一种太阳能转换组件(100)，通过提供吸收反射阳光(106)的附加机会而有效地捕获太阳能(104)。组件(100)包括一个或更多个太阳能电池(410)，其每一个都包括光接收表面(414)。在光接收表面(414)上入射的光(522)的一小部分被反射。组件(400)包括诸如塑料的透明材料的光伏(PV)增强膜(420)，其设置为覆盖光接收表面(414)的至少一部分。PV增强膜(420)包括基板(426)，其设置为接近或邻接光接收表面(414)。膜(420)包括在基板(426)上与光接收表面(414)相对的多个全内部反射(TIR)元件(428)。TIR元件(428)透射初始接收或入射的光到太阳能电池的光接收表面而不显著地聚集，然后利用TIR捕捉反射光(524、528)的实质部分(532、554)，以为吸收提供附加的机会，从而将典型损耗的光转换成电。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及将太阳能转换为电的装置和系统的制造方法，例如利用光伏效应(photovoltaic effect)将太阳能直接转换为电的装置，并且本专利技术特别涉及诸如太阳能电池的模块、阵列或面板的PV装置的制造方法，该太阳能电池包括PV增强(或陷光)层或膜，以更好地捕捉或捕获入射在PV装置的前表面或接收表面上的来自太阳的光或射线， 以实现增强的吸收和太阳能到电的转换。上述制造方法特别适合于生产PV增强膜，其构造为当太阳垂直于太阳能电池(或太阳能模块、阵列或面板)的前表面时以及也在具有倾斜角时减少入射光的反射或损耗，从而减少以包括PV增强膜的PV装置来跟踪太阳位置的需要。
技术介绍
随着对于可再生能量、包括利用太阳能量的日益关注，对于更加有效太阳能电池的需求持续增长。太阳能电池或光伏(PV)电池是通过光伏效应将太阳能转换成电的装置， 并且太阳能电池广泛地应用于多种装置中，范围涉及人造卫星和其它应用，包括远离传统电源的便携式消费电子装置。近来，具有电池阵列或PV模块(或太阳能面板)的大型太阳能量收集系统用于给电网提供电力而分配给消费者。几个问题限制了太阳能电池的实施，包括材料和制造的成本、诸如铅的材料的环境问题以及电池的低效率。结果，研究者继续寻求降低制造成本的途径和提高太阳能电池以及包括这样电池的面板、模块或阵列的效率的途径。例如，现有的太阳能电池，例如基于硅基板的太阳能电池，典型地效率为10%至 20%，因此即使是效率的小幅增长(例如，百分之一至百分之几)也可能在太阳能转换成有用的电上表现出很大的相对增益(例如，对于一个电池的设计，至2%的效率增长表现为5%至20%或者更高的效率增益)。尽管具有这些限制，但是太阳能电池和PV阵列的制造和安装近年来迅猛增加。某些估计表明，PV生产每两年翻一倍，使其成为世界上增长最快的能源技术，约90%的生产量是连接电网的电力系统，其安装在地上(例如在太阳农场) 或者建筑屋顶/墙壁上。全球变暖的问题和世界各国政府提供的财政支持可能只会增加对 PV阵列的需求以及对更有效太阳能电池的需求。太阳能电池或光伏电池(或PV装置)直接将阳光转换成电，并且通常由与计算机芯片中采用的材料类似的半导体材料制造。当阳光由这些材料吸收时，太阳能使其原子释放的电子自由，这允许电子流过材料而产生电。光(即，光子)到电的转换过程称为光伏 (PV)效应。实际上，太阳能电池典型地合并成具有大量电池(例如，达到40个或更多个电池)的模块，并且一组这样的模块(例如，达到10个或更多个)安装在每侧可达到几米或更大的PV阵列或太阳能面板中，而每个电池在尺寸上典型地仅达到100至150平方厘米。 这些平板PV阵列以固定的角度面对太阳(例如，向南方)安装，或者它们可安装在跟随太阳位置的跟踪装置上，以允许它们整天更好地捕获太阳光。太阳能电池可采用薄膜技术形成，以利用只有几微米厚的半导体材料层。太阳能电池的性能是根据其将阳光转换为电的效率来度量。只有一定能量的阳光有效地作用而产生电，并且大量所需能量的阳光可能从太阳能电池的表面反射，或者被其材料吸收而没有产生电。由于这些和其它区域的阳光损耗，因此典型的太阳能电池可能具有约5%至20%范围的效率，而某些高效太阳能电池要求高达22%或更高的效率。例如，对于实际大小(例如，约IOOcm2)、晶体硅型的太阳能电池(例如，HIT太阳能电池，其由被超薄非晶硅层围绕的单一薄晶体硅晶片组成)，22%的能量转换效率于2007年宣布，作为世界纪录的事件。低效率意味着需要较大的阵列提供特定量的电，从而增加了材料和制造成本。因此，改善太阳能电池的效率而保持每个电池的成本下降仍然是太阳能量工业的重要目标。