TW201436263A - 光伏雙重紋理化玻璃 - Google Patents
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Abstract
光伏裝置具有紋理化玻璃，該紋理化玻璃帶有具一第一紋理之一第一表面與具一第二紋理之一第二表面，該第一紋理為一週期性平行溝槽陣列，且該第二紋理為一週期性平行溝槽陣列。該紋理化玻璃在太陽側(sun-side)與電池側(cell-side)表面上都經紋理化。
Description
本申請案根據專利法主張2013年1月25日申請之美國臨時申請案第61/756623號的優先權權益，該文件的內容係藉由引用形式而整體併入本文中。
本文是關於紋理化玻璃，且特別是關於可用於例如光伏裝置之紋理化玻璃。
一種用於增進薄膜光伏裝置(例如矽串聯裝置)的性能的常見方法為因散射而增加主動層中的路徑長度(「光捕集」)。可以藉由在TCO/α-Si界面處納入一微細規模的紋理(微米規模或更小)來引起此散射。或者是，在覆板的一側上之一大規模「圖案化」也已被使用，藉由增加由空氣/玻璃界面所傳送的光(AR效應)或藉由增加電池主動層所反射的光的再循環以提升性能。
存在對於增進光伏裝置(例如薄膜光伏裝置)的性能之覆板(superstrate)之需求。
本發明涉及圖案化一覆板的兩側部(藉以使AR效
應以及反射光的再循環達最大化)，且可增進薄膜太陽能電池的性能。一雙重紋理化覆板係藉由提升由裝置所吸收之光量而提供了對薄膜光伏太陽能電池性能的改良。
本發明描述了一種可用於光伏裝置(例如薄膜光伏裝置)之雙重紋理化玻璃。該玻璃的太陽側(sun-side)與電池側(cell-side)兩者皆經圖案化。在某些具體實施例中，紋理的特徵尺寸在規模上為數十微米至毫米的等級。該雙重紋理(亦即，在玻璃的兩側部上)導致一增加之抗反射(AR)效應以及自裝置的主動層所反設之光的高再循環率。玻璃的太陽側與電池側具有一週期性平行溝槽陣列。在兩側上的溝槽的週期是相同的，但其底角是不同的。
將該雙重紋理化玻璃使用作為一覆板係可增進具有一紋理化電池側界面(即Si串聯裝置中通常使用者)、或具有表面上(nominally)平滑界面(例如鎘碲(CdTe)電池)之薄膜光伏電池的性能。
在下述實施方式說明中將進一步提出其他特徵與優點，其中一部分為熟習該領域技藝之人士可從說明中顯然得知或藉由實施本文所述具體實施例(包括下述實施方式詳細說明、申請專利範圍以及如附圖式)而認可。
應理解前述一般性說明與下述詳細說明皆僅為例示，且係為提供一概述或框架來理解申請專利範圍的本質與特徵。如附圖式則用以提供一進一步理解，且這些圖式係被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。這些圖式描述了一或多個具體實施例，且連同說明係用以解釋各種具體實施
例的原理與運作。
10‧‧‧紋理化玻璃
12‧‧‧平行溝槽
14‧‧‧平行溝槽
16‧‧‧太陽側
18‧‧‧電池側
20‧‧‧射線
22‧‧‧射線
24‧‧‧線
26‧‧‧線
100‧‧‧光伏裝置
第1圖為一具體實施例的截面圖。
第2圖為一圖表，說明根據一具體實施例之Si串聯裝置的相對提升量。
現詳細參照本發明之較佳具體實施例，這些具體實施例的實例係說明於如附圖式中。在圖式中係盡可能以相同的元件符號來表示圖式中的相同或類似部件。
如在本文所用，用語「平行」是表示延伸於相同方向中而不交錯。
在本文中如記載一數值範圍(包括上限值與下限值)，除非是在特定情況中有另行陳述，否則該範圍係包括其端點值、以及在該範圍內的所有整數和分數。當定義一範圍時，本發明之範疇並不限於所記載的具體數值。此外，當以一範圍、一或多個較佳範圍、或一上限較佳值與下限較佳值之列表來提供一數量、濃度或其他數值或參數時，要理解為具體揭露了從任何上限範圍或較佳數值和任何下限範圍或較佳數值所形成之所有範圍，無論這些成對數值是否被分別揭露。最後，當使用用語「大約」來描述一數值或一範圍的端點值時，本文應被理解為包括所指之該特定數值或端點值。
