影区(即，入射光不被吸收用于光伏或光电转化的区域)。由于存在这些非活性区域，总的活性表面面积(即，入射光被用于光伏或光电转化的总面积)因此少于原始光伏电池区域的100％。因此，由于非活性阴影区域增加，接片条带的数量或宽度的增加使得光伏组件可生成的电流量减少。
[0007]为了解决以上问题，PCT公布WO 2013/148149(Chen等人)公开了一种施加在接片条带上的光定向介质，该光定向介质呈携载光反射层的微结构化膜条的形式，该专利的教导内容以引用方式并入本文。该光定向介质将原本可入射在非活性区域上的光定向到活性区域上。更具体地讲，光定向介质将入射光重定向成从前侧层全内反射(TIR)的角度；TIR光随后反射到活性光伏电池区域上以产生电。这样，可增加光伏组件的总功率输出，尤其是在微结构相对于太阳位置的排列在一天过程中相对恒定的情况下。然而，在光伏组件安装设备形成相对于太阳位置的不对称条件(例如，非跟踪光伏组件安装设备、纵向对横向取向等)的情况下，由微结构化膜引起的光反射在某些条件下可能不期望地导致反射光中的一些光从光伏组件逸出。
[0008]理想的是，照射在光伏组件中的LRF上的光以大于外表面的临界角的角度离散地反射。此光发生TIR，以反射回硅晶片以供吸收来产生电。在不再实现TIR之前，垂直入射光束可发生大于17
°
的总偏离(这是在空气组件接触面处的折射之后的内角)。然而，我们已观察到杂散光在某些时间段期间从具有LRF的光伏组件反射，从而引起眩光和不期望的美学特征效果。杂散光的量值和性质取决于安装设备的纬度、光伏组件的取向、组件的倾斜度、日时和季节性。
[0009]按照上述内容，需要减少杂散光的存在的光重定向膜。

技术实现思路

[0010]本公开的一些方面涉及一种光重定向膜(LRF)制品，该光重定向膜(LRF)制品减少杂散光的生成。存在LRF制品可能能够减少杂散光的各种方式。
[0011]例如，一种方法是漫射在被LRF反射之后逸出太阳能组件的光。在一个实施方案中，通过修改LRF棱柱小面来实现这种漫射。通常，漫射使反射在棱柱表面上的光束传播，使得法向轴光仍然受全内反射限制，而逸出光伏组件的偏轴光分布在更宽的角度范围内。此漫射降低了逸出光的辐照度，从而降低了逸出光的不期望的影响。
[0012]专利技术人设想到产生杂散光减少的光重定向膜的各种方法。例如，LRF制品可包括具有带有弯曲小面的微结构的LRF。在其它实施方案中，微结构的表面可具有粗糙度、具有纹理或具有有助于漫射反射光的某些特征结构。LRF棱柱可以具有这些表面形貌特征中的一者或多者，并且粗糙度、纹理或特征结构可以是随机的、伪随机的或结构化的(具有一定的顺序或周期性)。此外，小面表面的修改可呈凹入部或压痕的形式，或者呈升高的特征结构(诸如隆起块、峰等)的形式。
[0013]在其它实施方案中，LRF棱柱可具有沿棱柱的纵向轴线变化的高度，或者可具有由不沿循直线的棱柱峰限定的脊线。参见例如图2。
[0014]LRF制品
[0015]以下文本描述了核心或基本LRF和LRF制品，其通过修改可生产具有减少的杂散光线生成的LRF或LRF制品。
[0016]一般来讲，LRF制品包括具有宽度和长度的光重定向膜，该长度长于该宽度，其中该长度限定纵向轴线。光重定向膜通常包括基底层、有序排列的多个微结构和反射层。该多个微结构从该基底层突出。另外，微结构中的每个微结构沿基底层延伸(优选地连续延伸，但连续性不是绝对必需的)以限定对应的主轴线。在整个本公开中，当微结构沿基底层跨光
重定向膜的宽度连续延伸以限定对应的主轴线时，主轴线由微结构的细长形状(沿峰(例如，60或60'，参见例如图1A))限定。一般来讲，膜限定X
‑
Y平面并且微结构在Z方向上从X
‑
Y平面凸起或突起。至少一个(优选地大部分)微结构的主轴线相对于纵向轴线倾斜(即，主轴线不平行于膜的纵向轴线)。最后，反射层与基底层相反地设置在微结构上。在这种构造的情况下，倾斜排列的反光微结构将以相对于纵向轴线的独特方式反射光，该独特方式不同于对准、非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述棱柱的所述高度沿所述脊线不恒定。2.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述脊线沿所述主纵向轴线不沿循直线。3.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述棱柱的所述高度沿所述脊线不恒定，并且所述脊线沿所述主纵向轴线不沿循直线。4.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述棱柱的至少一个小面具有高度在0.1微米至5微米的范围内的至少一个表面特征结构。5.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
·
反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述光重定向膜的长度限定膜纵向轴线，其中所述微结构的至少一部分的所述主纵向轴线相对于所述膜纵向轴线倾斜，从而限定非零偏角。6.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
·
反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述光重定向膜的长度限定膜纵向轴线，其中所述微结构的第一部分的所述主纵向轴线相对于所述膜纵向轴线倾斜，从而限定第一偏角，其中所述微结构的第二部分的所述主纵向轴线相对于所述膜纵向轴线倾斜，从而限定第二偏角，并且其中所述第一偏角与所述第二偏角不相同。
7.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
·
反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述光重定向膜的长度限定膜纵向轴线，其中所述微结构的第一部分的所述主纵向轴线相对于所述膜纵向轴线倾斜，从而限定第一偏角，其中所述微结构的第二部分的所述主纵向轴线相对于所述膜纵向轴线倾斜，从而限定第二偏角，并且其中所述第一偏角与所述第二偏角不相同，其中所述第一偏角或所述第二偏角中的一者为零。8.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
·
有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中至少一个微结构的至少一个小面是弯曲的。9.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，
其中所述棱柱的所述高度沿所述脊线不恒定，其中所述棱柱的至少一个小面具有在0.1微米至5微米的范围内的至少一个表面特征结构。10.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；
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有序排列的多个微结构，所述有序排列的多个微结构从所述基底层的所述第二主表面突出；和
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反射层，所述反射层与所述基底层相反地邻近所述微结构，其中所述微结构中的至少一个微结构沿所述基底层延伸以限定主纵向轴线，其中至少一个微结构包括具有高度和峰的棱柱，其中所述棱柱的所述高度由从所述基底层的所述第一主表面到所述棱柱的所述峰的距离限定，其中所述峰在所述主纵向轴线的方向上限定脊线，其中所述棱柱的所述高度沿所述脊线不恒定，并且其中所述光重定向膜的长度限定膜纵向轴线，其中所述微结构的至少一部分的所述主纵向轴线相对于所述膜纵向轴线倾斜，从而限定非零偏角。11.一种光重定向膜制品，所述光重定向膜制品包括光重定向膜，其中所述光重定向膜包括：
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基底层，所述基底层具有第一主表面和与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：