即使在PV阵列设置为垂直于太阳的射线时，对于典型的太阳能电池而言阳光也被反射或损失，估计5%至33%或更多的光可怕地反射或损失。在某些情况下，可用玻璃片或透明塑料封装将太阳能电池保护起来免受环境的影响。在太阳能量工业上已经进行了巨大努力，以通过在阳光以直角入射到PV阵列上时(或者当入射角为0度或者接近0度时) 减少反射来提高效率。典型的解决方案要求在电池和/或在保护玻璃/塑料层上施加抗反射涂层材料，例如SiNx层等，以最小化光从该保护层的反射。AR涂层提供具有所需折射率和厚度(例如，四分之一波长)的一层或多层材料，以减少阳光在涂层表面(例如，保护玻璃片的平面表面)上的反射。在某些实施例中，AR涂层可为与硅石化合的金属氟化物(例如，含氟聚合物)、锌或其它金属氧化物(或者其它透明导电氧化物)、或者其它材料层。近来，由单层多孔氧化硅形成的涂层已经应用于保护玻璃层，以在中午时减少约3%的玻璃反射并且在早上和晚上减少约6%的玻璃反射(例如，当阳光以倾斜的或非零度的入射角撞击太阳能电池时)。另外，开发了其它的AR涂层，包括具有纹理的电介质涂层和多层、纳米结构的涂层(例如，几层二氧化硅和二氧化钛纳米棒(nanorod))。尽管在太阳能电池的光捕获和效率上提供了某些改进，但是现有的AR涂层通常在阳光垂直地撞击PV阵列时(例如对于很多阵列接近中午时)在控制阳光反射上是很有用的，而对于限制其它类型的反射或弹回损失而言几乎不起作用。如上文讨论的，快速发展的光伏技术的最大问题围绕成本与效率。是采用传统的硅材料还是采用新型的碲化镉或铜光伏结构，效率仍然是太阳能电池为消费者和电力工业使用和采用的重要限制。尽管为聚能器(concentrator)系统或为了吸收更宽范围的多个波长(包括更长的波长)设计的多层更昂贵PV电池明显更加有效，但是更加精制且昂贵的多层PV材料也导致在两个轴上接近完全朝向太阳之外的角度上增加的射线损失。上述附加损耗是由射线偏转增加引起的，而射线偏转增加是在试图利用更多的可获得波长时PV 结构的复杂性所要求的余弦下降(cosine fall off)以及窄接收角导致的。PV材料中吸收上的损耗是由几种因素引起。上述因素之一是通常的“余弦下降” 或者缺乏吸收，这是由于阳光的入射角和入射的射线相对于PV材料中结构的关系。例如， 典型的太阳能电池具有不是完全平面而是具有纹理或粗糙的上表面或前表面。这导致很多射线简单地偏离PV材料的表面而没有被吸收。然而，这种现象甚至在阳光或射线以零度直接导入PV材料中或以适当角度导入PV材料中时也会发生。射线偏转的部分原因是PV材料内的结构不平坦，并且大部分为三维的。甚至在完全对准时，入射的射线也被弹离这些结构(例如，反射)，并且从未被太阳能电池吸收。因此，对于改善的诸如PV阵列的太阳能电池装置/产品仍然存在需要，以更好地控制反射和/或增加被太阳能电池吸收的阳光入射量。优选地，改善的太阳能电池会在具有或不具有太阳位置跟踪的情况下具有改善的能量转换效率，并且太阳能电池和太阳能电池的PV阵列不会在制造上明显地更加昂贵，或者不要求下面的太阳能电池构造或结构的重新设计/修改。
技术实现思路
本专利技术通过提供用于太阳能面板/阵列和太阳能电池(或其它PV装置)的光伏 (PV)增强膜而解决上述问题，从而提高PV材料在吸收可利用太阳能上的效率。具体地讲， PV增强膜被设计为通过修改或增加通过PV材料的接收或入射光的光学路径长度以便更好地吸收而提高PV材料(或PV装置)的效率。PV增强膜可结本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种太阳能电池组件，用于更为有效地捕获太阳能，包括：光伏（ＰＶ）装置，包括一层ＰＶ材料和覆盖该层ＰＶ材料的保护顶部；以及ＰＶ增强膜，包括基本透明材料，施加于该ＰＶ装置的该保护顶部的至少一部分上，该ＰＶ增强膜包括位于该保护顶部附近的基板并且包括该基板上的多个吸收增强结构，其中该吸收增强结构的每一个包括光接收表面，该光接收表面折射撞击该ＰＶ增强膜的入射光以在入射角范围上在该层ＰＶ材料中提供大于约１．１０的平均路径长度比率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：MA雷蒙德，HG兰格，S韦斯，
申请(专利权)人：吉尼透镜技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US
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