如在本文中所用，用語「大約」是表示數量、尺寸、配方、參數或其他量值與特性並不是、也不需要是精確的，而是可為概估及/或依需要而為較大或較小，這反映了容限
值、轉換因子、四捨五入、測量誤差等，以及反映了熟習該領域技藝之人士所習知的其他因素。一般而言，數量、尺寸、配方、參數或其他量值或特性是「大約」或「概估」的，無論是否有表述為此。
如在本文中所用，用語「或」為包含性的；更具體而言，用語「A或B」是代表「A、B、或A與B兩者」。舉例而言，在本文中是藉由例如「A或B中任一」以及「A或B中其一」等用語來表達排他性的「或」。
不定冠詞「一(a與an)」是用以描述本發明的元件或構件。這些冠詞的使用表示存在一個或至少一個這些元件或構件。雖然這些冠詞係方便地用來指定所修飾之名詞為一單數名詞，然在本文中，冠詞「一(a與an)」也可包括複數，除非是在特定例子中有相反陳述。同樣地，如在本文中所用，定冠詞「該(the)」也同樣代表所修飾之名詞可為單述或複數，除非是在特定例子中有相反陳述。
為描述具體實施例，注意本文中在指稱一變數為一參數或另一變數的「函數」時，並不是要表示該變數係專為所列參數或變數的函數。而是，在本文中當敘及一變數為一所列參數的「函數」時是指開放式的，因此該變數可為一單一參數或複數個參數之函數。
注意像是「較佳地」、「通常是」與「一般為」之用語在用於本文中時，並不是用來限制所主張之發明的範疇、或暗示某些特徵對於所主張發明的結構或功能而言是關鍵的、必要的、或甚至是重要的。反而是，這些用語係僅用
以辨識本發明一具體實施例的特定態樣，或用以強調可用於或不用於本發明一特定具體實施例中的替代性或其他特徵。
注意有一或多個請求項會使用用語「其中」作為轉折語。基於定義本發明之目的，應注意此用語是被引入請求項中作為一開放式轉折語，以引入結構的一連串特徵之載述，且應被解釋為與較常使用之開放性前置語「包含」類似的方式。
在第1圖之光伏裝置100的特徵結構之截面中係說明了一個具體實施例。紋理化玻璃10在該紋理化玻璃的兩側部上具有一系列的平行溝槽12與14。如第1圖所示，兩組平行溝槽的相對取向(relative orientation)係使得在太陽側16上的一溝槽峰部的位置對應於在電池側18上的一谷部(且反之亦可)。
在某些具體實施例中，如第1圖所示，太陽側溝槽之溝槽底角α(從水平測量起)是在30度至60度的範圍內，而電池側溝槽的底角α 1 是在3度至10度的範圍內。在某些具體實施例中，太陽側溝槽之溝槽底角α(從水平測量起)是45度，而電池側溝槽的底角α 1 是8.5度。第1圖中說明了源自太陽的兩束射線路徑。在第1圖中，射線20顯示從空氣/玻璃界面反射的入射光如何第二次遇到覆板(在空氣/玻璃界面處)。此一雙重反射的結果是，僅有一小部分的入射光會損失。舉例而言，假設玻璃具有的指數為1.5，則在45度角處的(偏極化平均)反射約為5%。因此，因此一雙重反射所損失的光量僅為0.25%(=5%x5%)。此一溝槽化界面係作用
為一有效抗反射界面，因為有99.75%的入射光都耦合到覆板中。
第1圖中的射線22顯示了空氣/玻璃界面所傳送的光的路徑。在此，射線22會遇到電池側上的覆板的溝槽化結構。此光中有一部分係耦合至電池的主動層，而剩餘的部分即反射。雖然反射會從電池的各個層發生，但因為層體的薄度(相較於覆板的厚度)，故可估計所有的反射本質上是源自相同位置。反射的光是由朝向覆板的玻璃/空氣界面前進的射線來表示。在電池側上的溝槽角度係經選擇，使得反射光可垂直前進。此外，有利的是可選擇溝槽的週期P與覆板的平均厚度h之比例，使得傳送的光可在適當位置處觸擊(strike)覆板的電池側。對於指數為1.51的玻璃覆板而言，平均厚度對週期的比例應約為1.63。此一向上前進的光係在覆板的太陽側處經過兩次全內反射，並且重新被反向導向電池的主動層以供第二次機會之吸收。因此，雙重溝槽化之覆板係提供了非常良好的AR效應，同時又有效率地使內部反射光再循環回到電池中。
第2圖為一圖表，該圖表說明了具有平坦界面24之Si串聯裝置與具有一電池側紋理26之Si串聯裝置的相對提升量係覆板厚度(h)對溝槽週期(P)之比例的函數。
利用一射線追跡程式(Light Tools)來分析一例示雙重紋理化玻璃，以決定最大可實現的電流密度(MACD)之提升量。以厚度/溝槽週期(h/P)之函數來分析兩種類型的Si串聯電池。第一電池具有名義上平坦界面，且僅有來自TCO
的微細結構之散射。在第2圖中，線24顯示了最大提升量係與預測之最大發生處h/P=1.63一致。除了在玻璃覆板的電池側上之平行溝槽以外，分析之第二電池(以及TCO散射)還更具有一粗化表面；如第2圖中的線26所示，其提升量甚至更大於平坦的情況(亦即，沒有額外的粗化表面者)，顯示這兩種提升機制(雙重溝槽覆板與粗糙度)是可加成的。
同樣也利用此一雙重溝槽覆板來研究一CdTe電池，其中使用的是理想的h/P比例為1.63。在此例中，相較於具有一平坦、未溝槽化、未粗化之覆板的CdTe電池而言，相對提升量為6.9%。
如上所述，平均覆板厚度h對溝槽週期P的比例應為1.63。然而，在入射光將觸擊適當位置但偏移了一整數之週期的情況中，也可能會是較大的比例。換言之，該比例可表示為h/P=(2n-1)x1.63，其中n為一整數，例如1、2、3、...。所傳送的光將以相同斜率(如第1圖所示)、但偏移了1個週期(當n=2)而入射於溝槽上(當n=3時偏移2個週期，依此類推)。然而，較佳的比例為h/P=1.63，以使日間時間效應所產生的任何衰減達到最小化。在第1圖中，是以h=1.63P來加以說明。
相較於傳統裝置(僅有太陽側或電池側經紋理化，而非兩側皆紋理化)，本文所揭露之紋理化玻璃的優點為光伏裝置性能的改良(經由光吸收之增進)。如使用僅紋理化太陽側之玻璃覆板，則在任何AR效應與自電池反射之光的再循環強度之間需進行一權衡考量。對於僅有玻璃覆板的電池
側經紋理化之情況而言，則可使主動層所反射的光再循環，然而這些裝置在平坦的空氣/覆板界面處會缺少AR效應。
熟習該領域技藝之人士顯然可進行諸般修飾與變化，其皆不脫離本發明之精神與範疇。
10‧‧‧紋理化玻璃
12‧‧‧平行溝槽
14‧‧‧平行溝槽
16‧‧‧太陽側
18‧‧‧電池側
20‧‧‧射線
22‧‧‧射線
100‧‧‧光伏裝置
Claims (10)
- 一種光伏裝置，包括：一紋理化玻璃，其中該紋理化玻璃包括具有一第一紋理之一第一表面以及與該第一表面相對且具有一第二紋理之一第二表面，該第一紋理為一週期性平行溝槽陣列，且該第二紋理為一週期性平行溝槽陣列。
- 如請求項1所述之光伏裝置，其中所述平行溝槽陣列的週期是相同的。
- 如請求項1所述之光伏裝置，其中該第一紋理與該第二紋理是週期性平行溝槽陣列，且該第一紋理與該第二紋理的溝槽具有不同的底角。
- 如請求項3所述之光伏裝置，其中該第一紋理的底角是在30度至60度的範圍內，且該第二紋理的底角是在3度至10度的範圍內。
- 如請求項1所述之光伏裝置，進一步包括在所述平行溝槽中之一或多者上的一粗化表面。
- 如請求項1所述之光伏裝置，其中該玻璃具有之一h/P比是在介於1.3至2.0的範圍內。
- 如請求項1所述之光伏裝置，其中該紋理化玻璃具有之 一h/P比為(2n-1)x1.63，其中n是一整數。
- 如請求項1所述之光伏裝置，進一步包括與該第二紋理相鄰之一光伏功能材料。
- 如請求項8所述之光伏裝置，其中該光伏功能材料包括碲化鎘、銅銦鎵二硒化物、矽晶圓、非晶矽、結晶矽、微晶矽、或前述材料的組合。
- 如請求項9所述之光伏裝置，其中該光伏功能材料包括多層。
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